矿产取样及质量评定

矿产取样及质量评定
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第五节矿产取样及质量评定
一,矿产取样概述
二,化学取样—(取样质量评定)
三,岩矿鉴定取样
四,加工技术取样
五,开采技术取样
六,地球物理取样
一,矿产取样概述
1.取样的概念
2.取样的目的
3.取样的分类
4.取样的一般程序
5.影响取样的有关因素
1. 概念:取样是指从矿体或近矿围岩和堆积物中采集一小部分有代表性的样品用以进行各种分析,测试,鉴定与实验,以研究确定矿产质量,物化性质及开采加工技术条件的专门性工作.
取样概念的扩展——由于用于确定矿石中化学组分含量的地球物理测量方法的出现和应用,部分机械取样由自然状态直接测定所代替.前者具不可重复性,后者是可重复的.
2.取样的目的:是查明矿石和围岩的质量,矿物成分,化学成分,分带性和内部结构,技术和工艺性质的唯一有科学依据的方法.
3.取样的分类:
(1)材料取样中,根据具体采样位置不同可分为:
自然露头,钻探工程,坑探工程及矿石堆,矿车取样等;
(2)根据取样目的任务不同可分为:
化学取样,岩矿鉴定取样,加工技术取样,开采技术取样和地球物理取样等;
4.取样的一般程序:
样品的采集→加工处理→分析,测试鉴定,试验等→结果的检查与评定.
1) 原地取样和异地取样的不同影响
异地取样,即从已采出的矿石中采取样品.
异地取样矿体的原始结构已遭到破坏,所以被取样体积可以看作是一些互不相关的单元体积的总体.品位变化性的估值只与体积大小有关,将样品的体积增加n倍,会使样品的品位的方差相应缩小 n倍.
5. 影响取样的有关因素
原地取样由于相邻样品存在相关性,并且大部分样品结构具各向异性.因此样品的形状,规格及方向都对品位变化性估值产生影响.在整个取样范围内,等距离采集大量小体积样品比采集少量大体积样品更为有利.
2)样品数量与间距的影响
样品的数量越多,其取样代表性越好.
取样间距小,能反映出小尺度的内部结构,随着间距的增大,所反映的变化性的尺度水平也随之加大.
3) 样品体积的影响
样品体积对有用组分变化性估值的影响极大.
如金刚石只占金伯利岩体体积的千万分之一,为了保证样品中平均能有1个金刚石晶体,样品体积应大于晶体体积的1千万倍.考虑到晶体的大小不一和晶体空间分布的不均匀性,其体积应数倍于此数.
3) 样品体积的影响
样品的临界体积q与一个矿物晶体的平均质量d(单位毫克)和在矿石中有用矿物的平均含量c(单位毫克/立方米)有关
q=k×(d/c)
式中: k为可靠性系数,一般取1.5—2.
4.) 样品形状和规格的影响
在原地取样时,不同形状的同体积样品计算的品位值的方差相差可以很大.如上图,线型的样品比立方体样品的方差小.
5) 样品方向的影响
样槽的方向与矿脉走向近于垂直时,最有效地反映出矿体的变化性;否则,若与矿脉
走向平行,则往往不能有效地反映矿体的质量及其变化性.
6) 矿产自然特性的影响
矿体各标志变化的方向性
变化大的方向和变化小的方向
矿体的内部结构特点
结构复杂和结构简单
有用组分品位分布的方差(均方差,变化系数);
变化系数大与变化系数小
定义:化学取样是指通过对采集来的有代表性样品的化学分析,测定矿石及近矿围岩中的化学成分及其含量的工作.
化学取样是最基本最经常进行的取样种类,所以,也常被人们称为"普通取样".
意义:其结果用于圈定矿体边界和计算储量,确定矿石中主要有用组分,伴生有益组分,有害杂质的种类,含量,分布状态与变化规律,为解决地质,采矿与选矿加工等方面问题提供资料依据.
分类, 据取样对象为:
自然露头
钻探取样
坑探工程取样.
二,化学取样
(一)样品的采集
对采样的基本要求是要保证样品的可靠性,否则,因"先天不足",而丧失了取样代表性和取样工作的全部意义.为此,对勘探工程的矿体取样应遵循以下原则:
①总体上,取样的方式方法首先应根据矿床(矿体)地质特点,并通过试验证实其有足够可靠性的前提下,作出正确选择与确定;其次,兼顾其取样效率与经济效益.
②取样间距应保持相对均匀一致的原则,便于取样结果的利用和正确评价.
