三、工艺矿物学的研究方法

28.什么是取样？有哪些环节？

取样是指从矿体、近矿围岩或矿石中，按一定规格和方法，采取一部分有代表性的矿石或岩石作为样品，以研究矿石质量、加工技术性能以及采矿技术条件而进行的一项专门工作。取样通常包括三个基本环节，即采样、样品加工、样品分析和研究。

29.什么是样品的代表性？影响样品代表性的因素有哪些？

样品的代表性，是指所采集的部分式样与研究的对象在整体性质上的一致性。实际上，样品的代表性是指试样的某一特征指标的测定值与该研究对象特征指标真实值相符合的程度，两者的符合程度越高，说明样品的代表性越强。

影响样品代表性的因素很多，一般可概括为地质和开采两大类因素。

（1）地质因素　取样时，首先考虑的是矿体本身的变化，即整个矿体的稳定程度。实际上完全均一的矿体是很少的。绝大多数矿体在矿石类型、结构、构造、矿物组成、粒度特性、有益和有害组分赋存状态、平均品位等方面，在空间的各个部位均是变化不定的。采样前，需要根据矿体这些特征，将矿石划分为不同的类型。求出不同矿石类型在整个矿量中所占的比例。按此比例采取的各种类型矿石混合样，就具有了整个矿体的代表性。至于采样点的多少，则视矿体的稳定程度而定。采样时，要充分顾及矿体的地质特点及其分选工艺性质。

（2）开采因素　由于开采方法的不同，除了使原有因素复杂化外，又增加了一些新因素。例如开采时，与矿体接触的围岩和矿体内的夹石必然要混入到采出的矿石中。一般露天开采围岩混入量为5％～10％；地下开采的围岩混入量为10％～20％，个别甚至可达25％～30％，细脉状矿体混入量更大。因此，采样时就要把围岩和夹石含量按比例混入到矿样中。要是开采是按矿石类型分别进行，则要按矿石类型分别取样。另外不同的采矿方法，使采出的矿石粒度组成及其他性质，如密度、容重、湿度、机械强度、含泥量等均有所差别，取样时也要估计到这些。总之，这部分工作要与采矿人员密切配合，根据他们的采矿设计予以合理考虑。

30.具有代表性的样品具有哪些特征？

有代表性的样品，一般具有以下几个基本特征。

①代表该矿床主金属（或伴生有益组分）各品级储量。

②代表该矿床各类型矿石的平均品位，其中包括高、中、低3种品位。

③代表矿石的矿物组成及其化学成分。

④代表围岩、夹层、脉石的种类、性质及含量。

⑤代表有用矿物粒度特征及矿石结构、构造特征。

31.常用的矿床取样法有哪几种？

矿床取样的方法比较多，但用于采取选矿试验样品的主要有刻槽法、剥层法、方格法、爆破法和岩芯劈取法等几种。

（1）刻槽取样法　就是在矿体上开凿一定规格的槽子，将槽中凿下的全部矿石作为样品。槽的断面积较小时，可以人工凿取；断面积较大时，可先浅孔爆破崩矿，然后人工修整。刻槽应当在矿物组成变化最大的地方布置。刻槽的距离应保持一致，各槽的横截断面应相等。当矿物分布均匀时，多采取平行槽，不均匀时，多采用螺旋形刻槽。刻槽断面有矩形和三角形。槽深一般为1～10cm，宽为5～20cm。具体操作是：先扫清取样面，然后用凿子画出界限，在工作面上放上帆布或铁皮，以便接取试样，然后再进行刻槽取样。

（2）全面剥层取样法　如果一个巷道内所取的试样质量很大，而取样面积又很小，则应采用全面剥层取样法。其做法是：首先在工作面上铺上帆布，然后对整个矿体的暴露部分全部剥下一层，收集在帆布上作为试样。对细粒浸染矿石，其深度应为10～25mm，对粗粒浸染矿石，其深度应为50～100mm。

（3）方格取样法　该方法应用于取样面积较大的情况下。其做法是在取样表面上划成菱形的、方形的、长方形的格网，在格网的交点处取样。若有用矿物嵌布粒度及含量比较均匀，则取样点可以少一些，交点的距离可大于2m；若嵌布粒度及含量不均匀，则取样点的数目要相应增多，交点间的距离则随着缩小。

（4）爆破取样法　一般是在勘探坑道内穿脉的两壁、顶板上，按照预定的规格打眼放炮爆破。然后将爆破下的矿石全部或缩出一部分作为样品。此法用于要求试样量大及矿石品位分布不均匀的情况，并且仅用于工业试验样品。

