X荧光取样技术在铜矿山的应用研究.pdf

2 0 0 1年 3月 第 3 0卷第 2期 有色矿山 Nonf e r r ous M i n e s M 8 r ， 2001 vo 1 3 0 No 2 x荧光 取样 技 术 在铜 矿 山的应 用 研 究 周四春 ， 王德 明 ， 侯克 功 ， 赵 友清 1 ． 成 都理 工学 院 ， 四川 成都 6 1 0 0 5 9 ； 2．四川 会理 大铜 矿 ． 四 川 会 理 6 1 5 1 4 6 ； 3 ．中条 山有 色金 属 公 司 铜 矿 略铜 矿 ， 山西 垣 曲 0 4 3 7 0 0 [ 关 键词 】x 荧光 取样 ； 几 何效 应 ； 矿化 不 均 匀效 应 ； 基 体 效 应 ； 地 质 品 位 [ 摘要 】本 文研 究并提 出 了 解 决铜 矿 x荧 光取 样 三 个 关 键 性 技术 问 题 几 何 效 应 、 矿 化 不均 匀效 应 和基体 效应 的 方法 技 术 ． 建 立 了一 套 适 合于 现 场 确 定铜 矿 石 品 位 的 x 荧光 取 样 技 术 ， 经几 个 铜 矿 山的 生 产性 应 用 ． 取 得 了令 人满 意 的效果 。 [ 中国分 类号】P 6 2 4． 4[ 文献标识 码】A[ 文章编号】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 1 0 2 0 0 0 4 0 4 St u dy a nd a ppl i c at i o n o f XRF s a m pl i ng t e c hni que o n c o ppe r m i ne s Z H0U S i c h u n ， W ANG De mi n g ， HOU Ke g o n g 3 ， Z HAO Yo u c l i n g 1． Ch e n g d u Un i v e r s i t y o f Te r hn o l o g y， C h e n g du 6 1 0 05 9， Ch i n a；2． Hu i l i C o p p e r Mi n e ， H“ H 6 1 5 1 4 6 ，Ch i n a；3 ． T o n g k u a n g y u Co p p e r Mi n e ，Yu a n q u 0 4 3 7 0 0 ， C h i n a Ke y wo r d sXRF s a mp l i n g；g e o me t y e f f e c t ；mi n e r a l i z i n g he t e r o g e n e t i c a l e f f e c t ；ma t r i x e f f e c t ； g e o l o g i c a l g r a d e Ab s t r a c t To c o r r e c t mi n e r a l i z i n g h e t e r o g e n e t i c a l e f f e c t ，g e o me t r y e f f e c t a n d ma t r i x e ffe c t ，t hr e e k e y t e c h n i q u e s o f XRF s a mp l i ng f o r c o p p e r o r e h a v e b e e n d e v e l o p e d ，t h e y h a v e b een u s e d i n S O me cop p e r mi n e s ，an d p e r f e c t e f f e c t s h a v e b e e n o b t a i n e d ． 