铝土矿化学矿物计算法.pdf

轻金属 2 0 0 0年第 2期 轻金属矿山 g 铝土矿化学矿物计算法 徐宁 山东铝业公司矿业公司， 山东 淄博 2 5 5 0 5 2 擒耍在简单评析了 铝土矿矿抽分析的各种手段之后． 指出了铝土矿矿袖成舟计算的优势一简便、 快速。磬出了铝 土矿矿抽计算的理论壤括抽质平衡。论述了矿袖计算的二十原别度计算过程。最后介绍了一种矿抽计算的计算 由于不同铝矿物中氧化铝溶出的难易程度不 同， 所 以不同类型的铝土矿就必须用不同的冶炼工 艺。因而， 在矿床勘搡工作中要对铝土矿做矿体分 析测定出矿石的矿物成分； 在铝土矿的工艺试验和 氧化铝生产过程 中也需要对不同阶段的反应产物进 行矿相芬析。因此， 简化矿相分析程序， 探求一种快 速可靠的矿物计算方法， 对于 铝土矿矿床勘探和氧 化铝工业生产具有重要现实意义。 1 传统矿相分析手段的局限性 传统的岩矿鉴定使用岩相显微镜 包括偏光显 微镜和矿相显微镜 可以鉴定出铝土矿的主要矿物 成分及其之间关系。如果要定量测定矿物含量则还 需配备微尺目 镜、 网格目镜、 多种显微求积仪， 且由 于受切片部位和方向的限制， 所测定的矿物含量难 以达到准确的精度． 而制作大量 的切片 从概率上 讲， 要有无穷多个切片 工作繁琐甚至不可能。铝土 矿中的多种粘土矿物颗粒极其微小， 需借助于粘土 矿物染色法， 且粘土矿物的定量分析还需要相 当繁 重的人工重砂来实现。 差热分析可以大致判断铝土矿中主要矿物的含 量， 不能用作定量分析。 x 一射线衍射分析是研究铝土矿或粘土矿的常 用技术。不过． 它有两方面的局限性 一是， 所需样 品数量多， 仪器构造复杂， 成本高； 二是， 矿物结晶程 度的差异、 切片方向等因素会带来“ 矿物误差” ， 而且 嘘韩 B 期 1 9 9 9 0 7 一 O l 还须依赖事先的精确标定。 因此， x一射线衍射分 析只能用于矿物的半定量分析。 化学物相分析虽有较高的精度， 便是成本太高。 上述诸多鉴定分析方法皆不同程度地存在着片 面性和局限性。而化学分析结果与矿物成分换算 法， 即铝土矿化学矿物计算法。对于地质勘探和生 产部门来说， 则是一种成本低、 速度’陕、 精度可靠的 矿相分析计算方法。 2 原理与规则 2 ． 1 原理 在矿床勘探 阶段 ， 对铝 土矿矿物成分的定量计 算， 可根据化验室化学分析结果和普查阶段矿石矿 物成分定性鉴定资料来进行。矿物计算的基础是质 量平衡， 可把矿石 的化学成分和矿物成分看作是一 个质量单位的两种表现形式， 即组成矿石的化学成 分的总和与矿物成分的总和皆为 1 0 0 ％， 1 ％的化学 成分参加到矿物 中相当于矿物含量的 1 ％， 一种矿 物的含量为参加到该矿物中各化学组分 的百分含量 之和。化学成分是接组成矿物成分的化学分子式中 各个氧化物含量参与的。据此可以以化学成分含量 推算出矿物成分含量。这就是化学矿物计算法的一 般原理。 2 ． 2 让位规则 多种矿物可能会含有同一种氧化物组分。例 如， 三水铝石、 一水铝石 包括一水软铝石和一水硬 维普资讯 2 0 0 0年第2 期 徐宁 铝土矿化学矿物计算法 铝石 、 铝针铁矿、 高蛉石、 纤磷钙铝石、 银星石、 伊利 石、 锂硬锰矿、 碳钠铝石等等都含有 z O 3 。前 4种 是含铝的主要矿物． 后 5种是含铝的次要矿物。其 中． 铝针铁矿中的铝是以类质同象的形式进入针铁 矿 中 F e晶格位置的， 其余的如高岭石中的铝则是构 成多种矿物的基本粒子。在计算一开始要把 Ak O 3 的质量先分配给纤磷钙铝石 、 银星石、 伊利石、 锂硬 锰矿、 碳钠铝石 5种次要矿物。然后， 再把剩余的 z 质量分配给主要矿物。只有这样才能计算出 总含量对于次要矿物成分的贡献。这种主要矿物成 分让位给次要矿物成分的规则， 被称为“ 让位规则” 。 2 ． 3 优先原则 在次要矿物之间份额的分配， 可直接按化学分 子式换算。对于矿石 中本来不含有的矿物． 按缺失 相处理． 如某矿石 中不含银星石． 则就不再把 A l 2 O 3 分配给银星石。为了简化计算工作， 对一些类质同 象， 如赤铁矿中的 F e 被 代换可以忽略不计， 不再 把铝分配给赤铁矿． 这种忽略不会给可提取氧化铝 含量的估计带来影响。因此， 在运用“ 让位规则” 计 算铝土矿次要矿物时． 对于“ 缺失相和类质同象” 矿 物均不必计． 而必须把 A l 2 质量优先分配给业 已 查明存 在的矿物。这一原则 被称为“ 存在优 先原 则” ． 简称“ 优先原则” 。 3 计算过程 第一 根据铝土矿的“ 定义” 建立“ 铝土矿判别标 准” ． 如表 1所示。 根据不同的矿区． 按其成分特点对标准范围可 作出相应调整。 第． 建立各个矿物成分即矿物相的判别标准． 如表 2 。 裹 2 铝土 矿矿韧相 判别标准I 红土型 第三， 计算。