4生产矿山矿石质量管理

1、第四章 生产矿山矿石质量研究与管理东北大学地质工程研究所姚 玉 增4.1 生产矿山矿石质量研究概述矿石质量指矿石满足当前采矿、选矿、冶炼加工利用的优劣程度或能力；取决于矿石中有用组分或有用矿物的种类及其含量，有害杂质的种类、含量，伴生有益组分和有害杂质的赋存状态，矿石类型及其物理机械性能和加工技术性能等。矿石质量综合反映在可用性和可用程度上。矿石质量指标边界品位、最定工业品位、有害组分或杂质含量最大允许含量、品级划分、综合工业品位及矿石物理机械性质等指标是评价矿石的工业利用价值、圈定矿体、计算矿石储量的技术标准和尺度，用以检查和评价矿石质量在现有技术经济条件下为工业利用的价值大小和合格程度。指

2、标的确定：根据国家一定时期内有关政治、技术、经济等政策、采矿、选矿、冶炼、工业利用等科学技术的发展水平和趋势，国内外矿产品市场的供需情况，以及矿产资源的地质特征等因素而制定，并受它们的制约。矿石质量指标是一个动态指标，既有时间性，又有很强的针对性。生产矿山矿石质量研究的目的根据矿山生产和合理利用矿产资源要求的需要，详细查明矿石质量及其空间分布特征，为重新圈定矿体，计算与管理储量和生产矿量，制定生产计划，选择最佳的生产技术方法、加工工艺流程与技术指标，调整产品方案，进行矿石质量管理，以及综合地质研究等提供依据。生产矿山矿石质量研究的内容查明矿石中主要有用、有益组分及有害杂质的种类、含量及其分布特

3、征化学取样；查明矿石矿物成分、含量、结构构造、共生组合、嵌布特征及某些特殊物理性质；根据分采、分选、分别冶炼的需要，对矿石进行分类型、分级别研究自然类型、工艺类型和工业品级；查明矿石和围岩的物理技术性质，为储量计算、选择开采技术设备和采矿方法提供依据；查明各采矿单元矿石从原始状态到采、选、输出圈过程汇总的质量及其变化规律基础资料；查明矿床的矿化规律、矿石质量变化特点及其地质构造单元的关系，指导成因、勘查开发模式研究；矿石质量研究方法取样法：从矿体、近矿围岩和矿山生产的产品中按一定规格或重量要求采取一定数量的样品，通过样品加工、化验分析、试验鉴定等，研究矿石质量，解决地质、采矿、冶炼和综合利用等

4、问题；不直接取样法：在有用矿石产出部位应用各种地球物理手段、荧光分析或实测统计等方法确定矿石质量。4.2 矿山取样矿产取样概述1.取样的概念2.取样的目的3.取样的分类4.取样的一般程序5.影响取样的有关因素4.2.1 矿产取样概述1.取样的概念: 是指从矿体或近矿围岩和堆积物中采集一小部分有代表性的样品用以进行各种分析、测试、鉴定与实验，以研究确定矿产质量、物化性质及开采加工技术条件的专门性工作。取样概念的扩展由于用于确定矿石中化学组分含量的地球物理测量方法的出现和应用，部分机械取样由自然状态直接测定所代替。前者具不可重复性，后者是可重复的。2.取样的目的：是查明矿石和围岩的质量、矿物成分、

5、化学成分、分带性和内部结构、技术和工艺性质的唯一有科学依据的方法。3.取样的分类:材料取样中，根据具体采样位置不同可分为：自然露头、钻探工程、坑探工程及矿石堆、矿车取样等；根据取样目的任务不同可分为： 化学取样、岩矿鉴定取样、加工技术取样和开采技术取样等；4.取样的一般程序： 样品的采集加工处理分析、测试鉴定、试验等结果的检查与评定。 5. 影响取样的有关因素1) 原地取样和异地取样的不同影响 异地取样，即从已采出的矿石中采取样品。 异地取样矿体的原始结构已遭到破坏，所以被取样体积可以看作是一些互不相关的单元体积的总体。品位变化性的估值只与体积大小有关，将样品的体积增加n倍，会使样品的品位的方