1 前言 将携 带式 x 荧光 仪 器 探 头 置 于 岩 矿 石 面上 ， 测量岩 矿 石 在放 射 源射 线 照射 下 产 生的 目标元 素的 特征 x射 线 ， 并据 此确 定 目标 元 素 品 位的 方 法 称 为矿 石 的 x 荧 光 取 样 简 称 x取样或 XR F取样 。 由于 x荧 光 取样技 术 实际 无“ 取 样” 过 程。矿 石 品位是 在 现场 即刻获得 ， 该技 术在铜矿 上应用 ， 将大大 提高铜 矿开发 的生产力 。但要将该 技术应 用 于铜矿 上 ， 必须解决诸 多关键性 技术 问题 。 与铁、 锶等边界品位为百分之几十的矿 石相 比， 铜 矿 x取样 确 定的是 低含 量 的铜 品 [ 收稿 日期】2 0 0 0 ． 0 3 一 吡 [ 恪 订 日期 】2 0 0 0 1 1 2 8 [ 作 者 简 介 】周 四 春 1 9 5 4 ， 男 ， 四 I l I 沪 州 人 成 都 理 工学 院 棱工 系 教授 ． 从 事教 学和 研 究工作 。 位 铜 矿 边 界 品 位 为 0 ． 3 ％ ， 且 铜 矿 石 中 存 在 的伴 生元素铁 ， 因其含量高 、 对铜 的特征 吸 收严重 ； 与锡 等原子 序数较高 的矿石相 比， 铜 的特征 x射 线能 量 低， 致使 受测量 面 几何 条 件影响更大 ； 加 上矿 石 中铜 元 素 分布 不均 匀 带 来的影 响。 铜 矿 x取样具有相 当 的难度 。 本文探 讨 了 解 决 铜 矿 x取 样 各 种 影 响 的方法技术问题 。 建立了一套适用的铜矿 x 取 样技术 ， 在 多 个铜 矿 山 的生 产 实践 中应 用 所 建立 的技 术， 取得 了 良好效果 。 2物 理机 理 根据奠塞莱定律【 1 J ， 每种元素原子放出 的特 征 x射 线 的 能量 与该 元 素 的原 子 序 数 的平 方成 正 比， 故 利用 x 荧光分 析仪 对被 测一 量 的特征 x射 线 的能 量进行 识别 ， 即可确 定 释放 该 能 量特 征 x射 线荧 光 的 元素 为 哪种 维普资讯 第 2期 周 四 春等 X荧光 取 洋 技 术 在铜 矿 山 的应 用 研 究 元素 ， 实现对 元 素的定性 。 根据文 献 [ 2] 的推 证 ， 将 携 带 式 x 荧 光 { ； 【 器置 于岩 石表 面进 行 测 量时 ， 所获 得 的 某 种能 量的特 征 x射 线的计 数率 为 -r -r f F H 1 。十 ， 式 中 K 为仪 器 因子 ； I o 为激 发 源 的强度 ； c， 为岩 矿 石 中 目标元 素 的含 量 ； r 分别 为岩 矿 石对激 发源 初级射 线以及 目标元 素 特征 x射线 的 质量 吸 收 系数 ； F H 是描 述 测量 面到 探 测器距 离 H 等的几 何效应 因子。 从 1 式 可见 ， 在一 个 测点 上 测量 时， 影 响原 位 确定 目标元 素品位 的 因素 有两 个 ， 一个 是 由于基体效应造成的 。 与 r 变化带来的影 响， 另一个是 几何 效 应 引 起 的 F H 变 化 带 来 的影响 。校正被 测岩 矿 石 中非测元 素对 目标元素造 成 的基 体 效 应影 响， 并采 用 有 关 技 术措施将 几何效 应影 响控 制在允 许误差 范 围 内， 即可保证 每 一测 点 上 确定 目标 元 素 含 量 的准确性 ． 再 消除 矿 化不 均 匀效 应 带 来 的 影响， 即能可靠确定矿石的地质品位。 