便携式矿石元素分析仪在梅山铁矿中的应用

李 虎

(南京宝地梅山产城发展有限公司矿业分公司)

对于矿产勘探开采行业来说，检化验是非常重要的一个环节，提高工作生产效率的关键是即时获取可靠的数据，快速准确的进行勘查、岩芯检测、开采过程控制等。将样品送至远离现场的试验室检测，不但费时费力，而且成本昂贵。手持式矿石分析仪重量轻、精度高、性能可靠，可使矿物元素的分析工作变得格外便捷，可广泛应用于勘探开采过程中各阶段的矿样成分分析。

1 仪器简介

便携式矿石元素分析仪全称为 X 射线荧光光谱( XRF) 分析仪，可同时分析30多种元素，准确度高，可对现场地质样品进行化学组成成分分析，如矿石表面、勘探钻孔岩芯等，通过实时多重采样，可直接评估矿石级别，及时获得结果，不但节约操作时间和化验成本，而且可直接指导井下地质生产。相对于传统的化验室检测，具有便携、多元素分析、无损检测、快速分析、精度可靠等优点，广泛的应用于勘探、找矿、选矿、矿产评估、环保监测等领域[1]。

便携式矿石元素分析仪元素分析有3种模式：土壤模式、矿石Cu/Zn模式、矿石Ta/Hf模式。矿石模式用于测量其中某元素含量大于0.5%的样品，土壤模式适用于测量含量低于0.5%的元素。当样品中含有多种元素，其中一种元素含量超过0.5%，则最好使用矿石模式进行分析，这是由于矿石模式是采用基本参数法(FP法)进行校正的，能够将各个元素之间的干扰最大限度的排除，即使所关心元素浓度较低，但背景元素含量高也要选择矿石模式。将矿石模式分为矿石Cu/Zn模式、矿石Ta/Hf模式两种，是因为在X射线荧光光谱中，Cu/Zn与Ta/Hf的峰是重叠的，手持式仪器无法对他们做出区分。因此，要根据样品中是否含有Ta/Hf来选择不同的模式。

2 仪器校正

一般未校准仪器的测试结果也能够提供足够的精度，但是在需要更高精确的结果时，需要对仪器进行校正，确保检测结果在允许的误差范围内。本次梅山铁矿样品测试主要使用矿石Cu/Zn模式，经过校正后的梅山铁矿检测参数y=1.005 5x-0.428 6，R2=0.978 3(图1)。

图1 校正后的分析仪参数

仪器校正和样本测试需要注意以下几点：①样品均匀性，不均匀的样品在不同点上的元素浓度是不同的，需要通过多次测量结果取平均值；②第二样本必须覆盖分析仪的窗口(分析仪检测窗口直径约2 cm)，这是因为X射线发射以及接收反射荧光的窗口位于分析仪前端，使样品接近并覆盖住主要辐射束，防止辐射散射；③为确保数据的可靠性，样本必须具有足够的厚度，确保X射线不会穿透样本，金属或土壤样本厚度至少要达到5 mm，塑料和一般聚合物样品至少要达到1 mm，同时应保证所有堆叠起来的样品成分一样；④测试时间能够影响检测限和精度，其长短由用户设置。为获得最佳效果，每个滤光片都设置为30 s或以上。经实际测试30 s结果与60 s结果平均误差不到0.1个百分点(表1)，影响不大，对于梅山铁矿矿石样品的分析，设置30 s即可[2]。

表1 矿样测试结果对照表

3 在梅山铁矿中的应用

梅山铁矿为大型地下盲矿体，主矿体埋藏深度约100～400 m。矿体直接顶板为辉石安山岩，矿体的直接底板为辉长闪长玢岩，矿体中间厚而富，边部分枝变薄变贫，富矿在矿体中呈瘤状、透镜状及似层状，多分布矿体中上部，贫矿主要在矿体下部或边部。上部矿体矿岩边界线清晰可见，下部矿体矿岩边界线相对模糊，矿石和围岩交错分布，靠近边界处矿石品位波动较大，已有的刻槽采样数据已不能够满足，需要对波动较大区域进行勘探钻孔和样品补充，及时察看迎头品位状况及矿石质量状况[3]。

3.1 迎头品位测量

随机从井下采取18个迎头试样进行测量，样品选取包含了贫矿和富矿，确保样品不连续集中。每个迎头测量数据不少于3组，每次测量单个元素时间不少于30 s，并与化验室数据对比(表2)。

表2 井下迎头品位测试对比结果

由表2可知，仪器测试结果与试验室化验结果平均误差在±2个百分点以内，样品品位为20%～50%相差不大，误差范围不随矿石品位的高低不同而变化，矿石分析仪的结果较可靠。

3.2 勘探钻孔岩芯测量

应用便携式矿石元素分析仪测量勘探钻孔岩芯样，测量工作前需清理岩芯上的杂物，确保岩芯表面均匀平整，按设定的工程间距进行矿石铁品位测量。为保证样品数据的准确性，一般测量3遍，取平均值。当单个或多个岩芯样测量完毕后，通过仪器底部的USB端口将测试的数据传输到相关软件中，根据钻孔数据修订矿体边界，修订完成的矿体边界运用surpac软件修订矿体模型(图2)。使用矿石元素分析仪测量勘探钻孔岩芯数据，对于波动变化区域可以更加直观的看到矿石(或夹石)的厚度，供后期采矿设计使用；还可以减少采样、送样、制样、化验等环节，节约成本、提高工作效率、减少环境污染[4]。

图2 修正后的矿体模型

3.3 开采过程控制

截止品位是指无底柱分段崩落法在放矿过程中最后一次放出矿石的品位，是一个重要的经济管理指标。地下矿山在矿石开采过程中，如何控制好截止品位非常重要，一般等待化验检验结果耗时耗力，影响采矿生产；依靠有经验的技术人员目测，数据误差大、缺乏统一性。使用矿石元素分析仪可以弥补上述两种方法的缺点，及时得出可靠的测试结果，作为控制截止品位依据。此外，铁矿石中硫、磷属于有害元素，硫产生热脆性，使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等降低，磷含量增加会显著加大钢材的冷脆性。使用便携式矿石元素分析仪还可监测硫、磷的含量，及时发现高硫、高磷含量的矿石区域，及时采取措施降低进入选矿工艺中的有害成分含量；多元素同时测量还能发现矿石中的一些稀有微量元素，为矿山多金属勘查提供数据基础[5]。

4 结 论

(1)便携式矿石元素分析仪可同时分析30多种元素，与试验室数据对比，准确度高，快速便捷。其元素分析有土壤模式、矿石Cu/Zn模式、矿石Ta/Hf模式3种。

(2)经校正后的便携式矿石元素分析仪用于井下迎头测试，测试结果与试验室化验结果相对误差在±2个百分点以内，符合测定要求。

(3)应用于勘探钻孔岩芯测量，可直接得出结果，减少了采样、送样、制样、化验等环节，可节约成本，提高效率，减少环境污染。

(4)矿石元素分析仪能控制截止品位，便于发现矿石中高硫、高磷的区域，及时指导生产。