③取样应该遵循矿体研究的完整性原则.样品必须沿矿化变化性最大的方向采取,即在矿体厚度方向上连续布样,而且应向围岩中延伸一定距离;尤其对于没有明显边界线的矿体,要在穿过矿化带的整个勘探工程上取样.
④对于不同类型,品级的矿石与夹石,应视其厚度与工业指标,系统地连续分段采样,以满足分别开采的需要;若有必要或混采时可按比例进行适当的样品组合.
1 钻探取样
对岩心钻孔的岩(矿)心取样,
对于较大口径者常采用劈半法,即沿岩(矿)心一轴面用手工劈开或用机械劈(锯)开
成同样的两部分,一半作为样品,一半留存或作它用(左图).
对小口径(45或59mm)钻孔,尤其是坑内小口径金刚石钻孔,则需将整个岩(矿)心作
为样品,以保证有足够的可靠重量.
岩心取样注意事项:
1,取样时要考虑岩(矿)心采取率的高低,采取率相差悬殊的两个回次的岩心不能采
作一个样品;2,取样时要考虑岩(矿)心选择性磨损;
常见于含脆性或软弱矿物的钼,锑,汞,钨等矿床.此类矿石矿物磨损,则品位会降低. 3,岩(矿)心采样时,必须连续取样或连续分段取样;
4,单个样品长度一般应小于可采厚度,一般1-3米.样品长度是指岩(矿)心所代表的
厚度,不是岩(矿)心的实际长度.
冲击钻勘探砂矿时,要按回次将全部掏出来的物质收集起来作为一个样品.
为保证样品的可靠性,一是要将该回次物质收集完全(减少损失),二是防止孔壁塌落
混入其他物质"污染",故要加套管加固孔壁,严禁超管采样.样品长度要根据矿层厚
度和预计的采矿方法确定.
在无岩心钻进的钻孔中,要对岩屑和粉尘取样,用专门的岩粉采集器收集.
2.露头及坑探工程中的采样
可具体分为下列方法:
刻槽法
剥层法
方格法
拣块法
打眼法
全巷法
小结
1) 刻槽取样方法
定义按一定断面规格和长度刻凿一条长槽,把从槽中凿下的全部矿(岩)石作为样品
的方法.
⑴样槽布置原则
—样槽应沿矿石质量变化最大方向布置,通常是沿矿体厚度方向.
含矿围岩和矿石应分段取样.
不同类型矿石应分段取样.
(1)样槽布置原则
样槽应通过矿体的全部厚度,不漏采,也不重采.
当矿石质量变化(矿化均匀性差)较大时应合并取样,以保证其取样的可靠性.
如浅井,可将两对壁采取的样品合并,也可四壁合并.
(2)样槽的具体布置
探槽多在槽底取样,也可在槽壁取样
浅井,竖井多在井壁取样
沿脉坑道多在掌子面或顶板取样
穿脉坑道多在坑道壁取样
陡倾斜矿体常用水平刻槽,缓倾斜矿体常用垂直刻槽.
(3)样槽形状断面规格及其影响因素
样槽断面形状有矩形和三角形两种,以前者为主.
样槽断面规格: 宽×深(cm2)
断面规格影响因素:
矿化均匀程度;
矿体厚度大小;
矿石硬度.
(4)确定样槽断面规格方法:经验法
经验类比是根据同类矿床取样的经验数据,可以在有关的规范上查到.上面所列表格就是确定金属矿床刻槽取样样槽规格的参考表之一.
(4)确定样槽断面规格方法:试验法
试验法是在同一取样点用不同规格采样,对比结果,在保证可靠性的前提下,选择最小的断面规格.
试验方法是重叠刻取,然后按面积比合并成不同规格的样品.
(5)样槽的长度及刻取
样槽长度是指单个样品沿取样线的长度.样长过短会增加样品数量.样品过长,会影
响不同矿石类型和品级的划分.
常用的样长0.5—3m.用得最多的是1—2m.具体可参考有关表格(教材P144表4-7). 样槽刻取要求:
不崩散矿石,不混入杂土,保证可靠性;
必须在新鲜矿石上刻取.
(6)取样间距的确定
沿矿体厚度方向采用连续取样;但沿矿体走向(沿脉坑道)或倾斜方向(上,下山坑道)中采样时,则常采用间隔取样,便出现取样间距确定的问题.
影响取样间距的因素:
有用组分分布均匀程度;
矿体厚度的变化程度;
取样目的要求;
矿体规模大小.
取样间距的确定
确定取样间距的方法:统计分析法
常用的计算公式为
l = LP2 /(t2V2)
式中: l为取样间距;
L为取样范围的总长;
P为给定的精度要求;
V为品位的变化系数;
t为概率系数.