x 取 样 工 作 采 用 了 近 期 研 制 的 H卜 2 5 6 B 型 2 5 6道 携带 式 微 机 多 元 素 x荧 光仪器 。 该仪器 由探 头 与 操 作 台两 大 部分 组 成 。 探头 由低气压 正 比计数 管及 电荷灵敏前 置放 大器 构 成 。操 作 台 核 心 部 分 是 以 8 0 C 3 1单 片机 为基础 构 成 的 2 5 6道 脉 冲 幅度分 析 器 。 仪器 可 同时设 置并 澜 l 量 8个能 窗 内的计 数 ， 内 置5种 基 体 效 应 校 正 模 型 。 仪 器 对 F e 5． 9 k e V射 线 的能量 分 辨率 为 1 6 ％， 最 多 可同时测量 6个元 素。 4 关键性技术 问题 及对策 4 ． 1 几何 效应影响 及校正 方法 x取 样是 一 种 相 对物 理分 析 方 法 ， 获 得 准确测 量结果 的前提是 待测样 与标准样 之闻 的 测量条件完 全一 致。但 原生产状 条件 下的 岩 矿 石 表 面 总 是 随 机 地 呈 凹 凸不 平状 态 的 ， 这 种 由测量 面 凹凸不 平 带来 的 影 响 称 之 为“ 几何效应 ” 或 “ 不 平度效 应” 。根 据笔 者 的 研 究， 在任何 一种 凹凸面上 测量 时， 其测量结 果总可 以等效于 在某个距 离上 的平 整面的测 量结果 ， 故几 何 效应 影 响 等效 于 测 量 面到 探 测器 或激发 源 间距离 习惯 上简称 为 “ 源样 距 ” 变化 带来 的影响 _ 2 j 。 实验研 究证 实 图 1 ， 采 用 特 散 比 I ， ／ I ， 代替铜 特 征 x射 线 强 度 I 作 基 本 参 数 后 ， 几何 效应 源样距 变化 影 响 已大大 减少 ； 而采 用不 同仪器 源 样 距 定 义 为 放射 源到 探 头顶端平 面 问的距离 时 ， 几何 效应在 一定 范 围内变 化 对 测 量 结 果 的 影 响 程 度 是 不 一 样 的 ， 1 4 mm 仪 器 源 样距 是 测量铜 矿 时 的最 佳 仪 器源 样距 ， 此 时 几何 效 应 在特 散 比值 测 量 上造成 的影 响的平 均 误差 E ％ 最 小 图 2 ； 在 此基础 上 ， 研 究使用 了 2 式形 式的铜矿 石 x取样 品位计算 方程 。 1 ’ 2 0 ． 9 i n 篓 0． 3 0 6 I 3 2 0 2 7 3 4 糠样 距 d／ I n 圉 1 器 样 歪与 铜 特 征 x射 线 墨鹰 实验 曲线 口 c } 6 c ， d 2 ， 式 中 I 激 发 源 初 级射 线 的 散射 射 线 计 数 ； 。、 b 、 方 程 的刻 度 系数 ． 通过 最 小 二乘 方法求 出 ； c， 目标元 素含量 ； j ， 意义与 1 式 同 。 维普资讯 6 有色矿山 2 0 0 1盎 l 8 1 5 崔 惶 圩 9 6 i f l ／ ． 一 hv“ 7 1 2 1 7 2 2 2 7 源样 距 di m 圈 2 仪 器潭样距与平均测量误差实 验曲线 从 实验结果 图 1 可知 ， J r ／ I ， 与 I ， 均是 随源样 距作同 向变 化的， 故 变 量 J 在等 式右 端 的 引人 ， 有 利 于 保 证 在 源 样 距 变 化 时 ， 对 c 之 确定有 较小 的影 响。 实验 证实 ， 采用 上述三 项技 术措施后 ， 几 何效应影响带来的误差 已经控制在允许误差 范围 。 4 ． 2 基 体 效应 影响 及校正 对铜 矿石 而言 ， 基 体 效 应 主 要 来 自铁对 铜的特征 x射线的吸收影响_ 3 j ， 对这类基体 效 应 的研 究表 明． 