1、Series No . 373 July 2007 金 屬 礦 山MET AL M I N E總 第 373期 2007年第 7期應(yīng)海松 (1965 , 男 , 北侖出入境檢驗(yàn)檢疫局綜合技術(shù)服務(wù)中心主 任 , 寧波檢驗(yàn)檢疫局鐵礦檢測中心主任 , I S O /TC102鐵礦中國工作 委員會委員 , 高級工程師 , 315800浙江省寧波市北侖明州路 179號。鐵礦石檢測技術(shù)及其新進(jìn)展應(yīng)海松 廖海平 任春生(北侖檢驗(yàn)檢疫局 摘 要 隨著近年來鐵礦石作為大宗金屬礦產(chǎn)品 , 、 更全面和快捷 , 鐵礦石的檢測分析也越凸現(xiàn)其重要性 。 由于工作的需要 , ,的檢測技術(shù)發(fā)展已經(jīng)對鐵礦石檢測領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的

2、影響 。紹 , 并對其發(fā)展提出了看法 。關(guān)鍵詞 鐵礦石 檢測技術(shù) for I ron O re and The i r New AdvancesYing Hais ong L iao Hai p ing Ren Chunsheng(B eilun Entry -Exit Inspection and Q uarantine B ureau Abstract W ith the ir on ore i m ported as a stap le metal m ineral p r oduct in recent years, a more accurate, comp lete and rap

3、 id p r ovisi on of the related indexes is required in internati onal trade settle ment . The testing of ir on ore has become e 2 ven more i m portant, which calls f or new testing techniques in the work . Now, the expansi on of the list of the ite m s t o be tested and the devel opment of the ne w

4、testing techniques have exerted great effect on the testing field for ir on ore . The paper describes the traditi onal ir on ore testing techniques and the app licati on of the ne w techniques and gives op ini ons on their fu 2 ture devel opment .Keywords Ir on ore, Testing techniques, I nternati on

5、al trade 近幾年來 , 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及鐵礦石貿(mào)易 的需求 , 許多鐵礦石分析已經(jīng)應(yīng)用了先進(jìn) 、 高效 、 快 捷的科技成果 , 同時(shí)因貿(mào)易需要某些檢測項(xiàng)目的新 標(biāo)準(zhǔn)也正在制 、 修訂 , 一些傳統(tǒng)的檢測方式也增加了 新的內(nèi)涵 。 文中 , 就鐵礦石檢測新技術(shù)介紹如下 。 1 物理試驗(yàn)技術(shù)1. 1 水分在線檢測技術(shù)針對于傳統(tǒng)水分測定技術(shù) , 鐵礦石在線水分測 定方法是一種自動化程度高的新技術(shù) , 目前國際上 有多家礦冶企業(yè)應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù) 。 至于該技術(shù)是否 已經(jīng)發(fā)展到了制標(biāo)的階段 , I S O /T C102/SC1專門成 立研究組對國際范圍內(nèi)的在線水分測定技術(shù)進(jìn)行調(diào) 查分析 ,

6、 研究組的召集人作了一份評估報(bào)告 。報(bào)告 介紹了目前在國際上應(yīng)用的幾套在線水分測定系 統(tǒng) , 并作了比較 。認(rèn)為由澳大利亞開發(fā)的低頻微波 水分分析儀對于皮帶上的塊礦或粉礦的水分分析精 度最高 。 但這項(xiàng)技術(shù)尚在發(fā)展中 , 建立標(biāo)準(zhǔn)在國際 范圍內(nèi)推廣還為時(shí)過早 。(1 低頻微波水分測定儀 。 這種水分測定系統(tǒng) 可應(yīng)用于各種礦產(chǎn)品在皮帶輸送機(jī)上的在線檢測 , 該儀器原理是通過向被測物體發(fā)射微波 , 穿透被測 物體 , 且被安裝在皮帶下的接收器接受 , 系統(tǒng)通過測 量微波相位移動和微波衰減 , 以確定皮帶上物體的 水分含量 。 檢測結(jié)果不受皮帶速度 、 被測物體粒度 影響 , 但須安裝皮帶計(jì)量設(shè)施用