（5）岩芯劈取法　当以钻探为主要勘探手段时，试验试样可以从钻探岩芯中劈取。劈取时是沿岩芯中心线垂直劈取1/2或1/4作为样品，所取岩芯长度均应穿过矿床之厚度，并包括必须采取的围岩及夹石。

32.矿石的物质组成的研究方法有哪些？

矿石的物质组成研究包括：矿石的化学成分和矿物组成两部分。查明矿石的物质组成特点，能够确定可供选矿回收和综合利用的有用元素或有用矿物的种类和数量，以及伴生有害组分的种类和数量。

（1）矿石的化学成分

①光谱分析　光谱分析能迅速而全面地查明矿石中所含元素的种类及其大致含量范围（定性、半定量），不至于遗漏某些稀有、稀散和微量元素，因而常用此法对原矿或产品进行普查，查明了含有哪一些元素之后，再去进行定量的化学分析。这对于选冶过程考虑综合回收及正确评价矿石质量是非常重要的。

②化学全分析和化学多元素分析　化学分析方法能准确地定量分析矿石中各种元素的含量，据此确定哪几种元素在选矿工艺中必须考虑回收，哪几种元素为有害杂质需将其分离。化学分析是为了了解矿石中所含全部物质成分的含量，凡经过光谱分析查出的元素，除痕迹外，其他所有元素都作为化学分析的项分析之总和应该接近100％。

化学多元素分析是对矿石中所含多个重要和较重要的元素的定量化学分析，不仅包括有益和有害元素，还包括造渣元素。如单一铁矿石可分析全铁、可溶铁、氧化亚铁、S、P、Mn、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。

（2）矿石的矿物组成　光谱分析和化学分析只能查明矿石中所含元素的种类和含量。矿物分析则可进一步查明矿石中各种元素呈何种矿物存在，以及各种矿物的含量。其研究方法通常为化学物相分析、光学显微镜鉴定和仪器分析等。

①化学物相分析　物相分析的原理是：矿石中的各种矿物在各种溶剂中的溶解度和溶解速度不同，采用不同浓度的各种溶剂在不同条件下处理所分析的矿样，即可使矿石中种种矿物分离，从而可测出试样中某种元素呈何种矿物存在和含量多少。

②显微镜分析　显微镜分析利用不同矿物在显微镜下的光学性质的差异来鉴定不同矿物种类，根据矿物颗粒在显微镜视域内所占面积来测定矿物含量。常用的显微镜有实体显微镜（双目显微镜）、偏光显微镜和反光显微镜等。

③仪器分析　对于矿石中元素的赋存状态比较复杂的情况，需要进行深入的查定工作，采用某些特殊的或新的方法，如热分析、X射线衍射分析、电子显微镜、极谱、电渗析、激光显微光谱仪、离子探针、电子探针、红外光谱等。

④矿物组成的定量分析　矿石中矿物定量测定的方法很多。从当前各种方法的应用情况来看，矿物定量的基本方法主要包括：分离矿物定量法，重液分离、重选分离、磁电分离、选择性溶解等；显微镜下定量法，线测法、面测法、点测法；特征元素化学分析定量法，根据化学全分析及不同矿物特征元素的含量不同计算各种矿物含量；仪器分析定量法，X射线衍射、IPS、QEM、SEM、MLA等。

矿石中组成矿物的定量是工艺矿物学研究的一项基础工作，对选矿工艺流程的开发和选择以及选矿生产流程的评价均具有重要意义。

33.矿石的结构构造的研究方法有哪些？

矿石的结构构造主要研究有用矿物和脉石矿物在矿石中的嵌布特点和相互关系，讨论矿石的碎磨、矿物解离和分选的难易程度。

（1）矿石的构造　矿石的构造是指矿石中矿物集合体的形状、大小和空间上的分布特征，即指矿物集合体的形态特征而言。矿石的构造通常采用肉眼观察和借助放大镜观察。

常见的矿石构造类型包括：块状构造、浸染状构造、条带状构造、脉网状构造、多孔状及蜂窝状构造、似层状构造等。

（2）矿石的结构　矿石的结构是指矿石中矿物颗粒的形态、大小及空间分布上所显示的特征。构成矿石结构的主要因素为：矿物的粒度、晶粒形态（结晶程度）及镶嵌方式等。矿物通常采用显微镜和借助放大镜观察。

常见的矿石结构类型包括：自形晶粒状结构、半自形晶粒状结构、他形晶结构、斑状结构、包含结构、交代溶蚀及交代残余结构等。

34.元素在矿物原料中有哪些主要赋存形式？

（1）独立矿物形式　当以独立矿物形式出现时，一般应具备两个基本条件。首先是在一定的物理、化学条件下，具有相对的稳定性；其次是具有一定的元素含量。即某元素在熔浆中达到一定浓度时，在前一条件基础上就能够形成独立矿物。以独立矿物形式存在的元素，按其结晶程度又可分为两种类型，一种是肉眼或双筒镜下可以挑选的矿物；另一种是以微细包裹体形式存在于其他矿物中的矿物。