采 用特散 比法作校 正 ， 即可 获得 好 的 效 果 ， 在 实 验 基 础 上， 研 究 使用 了 2 式所 示 的兼 有抑 制 几 何 效应 的基体 效应 校 正模 型。应用 这个 模型对 几个 铜矿 山的铜 矿石 粉 末 样 品 的 测 定 ， 分 析 合 格 率 均 达 到 8 5 ％以 上 。 4 ． 3 矿 化不均 匀效 应及对策 一 个 地 质 样 的 品位 是 指 一 个 取 样 区域 如刻 槽 取 样 区 域 一 般 为 l O O c m l O c m 5 c m 内全部 矿 石点 的平均 品位 ， 而 x取样是 靠 x荧光 仪 在 岩 矿 石表 面上 逐 点 测量 求 取矿 石 品位的 ， 由于 x荧 光仪 探头 在 每一测 点上 的有 效 探 测 区域 均是 一小 圆面 积 ， 因而 无法 获取取 样 区 内全部 矿 石 点 的信 息 ， 由于 矿物 组分 在岩 矿 石 中的 分 布是 不均 匀 的， 因而 ， x荧光取 样 无 法 避免 矿化 不均 匀 效 应 影响 。根 据笔 者 的研 究 _ 4 j ， 采 用了 以仪 器 探 头有 效直经 为点距 的最佳测 阿技术 。 由于 这 种测阿是可能条件下获得最多岩 矿 石点信 息的测 阿， 在保 证 每 一 测点 测 量结 果 准确 的 前提 下， 可以将 矿 化 不均 匀效 应 影 响 减 小 到 可能 的最 小程 度。 上述三 项 关键 性 技 术 为基 础 ， 建 立 起 了一套适 合铜 矿 山铜矿 石 x取样 的方法 。 5应 用实 例 5 ． 1 现 场原位 确定铜 矿石品 位 表 1列 出了在中条 山铜矿 峪铜矿 开 展 x 取样原位确定铜矿石品位初期的部分测量结 果 ， 为 了检 验 x取 样结 果 的 准 确 性 ． 对 这 部 分样 品亦 进 行 了对 比刻 槽 取 样 确 定 品位 工 作 ， 结果 一并在表 1中列 出。 囊 1 铜矿峪铜矿 X取样确定铜矿石 品位与刘槽取样品位对比表 取掸方法 棒品散 超差数 合格阜 平均品位 对比误差 r ％ ％ ％ x取 样 7 1 1 3 8 1 ． 6 9 0． 5 4 9 0 ． 0 2 型堕 璺堂 坚． 竺 ． ． 表 1中刻槽 取样 的误 差是指 样 槽作 加深 两次刻 槽取 样 ， 第二次 刻 槽 取样 相对 于 第一 次刻槽 取样 的误 差 。x取 样 误差是 指 x 取样相对于 第一 次刻 槽 取样 的误 差。 图 3为 四 川会 理 大 铜 矿应 用 x 取 样 在 坑道 壁上确 定铜 矿石品位 成果 图。从表 1与 图 3中可见， 所建立的铜矿 x取样技术确定 铜 矿石 品 位 的 准 确 度 与 刻 槽 取 样法 是 相 当 3 蓦 瑶 u 0 矿殷 ， m 圈 3 会理大铜矿某矿段 x取样 确定铜矿石品位成果圈 l x取样 品位 2 一刻槽取掸品位 ； 3 一砾岩 维普资讯 第 2期 周 四春 等 x荧 光 取样 技 求在 铜 矿 山的 应 用研 究 的 。但 x取 样 确 定 一 地 质 样 品 位 仅 需 十 几 分 钟到半 个小时 ， 较刻 槽取样 获取 品位 的 数 天 工效 高 了几 十 倍 ， 加之 x取 样 是 一 道 工 序即刻获取 品位 ， 既 避 免 了刻 槽 取样 作 业 时 岩尘对刻槽 工 人 的危 害 ， 又将 获取 品位 的 成 本 费从 2 O元左 右降低 到 2元左 右 。 不考 虑提 高工效 带来 的效 益 ， 仅 统计 减少 的成 本 费一 项， 一个 中型 矿山每年就 可节 约 1 0万元 。 5 ． 