此外,用半变异函数的变程,自相关函数的影响范围,趋势函数的半波长等均可作为确定取样间距的参数.
取样间距的确定
确定取样间距的方法:类比法
类比法就是参考同一类型矿床取样的经验数据或参考规范的标准选择取样间距.可以根据矿种来选择(如上表),也可根据有用组分均匀程度来选择.
取样间距的确定
确定取样间距的方法:稀空法
此法的实质是用试验来确定间距.如例,以相对误差10%为允许界限,在A地段采样间距2m是可行的;C地段可采用3 m ;B,D地段1 m.
2)剥层法
定义: 是在矿体上连续或间隔地均匀剥下一薄层矿石作为样品的采样方法.
一般只用于矿化极不均匀,有用矿物颗粒粗大,用其他采样方法(如刻槽法)不能获得可靠结果的矿床;或用其他采样方法不能得到足够重量样品的薄矿体;以及用于检查其他采样方法的可靠程度时采用.剥层深度一般5-15cm.样品可沿矿体按一定间距进行,也可连续采样.
3)方格法
方格法是在矿体出露部分依一定网格,在网格的交叉点上采取大小大致相同的小块矿石(份样)合并为一个为样品的方法.
每个样品由15-50个份样组成,总重2-3公斤.
方格法适用于矿化均匀,矿体厚度较大的情况.
4)拣块法
拣块法是用用做好的绳网铺在矿石堆上,从每个网格中取出大致相等的小块矿石(份样)合并在一起作为一个样品的方法.
每个样品重量数公斤至数十公斤不等,视矿化均匀程度而定.
采样应注意:
防止被围岩贫化;
防止人为偏富或偏贫.
5)打眼法
打眼法是在坑道掘进过程中收集岩泥及岩粉合并起来作为样品的方法.
优点是:
取样和坑道掘进同时进行,不另费工时;
能对尚未被坑道揭露的某些部分进行采样.
缺点是:不易分段取样.
6)全巷法
全巷法是把在矿体内掘进的坑道所采出的全部矿石作为样品的方法.
采样的长度一般为2米.可在掘进方向上连续采,也可间隔采取.
全巷法主要用于如下目的:
测定矿石的某些物理性质和选冶性能;
检查其他取样方法的取样效果;
对某些特种非金属(如云母,水晶,金刚石等),分布极不均匀的贵金属及稀有金属(如金,铂等)确定其有用组分的含量和品级.
7)小结:各种取样方法的比较
方法优劣的标准:方法的可靠性和取样的费用.
从方法可靠性出发的比较:
全巷法最可靠,其次是剥层法.对刻槽法,拣块法,方格法及打眼法的评价不一,有人认为刻槽法可靠程度较高.在矿化均匀的情况下,拣块法和方格有较高的可靠程度.对于薄层的脉状矿体,用全巷法采样,其效果不一定好.
从方法取样费用出发的比较:
拣块成本最低,打眼法也比较经济,最费工费时的是剥层法和全巷法.
(二)化学分析样品的加工
样品加工的任务和原理
样品加工过程及加工流程图的编制
样品的组合
1. 样品加工的任务和原理
任务:
化学分析样原始重量数公斤至数十公斤,颗粒直径大;
化验室样品要求:重量约200g,粒度160-200目.
样品加工的任务是如何在保证样品具有一定可靠性的前提下,以最经济的方法得到化验室所要求的样品.
最小可靠重量:
是指将样品破碎到一定粒级时,在不超过允许误差的条件下所必需的最小重量,即经缩减后的重量.
影响样品加工的主要因素(金属矿物):
分布均匀程度;颗粒最大直径;样品中颗粒数;破碎后粒度.
确定最小可靠重量的公式
最小可靠重量Q是样品最大颗粒直径d的函数.
魏津公式 : Q = Kd3 (1)
里恰尔茨 -切乔特公式: Q = Kd2 (2)
杰蒙德和哈尔费尔达尔公式: Q = Kdα (3)
式中:α2时则存在系统误差,基本分析值要用校正系数f来校正
f = y / x
2 取样代表性的评价
定义:样品的代表性是指所取样品或样本代表被取样的地点或矿体单元(总体)的程度.它在数量上的表示是类比误差或代表性误差.
样品代表性的分类:
总体代表性,是指样本的平均值与总体数学期望值的符合程度.
分级代表性,是指样本的频率分布与总体概率分布的符合程度,即各级品位的比例与实际比例的符合程度.
个体代表性,是指每个具体样品能否代表取样地点的实际情况.