7、以校正流量波動 。 (2 中子水分測定儀 。 與低頻微波水分測定儀 一樣 , 中子水分測定儀是一種新型的非接觸式的物 料水分在線檢測設(shè)備 。與紅外線 、 電容和微波技術(shù) 產(chǎn)品相比 , 具有高度的適應(yīng)性和明顯的抗干擾能力 。 其原理是采用先進(jìn)的核分析技術(shù) , 使水分測量不受 物料成分 、 形狀 、 粒度 、 顏色 、 松散度 、 滲透水率 、 導(dǎo)電 性等各種參數(shù)的影響 。 水分測量的精度可達(dá) 0. 3%; 射 線 計(jì) 數(shù) 率 長 期 穩(wěn) 定 性 和 測 量 值 的 重 復(fù) 性 可 <0. 1%; 工作環(huán)境可在 050 , 相對濕度 95%; 探測器工作環(huán)境可在 -4050 , 相對濕 度

8、95%。 例如國產(chǎn) DF -5740型水分儀 。(3 機(jī)器人水分測定 。目前 , 世界上有的鐵礦 公司采用機(jī)器人以取代人工進(jìn)行水分檢測 , 操作原 理與人工一樣 , 只不過稱樣 、 烘樣等工作均由機(jī)械手 完成 。 澳大利亞哈默斯利公司 、 南非庫珀礦業(yè) 、 中國 寶鋼原料站都已配備這類設(shè)備 。 鐵礦石水分自動測 定單元有試料供給裝置 、 試料保管箱 、 電子臺秤 、 機(jī) 械手 、 干燥箱 、 試料容器 、 廢棄料斗和縮分裝置組成 。 運(yùn)行控制模式有 P LC 自動控制 、 機(jī)側(cè) TEST 連動 、 機(jī) 側(cè)單獨(dú) 3種運(yùn)行模式 。1. 2 粒度測定技術(shù)(1 激光粒度測定技術(shù) 。先進(jìn)的粒度測定方法

9、,n m 2000, 動態(tài)范圍寬 , 適應(yīng)性強(qiáng) , 直 接測定而無破壞性 , 方法迅速且高度重現(xiàn)性等優(yōu)點(diǎn) 。 此儀器可直接得到粒度的體積分布 , 并可轉(zhuǎn)換為表 面積或數(shù)量分布 。 若假定密度不變還可得到質(zhì)量分 布 。 除篩分法外 , 其它檢測方法目前還尚無在鐵礦 石粒度檢測的相關(guān)報(bào)道 。但從理論上講 , 這些儀器 設(shè)備對粉狀鐵礦石 , 尤其是細(xì)粒鐵精礦應(yīng)該是適用 的 。(2 機(jī)器人粒度測定技術(shù) 。 該設(shè)備結(jié)構(gòu)布局與 上節(jié)水分機(jī)器人設(shè)備一樣 , 只不過水分樣換成粒度 樣 , 烘箱換成機(jī)械疊篩機(jī) , 所有動作有機(jī)械手代替人 工 。 此類設(shè)備澳大利亞哈默斯利公司 、 南非庫珀礦 業(yè)已配備 。2 分析

10、化學(xué)技術(shù)2. 1 微波消解常規(guī)試樣溶解方法步驟繁瑣 、 耗時(shí)長 。微波消 解方法是一種快速高效的試樣溶解技術(shù) , 可以作為 鐵礦石消解新的手段之一 。 微波消解與傳統(tǒng)加熱技 術(shù)不同 , 它是一種內(nèi)加熱 , 樣品與酸混合物通過吸收 微波能 , 產(chǎn)生即時(shí)深層加熱 ; 同時(shí)微波產(chǎn)生的交變磁 場使分子極化 , 極性分子隨高頻磁場交替排列 , 導(dǎo)致 分子高速振蕩 , 這種振蕩受到相鄰分子間相互作用 的干擾和阻礙 , 產(chǎn)生了類似摩擦的作用 , 使分子獲得 高能量 。 這樣 , 樣品表面不斷攪動破裂 , 不斷產(chǎn)生新 的表面與酸反應(yīng) , 促使樣品迅速溶解 , 從而大大縮短 了樣品制備時(shí)間 。2. 2 全鐵測定

11、技術(shù)(1 計(jì) 算 法 。目 前 , I S O /TC102/SC2成 立 W G40A 專門對計(jì)算法測定全鐵標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制訂 , 程序 已進(jìn)入委員會草案階段 , 即 I S O /CD2597-3。該方 法適用于亞鐵小于 0. 50%、 硫小于 0. 050%、 鐵含量 在 50%70%的天然鐵礦 。其基本原理是首先通 過試驗(yàn)確定某一類型的天然鐵礦的分析總量 T, T 應(yīng)在 99. 80%100. 00%之間 , 是各元素氧化物的 總和加燒失量 , 其次是準(zhǔn)確測定其中的 21個(gè)項(xiàng)目 : Si, A l, Ca, Mn, Ti, Mg, P, S, K, V , Cr, Co, N i, Cu,