2 X荧光编 录 应用 除按 照地 质 取 样要 求 ， 以 l O O e m 1 5 c m 区域作 一个 地 质 样 区域 确定 地 质 品位 外， x 取 样 在矿 山的另一应 用是配 合地质 编录进 行 x荧 光 编 录 ， 即 在 地 质 编 录 时， 应 用 原 位 x 取 样技术 测定 被编录 的坑道壁 或采掘面 上 各 点 的铜矿石 品位， 据此 编制 铜等含 量线 图。 图 4展示 的是四 j n 『 会理大铜 矿七 下二 、 蔡 蘑 回， 固，固囤 囝 4会理 太铜 矿七 下 二 、 三 】一s采 场 采掘 面 x荧 光 编录 圈 f a 一地 质素 描 图 _ b x荧 光编 录 圉 】 1 一采掘面边界线 2 一砾岩 ； 3 ～x取样测裁位置与编号； 4 一铜矿边界i 卜 钢等古量线 三 l 一5采场的 采掘面的 x荧光 编录 图。 的准 确度 是 相 当的 。即 所 建 立 的 x 取 样 方 在采掘 面上 获 取 的这 种 编录 图， 不仅 完 法确 定的地 质品位 能够满 足生产要 求 。 整准 确地划 分 了矿 体 边界 ， 还 圈 出 了富矿 区 6 ． 2 工作 效率与 经济 效益 域 ， 对 采矿工作起 到 了及 时指导作 用， 避 免 了 用 x 取 样 法 确 定 一 个 地 质 样 面 积 按 采用 刻槽取 样确定 品位时因提 供的化 学分析l O O c m1 5 c m 计 ， 一 般 只需 测 量 3 O ～4 0个 结果滞后 于 采掘 速 度， 无 法 正确识 别 矿 体 边 测点 ， 每个 测点测量 时 间为几 十秒 ， 故 完成 一 界造 成的贫化 损失 问题 。 个 地质 样品的 测量仅 需半个 小时左 右 。加上 在矿 山的地 质 工 作 中应 用 x 取 样 开 展 数据处理 与 品位计算 时 间， 最多 4 O分 钟可 以 编录工作， 则大大提高了地质工作的质量。 获得品位数据。而采用刻槽取样获取一个地 6讨 论 与 结 论 6 ． 1 x取 样确定铜 矿石品位 的准确 度 如表 1所示 ， 在相 同的允 许误差标 准下 ， 同一样 槽加 深作 两 次刻 槽 取 样 、 第 二 次刻 槽 取 样 品位相对 于第一次刻 槽取 样品位 的合格 率与 x 取 样 品 位 合 格 率 分 别 为 7 O ％与 8 1 ％， 加 上对 7 O个 地 质 样 x 取 样 平 均 品位 与刻槽 取样平均 品位 间误 差 仅 为 0 ． 0 2 ％， 这 表 明， x取 样方 法 的 准确 度 与刻 槽取 样 方 法 质品位 至少一天 。这种 技术的 应用有两 个方 面的意义 ， 一 是将 获 取 地 质品 位 的周 期 缩 短 了数 倍 ， 由此 可将 矿 山的采 矿 分段 的矿 体 圈 定 时间缩 短数倍 ， 加速 矿 山的开采速 度 ； 另一 方面， 将获取每个地质样 品的成本费从 2 O元 左右降低至 2元左右， 从而在提高 生产率的 同 时降低 生产成本 ， 产 生显著的 经济效 益。 6 ． 3社 会效益 采用 x取样确 定地质 品位 没有刻槽 取 下 转 第 1 1页 维普资讯 第 2期 王红 绪 盘 区连 续 回 采 隔墙 尾砂 充填 采 矿法 在 尹 格 庄 金 矿的 应 用 1 1 料 人工 费 为 6 7元 ， 这样 每 米 泄水 桶 可 节 约 5 5 1元 ， 折 成每吨 矿石 可节 约 0 ． 4 8元。 3 提 高 采 场 生 产 能 力 采 矿 工 效 由 3 ． 7 9 t ／ 工 班提 高到 8 ． 7 5 t ／ 工 班 ， 产 生 的经 济效益 为 4． 8 7元。 4 降低矿石 贫化 原 采矿方法 矿石贫 化 率为 8 ． 0 8 ％， 现 在 该 方 法 的 矿 石 贫 化 率 为 7 ． 