按照“ 让位规则” ， 先把一种氧化物 如 z O 3 的质量分配给次要矿物， 再按“ 存在优先原 则” 在次要矿物之问依次分配质量。次要矿物对 2 O 3 分配完之后， 剩余的A k 0 3 用t A l 2 O 3 表示 便在主要矿物之间分配。含铝的主要矿物是 三水 铝石、 勃姆石、 高岭石、 针铁矿； 用 a 1 、 a 2 、 蚧 a 4 依次 代表它们 1摩尔中所含 A l 2 O 3 的量， x 1 、 x 2 、 3 、 x 4 分别代表该矿物在矿石中的含量， 于是， t Ak 0 3 a l X I a 2 X z a 3 X 3 a 4 X 4 1 对于 H2 0、 s i 、 F e 2 0 3 、 L OI 组分． 同样可得 t H2 0b a X a b 2 X 2 十b 3 h 2 t S i 0 2 C l e 2 6 3 维普资讯 轻金属 2 0 0 0年第 2期 t F e z d z X 4 x 5 4 】 t L DI t H2 OE l C OR G一 C O 5 d I 一 a b 6 式中， 、 a 2 、 b ”b 2 、 b ”b 4 、 c ”c 2为已知数． 如三水铝石中的理论含量为3 4 ． 6 ％， 以E 】 为常数， E1 2． 2。 上面的6 个等式构成一个方程组， 其中有 x 、 、X 3 、 X 4 、 X 5 、 【6 、 a ‘I 、 b 4 8 个未知数。借助于蒙特卡 洛数学模型可解出这8 个未知数。至此计算过程完 毕。 这就是铝土矿矿物成分计算的一般方法。根据 这种方法可编制出计算机软件。目前已有多种软件 问世。 下面介绍一种软件． 说明铝土矿矿物成分计算 方面的进展情况。 4 地质软件 加拿大艾尔肯公司开发的地质软件具有较高的 精度， 其标准偏差为≤ 1 ％。非地质人员也可以操 作， 不需操作者做 x一 射线荧光光谱分析校准逼近， 也不需专业人员作衍射判断分析， 消除了因主观判 断带来的误差。在开发 出该软件的同时， 还开发出 了 “ 化学分析数据 一物相预测电子转换仪” ， 该转换 仪与Wi n d o ws 上的电子表格相连接， 可以直接处理 化学分析结果， 在瞬间 约 1 秒内 即可得到物相分 析结果并预测 出可提取的 A l 2 O 3 数值， 因而具有极 高的工作效率。其优势还在于， 对矿床钻探取样不 需要做溶出试验便可对一个铝土矿矿床做出准确的 矿物分析和工业评价。从图 1和图2可看出该软件 的可靠性 图1 显示， 计算的易溶出 即拜耳法溶出 与实验室实验溶出值具有很好的线性吻合关系。图 2 显示， 计算的可溶出 即烧结法溶出 与实验室溶 出值也具有很好的线性吻合关系。 薹 警 羹 萤 实验宣碧出的 - 图l 易溶出A l 2 计算值与实验童溶出值对比图 l 圈中敷字为铝土矿样品编号 类验室可罄出的 k ， ％ 圈2 可溶出A k 计算值与实畦童溶出 位 对比 圈 { 圈中数字为铝土矿样品一号】 另外． 对特殊类型的矿床， 地质人员借助于附加 条件可使矿物相的选择范围缩小。甚至对铝士矿废 石也可做出正确的计算结果。 B q u a n t 的局限性有下述几个方面 一． 它不能 区分化学成分相同的矿物相， 如三水铝石和诺三水 铝石． 硬水铝石和软水铝石。故对新勘探的矿床， 还 耍辅助 x 一射线衍射分析等手段。二， 针铁矿、 赤铁 矿的比值在特殊矿床中过高或过低， 会影响三水铝 石与一水铝石二者之间所含 A b 0 3含量的分析。 三， 在运用“ 让位规则” 计算时， 次要矿物相可能与实 际情况不符， 这时可输人一些附加条件加 以调整。 四， 即使是老矿山仍须依赖准确的化学分析结果。 化 学分析误差 如 L O I 会成比例地传递给一水铝石和 三水铝石两矿物所含A b 0 3 的比值上。 5结语 铝土矿矿物计算法虽然不能完全代替化学物相 分析等矿相分析鉴定手段． 但在勘探阶段用它查明 矿石物相组成， 预测矿床的工业价值， 仍不失为一种 经济简便的辅助工具。 在外购民矿份额越来越多的铝业公司中， 铝土 矿矿物计算法可用来复查那些客户有异议的商品矿 分析结果。不过， 计算所依据的应是全分析， 即要提 供微量元素的含量． 其构成的副矿物具有很好的指 示意义。 参考文献 [ 1 ] 铝土矿规范组编 铝土矿地质勘探规范专题研究参考资料 J R 1 山西省矿产储量委员会编印． 1 9 8 4 ， 1 2 [ 2 ] G 巴尔多西 G J J ． 阿列瓦著． 红土型铝土矿 M顾皓民等译 辽宁科学技术出版社， 1 9 9 4 ． 1 2 ． [ 3 ] F r a l M K i m m e ， 虬 c B Q U A N T C o s t e f f e c ti v e C ． a l c u o n s o f Ba u x i t e M j n m ． L i g h t M nA I8 1 9 97 ． I P9． { 责任编辑杜雅君】 } 饕宙苗苎 皇 g 维普资讯