12、Zn, A s, Pb, Ba, Na, LO I23, 進(jìn)而計(jì)算出 , 不作為仲 20個(gè)元素 。該方法的測試數(shù)據(jù)評估 結(jié)果為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0. 025%, 實(shí)驗(yàn)室間標(biāo) 準(zhǔn)偏差為 0. 109%, 而且平均值同化學(xué)法及 XRF 法 的結(jié)果非常一致 。(2 自動電位滴定法 。 由于化學(xué)滴定需要人眼 與指示劑判斷滴定終點(diǎn) , 不可避免存在人為因素 。 電位滴定技術(shù)是一種經(jīng)典化學(xué)與現(xiàn)代電子相結(jié)合的 產(chǎn)物 , 發(fā)展已有多年 , 其商品化儀器技術(shù)也已十分成 熟 , 尤其是數(shù)據(jù)微處理技術(shù)引入電位滴定 , 更使其如 虎添翼 。 與化學(xué)分析相比 , 自動電位滴定測定進(jìn)口 鐵礦中的全鐵能成倍縮短檢測周期

13、, 并大大提高該 類檢測的自動化程度 。 目前該技術(shù)在國外鋼鐵相關(guān) 企業(yè)應(yīng)用卻非常廣泛 , 尤其在鐵礦石全鐵滴定 。鐵礦石全鐵電位滴定的方法也有多種 , 即 Ce (S O 4 2法 、 絡(luò)合滴定法 、 K2Cr 2O 7滴定法 、 K 2MnO 4滴定法 。 2. 3 亞鐵含量的檢測(1 自動電位滴定法 。 用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液在 酸性介質(zhì)中測定 Fe 2+, 電位記錄隨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定電 位的變化 , 繪制一次微商圖 , 讀取終點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積 , 計(jì)算 Fe 2+的含量 。 在溶液中加入 H3P O 4可使 Fe 3+與之配位 , 使滴定更明顯 。(2 X 射線衍射法 。 X 射線衍射法測定

14、兩價(jià)鐵 含量是采用定量相分析方法 。 X 射線衍射定量相分 析的方法很多 , 本方法基于測量出與兩價(jià)鐵各有關(guān) 物相的衍射強(qiáng)度 , 采用一些特殊技術(shù)扣除雜峰對上 述強(qiáng)度測量的干擾 , 并且要消除多種對衍射強(qiáng)度測 量的干擾因素 , 通過回歸計(jì)算等數(shù)學(xué)處理后求出兩 價(jià)鐵的含量 。(3 X 射線熒光光譜法 。 因?yàn)閮r(jià)態(tài)不同會引起 X 射線特征譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 , 同樣對鐵元素 的價(jià)態(tài)不同也引起 X 射線譜的變化 , 因此用普通 X 應(yīng)海松等 :鐵礦石檢測技術(shù)及其新進(jìn)展 2007年第 7期射線熒光光譜儀 , 結(jié)合相關(guān)的譜處理軟件 , 可以從收 集和計(jì)算的大量譜峰數(shù)據(jù)中 , 找出可用于鐵元素化 學(xué)價(jià)態(tài)

15、定量分析的依據(jù) , 并用于鐵礦石兩價(jià)鐵的分 析 。2. 4 流動注射 -氫化物發(fā)生原子吸收法氫化物發(fā)生可以方便地將待測元素從基體中分 離富集 , 流動注射的應(yīng)用 , 又克服了環(huán)境污染 、 試劑 消耗量大等缺點(diǎn) , 兩種方法與原子吸收的聯(lián)用 , 大大 提高了分析靈敏度 。方法采用王水分解鐵礦 , 一次 溶樣制備多元素的母液 , 然后利用流動注射 -氫化 物發(fā)生原子吸收技術(shù) , 測定鐵礦中的 3個(gè)元素 :砷 、 銻 、 鉍 。2. 5 碳 、 硫同時(shí)檢測方法下 , , CO 、 CO 2、 S O 2、 S O 3、 轉(zhuǎn)換 , 進(jìn)入碳紅外吸收池和硫紅外吸收池檢測 S O 2 或 CO2積分吸收值