6 ％， 贫化率降低 0 ． 4 8 ％， 产生的经济效益 是 1 ． 2 6元／ t 。 通 过对 生产能力 及 生产 效率 、 充填 费用 、 矿石贫 化率 等 主要 因素进 行 经 济效 益 分 析 ． 每吨矿 石产生 的直接 经济效益为 1 8 ． 5元 。 4． 2 ． 2间接 经济效益 新工 艺 不 仅 取 得 了 显 著 的 直 接 经 济 效 益， 对 矿山总体 开发还 具 有 明显 的 间接 经 济 效益 。 1 由于采用 了钢筋 网苇箔墙 ， 有效 的解 决 了采场 留问 柱 问题 ， 使 采矿 损 失率 降 低 了 2 ． 5 ％。采矿 回收率 的提高 ， 可 延长矿 山服 务 年限 ， 对贵 金属 矿床 的 开采 经 济经 济 效 益 显 著。 2 提 高了矿 山的 生产 能力， 原采场 生产 能力 为 4 6 t ／ d ， 现 为 7 5 t ／ d ， 全矿 9个 采 场， 生 产 能力可增 加 2 6 1 t ／ d 。 5 结论 盘 区连 续 回采隔墙尾 砂 充填 采矿 法工 艺 新颖 、 独 特， 改变 了厚大矿体 传统 的上 向水 平 分 层 充填法分 两步 回采的方 式。用钢 筋 网苇 箔隔墙 ， 既 减少 了尾砂外 泄， 又减少 了矿柱损 失 ； 改变 了矿房 充填 体 的结 构， 由胶结 充填改 为尾砂 充填 降 低 了 生产 成本 ， 提 高 了矿 石 回 收率 。 [ 参 考文献 】 [ 1 ] 山东 省 招远 市 尹 各 庄 金 矿 盘 区 连 续 回栗 隔墙 尾 砂 充填 采 矿 法 研 究 报 告 [ R] ． 尹 各 庄 垒 矿 ． 北 京有 色 冶 金设 计 研 究 总 院， 1 9 9 5 ． [ 2 ] 采 矿设 计 手 册 编 委会采 矿 设 计 手 册 第 二 册 [ M] ． 北京 中国建筑工业 出版杜． 1 9 9 8 ． 上接 第 7页 样 品 的工 序 ， 因而 可 以避 免 采用 刻槽 取 样 法 时岩 尘粉给 作业 工 人带 来 的矽 肺病 危 害， 社 会效益 显著 。 综 上所述 ， 可 以作 出以下结论 1 本 文 建立 的铜 矿 x取 样 技术 可以达 到生产要求 的准 确度 。 2 应 用 x取 样技 术 可以准 确划 分铜 矿 体边 界 ， 提 供 坑道 壁 、 采掘 面等表 面的铜 含量 分布资 料， 指 导 采 矿 、 提 高 矿 山 地 质 工 作 水 平。 3 X取 样 技 术 较传 统 的刻槽 取 样技 术 具有速 度快 、 成本 低 ， 对提 高 矿 山 生产 力 、 节 约成本 效果 显著 ， 经济效 益 良好 。 4 采 用 x取 样技 术可 以避 免刻 槽取 样 时大 量游 离 岩尘 粉， 对刻 槽 工 人 带来 的矽 肺 病 危 害， 社 会效益 显著 。 [ 参考文献 】 [ 1 ] 褚 圣 鳞 ． 原 子 物 理学 [ M ] ． 北 京 高 等教 育 出 版 社 ， 1 9 7 9 [ 2 ] 周 四 春 ， 章哗 ， 谢 庭 周 等 ． X取 样 方 法 在 锡矿 上 的应 用 [ J ] 核 电子 学 与 探 测 技 术 ， 1 9 9 1 ． 1 1 2 9 l一9 5 [ 3 ] 周 四春 ， 章晔 ． 适 合 于 轻 便 X 荧光 仪 器 的 等 效 模 型 校正 法 [ J ]核 技 术 ， 1 9 8 3 ， 6 3 9 4 3 ． [ 4 ] 周 四 春 ． X 取 样 中 校 正 矿 化 不 均 匀 效 应 研 究 [ J ] ． 核 电子 学 与 探 测 技 术 ， 1 9 9 1 ， 1 1 1 4 2 45 维普资讯