影响取样代表性的因素:
除矿石质量本身的变化性以外,从采样工作的角度分析,则样品的数量,样品间距,样品的几何特征是其主要的影响因素,同时,明显受供采样的探矿工程制约.
样品数量:对同一矿体(矿段)采集样品的数量越多,其取样代表性越好,反之,其代表性越差.
样品间距:样品间距越密,则取样数量越多,其代表性越好. ①在品位的变化为随机性变化时,成立;②在品位变化为方向性变化时,也成立,且此时用较稀疏取样工程,内插与外推也能取得较好的代表性;
样品几何特征的影响是指样品布置的方向,规模,规格,形状等对取样结果的影响.从理论和实践可知,一般情况下,单个样品总是沿着矿体的厚度方向布置;样品的体积越大,取样结果的离散程度越小,也即观测变化性越小.随着样品的规格(几何尺寸)的变小,观测变化性将变大,反之,样品的规格越大,变化越均匀.
1)总体代表性的评价
总体代表性是样本平均值和总体平均值的符合程度,一般可以用平均值的标准差σ来度量.
如果用δ表示平均值的绝对误差,用τ表示相对误差,用δmax表示最大误差.而υ为品位平均值,t为概率系数.则对于随机变量,平均值的绝对误差δ是品位观测值的标准差σ与观测次数n的函数:
即平均值的绝对误差δ
δ = σ/√n
其是品位观测值的标准差σ与观测次数n的函数.
相对误差ττ=δ/υ×100%
最大误差δmax = tδ
平均值置信区间为:υ- tδ<Φ<υ+ tδ
2)分级代表性及个体代表性的评价
分级代表性的评价可以建立各级品位频率的置信区间.如果已知矿床品位的分布律,也可进行分布律的检验.
个体代表性的评价可用单个样品影响范围内的加密取样,或利用更可靠(如规格更大)的相同或不同取样方法进行误差评定.
三,岩矿鉴定取样
定义指系统或有选择地采集岩,矿石标本以供直接或镜下观察矿产质量及进行有关地质研究的采样工作.
其包括了一般的岩石,矿石取样和砂矿取样.
矿床勘探阶段的岩矿鉴定取样,更注重对矿石的质量及其加工技术性能的研究.首先,根据需要系统地分类型,品级采集矿石标本;然后,运用矿物学,矿相学及岩石学的方法,目前仍以显微镜下光片,薄片的研究为主,辅以电子探针,化学分析等各种测试手段进行研究.研究内容有:
1 研究矿石的矿物成分与共生组合,矿石结构构造,矿物次生变化及其含量等,配
合以物相分析,用以确定矿石氧化程度,划分矿石类型,掌握其分布规律;编制矿床或矿体的矿物及矿石类型分布图;
2 确定矿石中各矿物组分种类与含量,除了较粗略的目估法外,可用较精确的点,线,面统计法,已知标准比较法较快地求出该矿物含量.而且某种情况下,如矿石矿物简单到只有一种(如黄铜矿),则可通过换算即有一定可靠性地求出Cu含量或黄铜矿含量.
3 结合测定矿物的晶形,粒度,硬度,磁性,导电性等物理性质,解决有关矿石选矿
加工方法流程和合理技术指针等问题,为提高选矿回收率和矿石的综合利用提供较可靠的资料依据.
四,加工技术取样
定义矿石加工技术取样又称工艺取样.指为查明矿石的选冶性质,进而确定其选矿,冶炼或其它加工方法,生产过程和合理的技术经济指标,为矿山开发可行性提供可靠资料而进行的取样工作.
不同种类或用途的矿石,其加工技术取样的任务和研究内容也不同.
对绝大多数金属矿产和部分非金属矿产,主要是确定矿石的可选性及选矿方法和工艺流程,其中一部分矿石还需要研究冶炼性能和其它加工性能.
对于绝大多数非金属矿产,则必须采用各种专门的取样试验方法或测试手段,查明与其工业用途有关的技术和物理性能.
对加工技术取样的样品主要通过矿石选冶实验以查明矿石的选冶性质.
矿石选冶性质研究的重要性及其目的
矿石选冶性质是指矿石的可选性和可冶炼性能.
研究重要性:
矿石选冶性质是矿床技术评价的重要因素,特别是新类型及"贫,细,难"矿石;
是制定矿床工业指标的重要基础;
是综合利用矿产资源,开发矿产资源新品种的重要依据.
研究目的:评定矿石是否可作为工业原料,是否具有工业价值,确定合理工艺流程,为矿山开发可行性提供依据.