16、,以此測算試樣中碳 、 硫含量 。該方法可以采用標(biāo)準(zhǔn) 樣品對照法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法 , 標(biāo)準(zhǔn)樣品對照法是采用 已知碳硫值與試樣礦物結(jié)構(gòu)和含量相近的有證參考 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) , 通過對照試樣和該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)燃燒后的紅 外積分值 , 測算該試樣的碳硫值 ; 標(biāo)準(zhǔn)曲線法是采用 一定碳硫濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)樣品系列或配制一定碳硫 濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)系列 , 測定這些標(biāo)準(zhǔn)的碳硫積分值 , 建立工作曲線 , 通過測定試樣的積分值 , 對照工作曲 線 , 確定試樣的碳硫值 。目前已形成國際標(biāo)準(zhǔn) I S O 4689-3-2004鐵礦石 -硫含量的測定 -第 3部 分 :燃燒 /紅外法 。2. 6 I CP -MS 技術(shù)主要可用于鐵礦

17、石超微量元素的檢測 , 具有極 低的檢出限和較寬的動態(tài)線性范圍 , 能快速進(jìn)行多 元素分析 。 目前與 I CP -MS 連用有氣相 (GC 或液 相 (LC 或毛細(xì)管電泳 (CE , 作為預(yù)分離裝置 , 可用 作價(jià)態(tài)分析 。 采用激光燒蝕 (LA 進(jìn)樣技術(shù)可大大 提高 I CP -MS 的性能 , 尤其是沒有標(biāo)樣的情況下 , LA -I CP -MS 可對固體樣品進(jìn)行半定量分析 。 2. 7 色譜技術(shù)傳統(tǒng)色譜一般應(yīng)用于有機(jī)物的檢測 , 但近幾年 來在金屬離子分析領(lǐng)域采用色譜技術(shù)非常熱門 。 氣 相色譜具有分離效能高 、 分析速度快 、 樣品量少等優(yōu) 點(diǎn) , 可以把金屬離子轉(zhuǎn)化為有一定揮發(fā)性的

18、有機(jī)化 合物 , 主要方式有揮發(fā)性金屬鹵化物 、 金屬與螯合物 形成揮發(fā)性絡(luò)合物 , 也可以把氣相色譜與質(zhì)譜 、 I CP 、 原子熒光 、 原子吸收等聯(lián)用 , 可以分析鐵礦石中氯化 物 、 氟化物 、 砷 、 鍺 、 鉛 、 汞 、 鉻 、 硒等有毒有害元素檢 測及其價(jià)態(tài)分析 。高效液相色譜可以作為 I CP 或 AAS 的預(yù)分離裝置 , 用于鐵礦石中有毒有害元素檢 測及其價(jià)態(tài)分析 。 離子色譜用于分離無機(jī)陰離子有 獨(dú)特的優(yōu)勢 , 尤其對鐵礦石中氟和氯離子的檢測 、 酸 根離子及部分有毒有害陽離子有極其重要的應(yīng)用 。 3 物理性能測定技術(shù)、 真密度 、 松散 、, 。但 ,材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)替代

19、。(1 孔隙率的測定 。 孔隙率的測定是通過測定 球團(tuán)礦真實(shí)密度和表觀密度后計(jì)算得出 。 具體公式 為P =(1-P /R ×100%,式中 , P 、 P、 R分別為孔隙率 、 表觀密度和真實(shí)密 度 。表觀密度的測定基于阿基米德定律 :分別稱量 出球團(tuán)礦在空氣和液體 (已知密度 中的質(zhì)量即可 得出 。 目前已有自動化程度較高的密度組件配合內(nèi) 置密度測定程序的天平測定表觀密度 。 真實(shí)密度的 測定亦即真實(shí)體積的測定 。 傳統(tǒng)方法一般使用密度 瓶 , 同樣基于阿基米德定律 :將物料粉碎到一定粒級 后置于玻璃密度瓶 , 加入去空氣蒸餾水 /酒精 /二甲 苯 , 加熱 /抽真空以排除吸附樣