（2）类质同象形式　指化学成分不同、但互相类似而结晶构造相同的物质，在结晶过程中，其构造单位（原子、离子、络离子）可以相互替代而不改变矿物晶体结构。

（3）吸附形式　指元素呈吸附状态存在于某种矿物中。根据吸附性质可分物理吸附、化学吸附和交换吸附三种。

35.矿石中元素的存在形式与选别工艺的关系如何？

从当前工艺处理来看，微细包裹体、类质同象、离子吸附这三种元素存在形式有其相似之处，故有时又将它们统称为矿石中的“分散量”。它们与选别工艺处理关系极大。

构成独立矿物的有用元素，当结晶粒度大于0.02mm时，基本可用现行的机械分选手段予以有效地回收，粒度小于10μm以下，一般难以用现有的机械选矿方法回收（当前浮选的有效粒度是5μm），对于这种极其细微的独立矿物可以通过火法冶金改变其结晶状态，或者用湿法冶金予以处理。至于以类质同象方式存在于载体矿物中的有用元素，通常采取的办法是选取载体矿物，然后从载体矿物的精矿中去回收。离子吸附状态存在的元素，一般不列入选矿工艺加工对象中，而要单独采用一些特殊手段来解决。

36.矿石中元素的赋存状态的研究方法有哪些？

矿石中元素的赋存状态包括元素的赋存形式、物相组成及其在不同矿物中的分布，初步判断矿石的可选性和理论分选指标。

在矿物原料中同一种元素往往会以不同的矿物形式产出。例如，在铁矿石中铁的赋存形式最常见的就有磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿三种；在铜矿石中铜的产出形式则更为复杂，铜既可以呈硫化矿物的形式产出，也可以呈氧化矿物的形式产出，硫化铜矿物主要有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿等，氧化铜矿物主要有赤铜矿、孔雀石等。这些含有同种元素的不同矿物，彼此的性质相差悬殊，选矿方法和选矿工艺流程也截然不同。因此，矿石中有用和有害元素的赋存状态是拟定选矿试验方案的重要依据。

矿石中元素的赋存状态的研究方法有以下几种。

（1）重砂法　这是比较常用的一种方法，简单可靠，对很大部分矿石都适用，特别是哪些结晶颗粒大、含量高、易于分选的矿物更为有效。重砂法考查元素赋存状态的基本程序如下。

①将试样送交化验室进行化学全分析，了解矿石中存在的元素种类及其含量。由此即可初步掌握矿石中可能有利用价值的元素种类。

②鉴别试样中的组成矿物类别，并测定各组成矿物的相对含量。

③分离提纯单矿物。

④查明目的元素在各单矿物中的百分含量。

⑤计算有益（有害）元素在试样各组成矿物中的配分比。

（2）选择性溶解法　选择性溶解法就是选择合适的溶剂，在一定条件下，有目的地溶解矿石中某些组分，保留另一些组分，并通过对所处理产品的分析、鉴定，查清矿石中元素的赋存状态。该法一般可用于其他方法难以解决的细粒、微量、嵌布关系复杂的矿石中元素赋存状态的研究。

①酸、碱浸出法　以类质同象或微细包裹体形式存在于载体矿物中的有用元素，可用酸或碱浸取。如果元素呈离子吸附状态存在，用盐或稀酸处理即可。

②无机盐或有机酸浸出法　有用元素以离子吸附形式存在于黏土或其他矿物中时，一般可用无机盐或有机酸浸出。

（3）电渗析法　电渗析法是基于在外加直流高压电场的作用下，使被吸附的离子解吸下来，并移向电性对应的电极的方法。此法常用来研究呈分散状态的元素，尤其是用显微镜看不见的呈吸附状态存在的元素。

（4）电子探针法　矿石中有益、有害元素，除表生条件下常以吸附状态存在外，主要有两种形式：一是参与矿物的结晶格架（或为主要成分，或为类质同象混入物）；二是呈微细的矿物包裹体。

电子探针在光片或薄片上的扫描图像，可直接显示元素的分布状况。如果元素在矿物中是分散而均匀地分布，便可初步认定是以类质同象混入物状态存在。以微细包裹体状态存在的元素，它的分布通常是极不均匀的，其特点是在一点、几点或小面积上非常富集。

