1、Series No . 373 July 2007 金 屬 礦 山MET AL M I N E總 第 373期 2007年第 7期應海松 (1965 , 男 , 北侖出入境檢驗檢疫局綜合技術服務中心主 任 , 寧波檢驗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。鐵礦石檢測技術及其新進展應海松 廖海平 任春生(北侖檢驗檢疫局 摘 要 隨著近年來鐵礦石作為大宗金屬礦產品 , 、 更全面和快捷 , 鐵礦石的檢測分析也越凸現其重要性 。 由于工作的需要 , ,的檢測技術發展已經對鐵礦石檢測領域產生深遠的

2、影響 。紹 , 并對其發展提出了看法 。關鍵詞 鐵礦石 檢測技術 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 , 隨著科學技術的發展及鐵礦石貿易 的需求 , 許多鐵礦石分析已經應用了先進 、 高效 、 快 捷的科技成果 , 同時因貿易需要某些檢測項目的新 標準也正在制 、 修訂 , 一些傳統的檢測方式也增加了 新的內涵 。 文中 , 就鐵礦石檢測新技術介紹如下 。 1 物理試驗技術1. 1 水分在線檢測技術針對于傳統水分測定技術 , 鐵礦石在線水分測 定方法是一種自動化程度高的新技術 , 目前國際上 有多家礦冶企業應用了這項技術 。 至于該技術是否 已經發展到了制標的階段 , I S O /T C102/SC1專門成 立研究組對國際范圍內的在線水分測定技術進行調 查分析 ,

6、 研究組的召集人作了一份評估報告 。報告 介紹了目前在國際上應用的幾套在線水分測定系 統 , 并作了比較 。認為由澳大利亞開發的低頻微波 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 。 但這項技術尚在發展中 , 建立標準在國際 范圍內推廣還為時過早 。(1 低頻微波水分測定儀 。 這種水分測定系統 可應用于各種礦產品在皮帶輸送機上的在線檢測 , 該儀器原理是通過向被測物體發射微波 , 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 。 檢測結果不受皮帶速度 、 被測物體粒度 影響 , 但須安裝皮帶計量設施用

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 料水分在線檢測設備 。與紅外線 、 電容和微波技術 產品相比 , 具有高度的適應性和明顯的抗干擾能力 。 其原理是采用先進的核分析技術 , 使水分測量不受 物料成分 、 形狀 、 粒度 、 顏色 、 松散度 、 滲透水率 、 導電 性等各種參數的影響 。 水分測量的精度可達 0. 3%; 射 線 計 數 率 長 期 穩 定 性 和 測 量 值 的 重 復 性 可 <0. 1%; 工作環境可在 050 , 相對濕度 95%; 探測器工作環境可在 -4050 , 相對濕 度

8、95%。 例如國產 DF -5740型水分儀 。(3 機器人水分測定 。目前 , 世界上有的鐵礦 公司采用機器人以取代人工進行水分檢測 , 操作原 理與人工一樣 , 只不過稱樣 、 烘樣等工作均由機械手 完成 。 澳大利亞哈默斯利公司 、 南非庫珀礦業 、 中國 寶鋼原料站都已配備這類設備 。 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 械手 、 干燥箱 、 試料容器 、 廢棄料斗和縮分裝置組成 。 運行控制模式有 P LC 自動控制 、 機側 TEST 連動 、 機 側單獨 3種運行模式 。1. 2 粒度測定技術(1 激光粒度測定技術 。先進的粒度測定方法

9、,n m 2000, 動態范圍寬 , 適應性強 , 直 接測定而無破壞性 , 方法迅速且高度重現性等優點 。 此儀器可直接得到粒度的體積分布 , 并可轉換為表 面積或數量分布 。 若假定密度不變還可得到質量分 布 。 除篩分法外 , 其它檢測方法目前還尚無在鐵礦 石粒度檢測的相關報道 。但從理論上講 , 這些儀器 設備對粉狀鐵礦石 , 尤其是細粒鐵精礦應該是適用 的 。(2 機器人粒度測定技術 。 該設備結構布局與 上節水分機器人設備一樣 , 只不過水分樣換成粒度 樣 , 烘箱換成機械疊篩機 , 所有動作有機械手代替人 工 。 此類設備澳大利亞哈默斯利公司 、 南非庫珀礦 業已配備 。2 分析