20、品中的空氣 , 這種方 法操作繁瑣 , 流程長 ; 另一種方法采用自動化的真密 度儀 , 方法基于玻意耳氣體定律 。將樣品置于已知 體積的容器內(nèi) , 已知質(zhì)量的氣體向裝有樣品的樣品 室擴(kuò)散時(shí) , 樣品室壓力發(fā)生變化 , 通過測量氣體壓力 的變化值來確定樣品的真實(shí)體積 , 繼而根據(jù)其質(zhì)量 得出真實(shí)密度 。(2 比表面積測定 。檢測粉末 、 多孔物質(zhì)比表 面積的方法很多 , 常見方法有碘吸附法 、 CT AB (溴化 十六烷三甲基銨 法 、 統(tǒng)計(jì)吸附層厚度法 (STS A 、 勃 氏法 (透氣法 以及低溫氮吸附法等 。勃氏法的方 法依據(jù)是在一定空隙率的物料層中 , 孔隙的大小和 數(shù)量是顆粒尺寸的函

21、數(shù) , 根據(jù)一定量的空氣通過具 有一定空隙率和固定厚度的物料層時(shí) , 所受阻力不 同而導(dǎo)致流速的差異來測定物料的比表面積 。 (下轉(zhuǎn)第 32頁 總第 373期 金 屬 礦 山 2007年第 7期參 考 文 獻(xiàn)1 REN W ei -zhong, BA I Shi -wei, GE Xiu -run . Modeling test study on def or mati on and subsidence of gr ound surface induced by undergr ound m ining with thick overburden J .Chinese Journal of

22、Rock Mechanics and Engineering, 2004, 23(4 :5832587. 2 楊家?guī)X , 豐定祥 , 葛修潤 . 厚覆蓋巖層下地下采礦引起地表變形的三維有限元分析 J 1巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) , 2003, 22 (10 :1629-1635.3 白義如 , 谷志孟 , 白世偉 1程潮鐵礦東區(qū)地下開采引起地表沉 降和巖層移動探討 J 1巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) , 2002, 21(3 : 3402342.(收稿日期 2007205211(上接第 12頁 比較先進(jìn)的方法有低溫氮吸附法 。 其理論依據(jù) 是 BET 方程 。 該理論認(rèn)為低溫條件下 , 當(dāng)外界溫度 降低到液氮

23、沸點(diǎn)溫度 -195. 8 時(shí) (該環(huán)境溫度由 液氮浴提供 , 氮分子能量降低 ,被固體表面吸附 , 達(dá)到動態(tài)平衡后子層的狀態(tài) 。 BET 公式要求的 0. , 固體對氮分子 , 即可以用被 吸附氮?dú)饬縼矶勘碚鞴腆w的總表面積 , 通過測定 (熱導(dǎo)傳感或壓力傳感 被吸附氣體量即可得出被 測物質(zhì)的比表面積 。 該方法理論成熟 , 精確度高 。 4 礦物分析(1 X -射線衍射法 。 利用 X -射線衍射儀 , 可 以對試樣中的固定結(jié)構(gòu)晶體進(jìn)行物相鑒定 。 目前利 用該法確定晶體建構(gòu)的范圍已從單晶擴(kuò)展到多元粉 晶 , 因?yàn)榉劬?X -射線衍射圖猶如人體的指紋 , 是晶 體本身的結(jié)構(gòu)特征所決定 , 一

24、般根據(jù) X -衍射線的 2角與晶面間距 (d hkl 的關(guān)系以及它相應(yīng)的衍射 線相對強(qiáng)度 (I /I, 再通過核對標(biāo)準(zhǔn)粉晶衍射數(shù)據(jù) 卡片 (P DF 卡片 就可以進(jìn)行定性分析 , 因物質(zhì)的衍 射強(qiáng)度與該物質(zhì)的參加衍射的體積成正比 。因此 , 該法在定性分析的基礎(chǔ)上還可測定多相物質(zhì)中的相 的含量 , 即相的定量分析 。(2 礦相顯微鏡 。近幾十年 , 礦相顯微鏡的光 學(xué)性能已有了很大的提高 , 從而使礦相學(xué)工作者能 確切地觀測到更多的光學(xué)性質(zhì) , 同時(shí)為了定量測試 不透明礦物的物理 、 光學(xué)性質(zhì)而設(shè)計(jì)的幾種光學(xué)儀 器和顯微鏡附件也已被廣泛運(yùn)用 , 因此為礦相學(xué)的 研究創(chuàng)造了有利條件 。 隨著光學(xué) 、 電子 、 精密儀器制 造工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 , 礦相顯微鏡的技術(shù)性能 也逐漸改進(jìn) ,