（5）激光显微光谱法　依据矿石中各种元素是特征谱线确定元素的性质，谱线的强度大小反映了元素含量的多少。根据矿物的基质元素与外来元素的谱线相关关系来确定外来元素在矿物中的赋存状态。此法可直接在光片、薄片、矿石、重砂颗粒上进行分析。是对欲测矿物进行激光摄谱，测谱线上的黑度值，并绘出元素相关曲线来分析。

（6）数理统计法　是把大量的化学分析数据用数理统计方法进行综合、整理、计算，运用所获得的有关数据，对矿石中元素赋存状态加以定性或定量判断。

37.元素配分计算的方法及步骤是什么？

元素的配分计算是分析目的元素在矿石各矿物中的比例。所以，必须首先求出矿石中各组成矿物的百分含量及各矿物中该元素的百分含量。此法能定量地说明被研究元素在矿石中的分布规律，而不涉及这些元素在矿物中以何种形式存在。

其具体运算可按下列步骤进行。

（1）某元素在矿石（或矿样）中各矿物的配分量

式中　C1…n——目的元素在某一矿物中的配分量，％；

W——矿石中某一矿物的相对含量，％；

ap——目的元素在该矿物中的含量（理论值或分析品位）。

（2）某元素在矿石中的配分比

式中　——目的元素分配到矿石各矿物中的配分比；

∑C1…n——矿石各矿物中目的元素配分量之和。

（3）计算配分平衡系数　从理论上讲，∑C1…n应等于矿石中该元素的含量，但由于矿物定量和分析上的误差两者常不相等，故需用配分平衡系数检查工作质量。

式中　——配分平衡系数；

a0——目的元素在原矿中的质量分数。

它表明测定数据的误差大小。当配分平衡系数时，配分计算成果可用。

（4）计算目的元素的集中系数　在矿石各矿物中，目的元素有的构成独立矿物，有的则以各种形式的“分散量”出现。以独立矿物形式存在的目的元素，通常在选矿回收中可以集中于精矿中，为了掌握精矿中可能的最大回收率，需要计算目的元素的集中系数，即所有独立矿物中目的元素含量与总量之比。

例如，某铁矿石中铁的配分计算：

某铁矿石中铁的配分计算见表2-11。可知，铁在磁铁矿、针铁矿和菱铁矿中的配分率分别为73.75％、19.14％和5.12％，在其他矿物中的分布量很少。采用弱磁选工艺时，该矿石中铁的最大回收率73.75％；如果采用弱磁-强磁联合流程，回收磁铁矿和针铁矿时，则铁的最大回收率可达到92.89％。

①指包括镁铁矿等。

②指包括黄铜矿、白铁矿等。

38.什么是矿物的嵌布粒度？如何测定？

矿物嵌布粒度可分为结晶粒度与工艺粒度。结晶粒度是指单个结晶体（晶质个体）的相对大小和由大到小的相应百分含量。结晶粒度主要用于成因研究。工艺粒度又叫嵌布粒度是指某些矿物的集合体颗粒和单晶体颗粒的相对大小和由大到小的相应百分含量。它是决定矿物单体解离的重要因素。

在选矿工艺过程中，矿物嵌布粒度是选择碎、磨矿作业和选矿方法的主要依据之一，是影响矿石可选性的重要方面，也是确定磨矿流程和选别流程结构的重要依据。

矿物嵌布粒度通常采用显微镜测定。显微镜下粒度测量的方法主要包括：面测法、线测法和点测法。面测法适用于粒状颗粒；线测法包括横尺线测法和顺尺线测法两种，横尺线测法适用于测量一定间距测线上所遇及的粒状颗粒，而顺尺线测法适用于非粒状不规则颗粒；点测法主要适用于粒状颗粒，但是必须借助于目镜微尺、电动计点器配合进行。

39.什么是单体解离度？如何测定？

矿石的粉碎过程是使矿块粒度由大变小的过程，各种有用矿物粒子正是在粒度变小的过程中解离出来的。在粉碎了的矿石中，原来连生在一起的各种矿物，有些沿着矿物在其界面上裂开，变成只含一种矿物的小粒子称单体解离粒子（如闪锌矿单体），但有一些小矿粒还是有几种矿物连生在一起称连生粒子（如闪锌矿-方铅矿连生体）。所谓某矿物解离度，就是该矿物单体解离粒子的颗粒数与含该矿物的连生粒子颗粒数和该矿物的单体解离粒子数之和的比值，用百分数表示，即：

矿物单体解离度的测定通常是在光学显微镜下进行，而且，为了便于显微镜下观察和测量，通常需要对样品进行分级，并分别制备砂光片观测。

目前较为先进的矿物单体解离度测定方法是澳大利亚的QEMSCAN系统和MLA系统。