10、化學技術2. 1 微波消解常規試樣溶解方法步驟繁瑣 、 耗時長 。微波消 解方法是一種快速高效的試樣溶解技術 , 可以作為 鐵礦石消解新的手段之一 。 微波消解與傳統加熱技 術不同 , 它是一種內加熱 , 樣品與酸混合物通過吸收 微波能 , 產生即時深層加熱 ; 同時微波產生的交變磁 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 , 不斷產生新 的表面與酸反應 , 促使樣品迅速溶解 , 從而大大縮短 了樣品制備時間 。2. 2 全鐵測定

11、技術(1 計 算 法 。目 前 , I S O /TC102/SC2成 立 W G40A 專門對計算法測定全鐵標準進行制訂 , 程序 已進入委員會草案階段 , 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 過試驗確定某一類型的天然鐵礦的分析總量 T, T 應在 99. 80%100. 00%之間 , 是各元素氧化物的 總和加燒失量 , 其次是準確測定其中的 21個項目 : 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, 進而計算出 , 不作為仲 20個元素 。該方法的測試數據評估 結果為實驗室內標準偏差為 0. 025%, 實驗室間標 準偏差為 0. 109%, 而且平均值同化學法及 XRF 法 的結果非常一致 。(2 自動電位滴定法 。 由于化學滴定需要人眼 與指示劑判斷滴定終點 , 不可避免存在人為因素 。 電位滴定技術是一種經典化學與現代電子相結合的 產物 , 發展已有多年 , 其商品化儀器技術也已十分成 熟 , 尤其是數據微處理技術引入電位滴定 , 更使其如 虎添翼 。 與化學分析相比 , 自動電位滴定測定進口 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 。 目前該技術在國外鋼鐵相關 企業應用卻非常廣泛 , 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 。 用重鉻酸鉀標準溶液在 酸性介質中測定 Fe 2+, 電位記錄隨標準溶液滴定電 位的變化 , 繪制一次微商圖 , 讀取終點的標準溶液的體積 , 計算 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鐵各有關 物相的衍射強度 , 采用一些特殊技術扣除雜峰對上 述強度測量的干擾 , 并且要消除多種對衍射強度測 量的干擾因素 , 通過回歸計算等數學處理后求出兩 價鐵的含量 。(3 X 射線熒光光譜法 。 因為價態不同會引起 X 射線特征譜的精細結構發生變化 , 同樣對鐵元素 的價態不同也引起 X 射線譜的變化 , 因此用普通 X 應海松等 :鐵礦石檢測技術及其新進展 2007年第 7期射線熒光光譜儀 , 結合相關的譜處理軟件 , 可以從收 集和計算的大量譜峰數據中 , 找出可用于鐵元素化 學價態

15、定量分析的依據 , 并用于鐵礦石兩價鐵的分 析 。2. 4 流動注射 -氫化物發生原子吸收法氫化物發生可以方便地將待測元素從基體中分 離富集 , 流動注射的應用 , 又克服了環境污染 、 試劑 消耗量大等缺點 , 兩種方法與原子吸收的聯用 , 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 物發生原子吸收技術 , 測定鐵礦中的 3個元素 :砷 、 銻 、 鉍 。2. 5 碳 、 硫同時檢測方法下 , , CO 、 CO 2、 S O 2、 S O 3、 轉換 , 進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 。該方法可以采用標準 樣品對照法和標準曲線法 , 標準樣品對照法是采用 已知碳硫值與試樣礦物結構和含量相近的有證參考 標準物質 , 通過對照試樣和該標準物質燃燒后的紅 外積分值 , 測算該試樣的碳硫值 ; 標準曲線法是采用 一定碳硫濃度梯度的標準樣品系列或配制一定碳硫 濃度梯度的標準系列 , 測定這些標準的碳硫積分值 , 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 。目前已形成國際標準 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線性范圍 , 能快速進行多 元素分析 。 目前與 I CP -MS 連用有氣相 (GC 或液 相 (LC 或毛細管電泳 (CE , 作為預分離裝置 , 可用 作價態分析 。 采用激光燒蝕 (LA 進樣技術可大大 提高 I CP -MS 的性能 , 尤其是沒有標樣的情況下 , LA -I CP -MS 可對固體樣品進行半定量分析 。 2. 7 色譜技術傳統色譜一般應用于有機物的檢測 , 但近幾年 來在金屬離子分析領域采用色譜技術非常熱門 。 氣 相色譜具有分離效能高 、 分析速度快 、 樣品量少等優 點 , 可以把金屬離子轉化為有一定揮發性的