矿石选冶性质的研究的内容
除了进行矿石物质组分,结构,构造,赋存状态的研究外,还要进行5个层次的选冶试验:
可选(冶)性试验
实验室流程试验
实验室扩大连续试验
半工业试验
工业试验
可选冶性试验是为了确定试验对象是否可以作为工业原料,是在对矿石组成的初步研究基础上,用物理或化学方法获得的技术指标.样品质量100-200kg.
实验室流程试验是进一步深入研究矿石在什么样的流程条件下能充分地合理回收.是以获得较好的技术指标要求而进行流程结构及条件的多方案比较试验.试验以实验室小型的非连续的试验设备来实现.样品质量300-500kg.
实验室扩大连续试验是对实验室流程试验所推荐的流程串组为连续性的类似生产状态的操作条件下的试验.样品质量300-2000kg.
半工业试验是在专门的试验车间或实验工厂进行的矿石选冶工业的模拟试验.是在生产型的设备上,按"生产操作状态"所作的试验.样品质量5-25t.
工业试验是建厂前的一项准备工作.这种试验由生产部门和设计部门合作进行.样品质量极大.
试样采集:按不同矿石类型分别采取.矿石类型划分的标志有:矿石致密程度,有用组分的种类及含量,结构构造和氧化程度.
矿石特征的分类:
易选矿石:组分简单,工业利用成熟的矿石;
一般矿石:可用组分多,工业利用尚成熟的矿石;
难选矿石:组分杂,矿物细,在国内外存在着技术难题.
矿产勘查各阶段矿石选冶试验程度表
五,开采技术取样
定义:技术取样又称物理取样,或矿床开采技术取样.指为了研究矿石和近矿围岩的物理力学性质而进行的取样工作.
对一般矿产技术取样的具体任务主要是测定矿石和围岩的物理机械性能,如矿石的体重,湿度,块度,孔隙度,矿石与顶底板围岩的松散系数,稳定性,抗压,抗剪,抗张强度,硬度,安息角,沙性及粘性土的土工试验,为矿产储量计算和矿山设计提供必要的参数资料.
对一部分借助化学取样还不足以确定质量的矿产,主要是测定与矿产用途有关的物理和技术性质,例如石棉的含棉率,纤维长度,抗张强度和耐热性等;建筑石材的孔隙率,吸水率,抗压强度,抗冻性,耐磨性等;宝石的晶体大小,晶形,颜色等;耐火粘土的耐火度等,
研究目的:
确定矿石和近矿围岩的物理性质,为储量计算和矿山开采设计提供技术资料;
确定某些非金属矿产(如云母,水晶,石棉等)加工工艺特性;
主要研究项目:
矿石的体重,湿度和孔隙度;
矿石及近矿围岩的硬度,强度,松散系数,块度等.
1.矿石体重测定
矿石体重又称矿石容重,是矿石储量计算的重要参数之一.指自然状态下单位体积矿石的重量,以矿石重量与其体积之比表示.按测定方法,可分为小体重和大体重. 1).小体重测定
小体重是按阿基米德原理,以小块(60—120cm3)矿石用封蜡排水法测定,其体重计算公式为:
D=W/(V1-V2) V2=(W1-W)/0.93
式中 D—矿石体重;
W—矿石重量;
V1—矿石封蜡后的体积,即封蜡矿石放入水中所排水之体积;
V2—矿石上所封蜡的体积;
W1—矿石封蜡后的重量;
0.93—蜡的比重(g/cm3).
小体重需按类型或品级矿石取30-50块标本在空间分布上应有代表性;应在野外封蜡,进行测定,然后取其平均值.因其取样与测定简单方便,故仍是基本方法.
但由于小块矿石中不包括矿体中所存在的一些较大裂隙和孔隙(洞),故测定结果往往比实际的矿石体重值要大,可视为矿石密度,往往需用大体重来检查或校正.
2)大体重测定
大体重测定就是在野外直接测定矿石体重.由于小块标本不包含较大的孔隙和裂隙,而测定的体重往往偏大,因此要测定大体重.
测定方法将取出的样品直接称重量(W),再细致地测定其体积(V).矿石体重d为:
d = W /V (t/m3)
可以在矿体中掘进坑道时,用全巷法采集样品;也可以在坑道中或在地表露头上进行专门大体重量测定.一般样品体积为1-10 m3.
2.矿石湿度测定
矿石湿度指自然状态下,单位重量矿石中所含的水分,以含水量与湿矿石的重量百分比表示.
测定目的:化学分析得到的矿石品位是干矿石的品位,而矿石体重是自然状态下测定,具有一定湿度.因此在储量计算时需要用测定体重时的矿石湿度加以校正.
湿度测定:湿矿石及烘干矿石重量分别为W1和W2,湿度B为:。