18、有機化 合物 , 主要方式有揮發性金屬鹵化物 、 金屬與螯合物 形成揮發性絡合物 , 也可以把氣相色譜與質譜 、 I CP 、 原子熒光 、 原子吸收等聯用 , 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 測及其價態分析 。高效液相色譜可以作為 I CP 或 AAS 的預分離裝置 , 用于鐵礦石中有毒有害元素檢 測及其價態分析 。 離子色譜用于分離無機陰離子有 獨特的優勢 , 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用 。 3 物理性能測定技術、 真密度 、 松散 、, 。但 ,材料相關標準替代

19、。(1 孔隙率的測定 。 孔隙率的測定是通過測定 球團礦真實密度和表觀密度后計算得出 。 具體公式 為P =(1-P /R ×100%,式中 , P 、 P、 R分別為孔隙率 、 表觀密度和真實密 度 。表觀密度的測定基于阿基米德定律 :分別稱量 出球團礦在空氣和液體 (已知密度 中的質量即可 得出 。 目前已有自動化程度較高的密度組件配合內 置密度測定程序的天平測定表觀密度 。 真實密度的 測定亦即真實體積的測定 。 傳統方法一般使用密度 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 , 已知質量的氣體向裝有樣品的樣品 室擴散時 , 樣品室壓力發生變化 , 通過測量氣體壓力 的變化值來確定樣品的真實體積 , 繼而根據其質量 得出真實密度 。(2 比表面積測定 。檢測粉末 、 多孔物質比表 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 、 統計吸附層厚度法 (STS A 、 勃 氏法 (透氣法 以及低溫氮吸附法等 。勃氏法的方 法依據是在一定空隙率的物料層中 , 孔隙的大小和 數量是顆粒尺寸的函

21、數 , 根據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 , 所受阻力不 同而導致流速的差異來測定物料的比表面積 。 (下轉第 32頁 總第 373期 金 屬 礦 山 2007年第 7期參 考 文 獻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 楊家嶺 , 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巖石力學與工程學報 , 2003, 22 (10 :1629-1635.3 白義如 , 谷志孟 , 白世偉 1程潮鐵礦東區地下開采引起地表沉 降和巖層移動探討 J 1巖石力學與工程學報 , 2002, 21(3 : 3402342.(收稿日期 2007205211(上接第 12頁 比較先進的方法有低溫氮吸附法 。 其理論依據 是 BET 方程 。 該理論認為低溫條件下 , 當外界溫度 降低到液氮

23、沸點溫度 -195. 8 時 (該環境溫度由 液氮浴提供 , 氮分子能量降低 ,被固體表面吸附 , 達到動態平衡后子層的狀態 。 BET 公式要求的 0. , 固體對氮分子 , 即可以用被 吸附氮氣量來定量表征固體的總表面積 , 通過測定 (熱導傳感或壓力傳感 被吸附氣體量即可得出被 測物質的比表面積 。 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構晶體進行物相鑒定 。 目前利 用該法確定晶體建構的范圍已從單晶擴展到多元粉 晶 , 因為粉晶 X -射線衍射圖猶如人體的指紋 , 是晶 體本身的結構特征所決定 , 一

24、般根據 X -衍射線的 2角與晶面間距 (d hkl 的關系以及它相應的衍射 線相對強度 (I /I, 再通過核對標準粉晶衍射數據 卡片 (P DF 卡片 就可以進行定性分析 , 因物質的衍 射強度與該物質的參加衍射的體積成正比 。因此 , 該法在定性分析的基礎上還可測定多相物質中的相 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 學性能已有了很大的提高 , 從而使礦相學工作者能 確切地觀測到更多的光學性質 , 同時為了定量測試 不透明礦物的物理 、 光學性質而設計的幾種光學儀 器和顯微鏡附件也已被廣泛運用 , 因此為礦相學的 研究創造了有利條件 。 隨著光學 、 電子 、 精密儀器制 造工業與科學技術的發展 , 礦相顯微鏡的技術性能 也逐漸改進 ,