6、差相应缩小 n倍。原地取样由于相邻样品存在相关性，并且大部分样品结构具各向异性。因此样品的形状、规格及方向都对品位变化性估值产生影响。在整个取样范围内，等距离采集大量小体积样品比采集少量大体积样品更为有利。2）样品数量与间距的影响样品的数量越多，其取样代表性越好。取样间距小，能反映出小 尺度的内部结构，随着间距的增大，所反映的变化性的尺度水平也随之加大。3) 样品体积的影响 样品体积对有用组分变化性估值的影响极大。 如金刚石只占金伯利岩体体积的千万分之一，为了保证样品中平均能有1个金刚石晶体，样品体积应大于晶体体积的1千万倍。考虑到晶体的大小不一和晶体空间分布的不均匀性，其体积应数倍于此数。3

7、) 样品体积的影响 样品的临界体积q与一个矿物晶体的平均质量d（单位毫克）和在矿石中有用矿物的平均含量c（单位毫克/立方米）有关q=k（d/c） 式中： k为可靠性系数，一般取1.52。4.) 样品形状和规格的影响 在原地取样时，不同形状的同体积样品计算的品位值的方差相差可以很大。如上图，线型的样品比立方体样品的方差小。5) 样品方向的影响 样槽的方向与矿脉走向近于垂直时，最有效地反映出矿体的变化性；否则，若与矿脉走向平行，则往往不能有效地反映矿体的质量及其变化性。6) 矿产自然特性的影响矿体各标志变化的方向性矿体的内部结构特点有用组分品位分布的方差（均方差、变化系数）；4.2.2 化学取样定

8、义： 化学取样是指通过对采集来的有代表性样品的化学分析，测定矿石及近矿围岩中的化学成分及其含量的工作。化学取样是最基本最经常进行的取样种类，所以，也常被人们称为“普通取样”。意义：其结果用于圈定矿体边界和计算储量，确定矿石中主要有用组分、伴生有益组分、有害杂质的种类、含量、分布状态与变化规律，为解决地质、采矿与选矿加工等方面问题提供资料依据。分类： 化学取样据其取样对象可分为钻探取样和自然露头及坑探工程取样。样品的采集 对采样的基本要求是要保证样品的可靠性，否则，因“先天不足”，而丧失了取样代表性和取样工作的全部意义。为此，对勘探工程的矿体取样应遵循以下原则：总体上，取样的方式方法首先应根据矿

9、床(矿体)地质特点，并通过试验证实其有足够可靠性的前提下，作出正确选择与确定；其次，兼顾其取样效率与经济效益。取样间距应保持相对均匀一致的原则，便于取样结果的利用和正确评价。取样应该遵循矿体研究的完整性原则。样品必须沿矿化变化性最大的方向采取，即在矿体厚度方向上连续布样，而且应向围岩中延伸一定距离；尤其对于没有明显边界线的矿体，要在穿过矿化带的整个勘探工程上取样。 对于不同类型、品级的矿石与夹石，应视其厚度与工业指标，系统地连续分段采样，以满足分别开采的需要；若有必要或混采时可按比例进行适当的样品组合。（1）钻探取样 对岩心钻孔的岩(矿)心取样，对于较大口径者常采用劈半法，即沿岩(矿)心一轴面

10、用手工劈开或用机械劈(锯)开成同样的两部分，一半作为样品，一半留存或作它用（左图）。对小口径(45或59mm)钻孔，尤其是坑内小口径金刚石钻孔，则需将整个岩(矿)心作为样品，以保证有足够的可靠重量；岩心取样注意事项：-取样时要考虑岩（矿）心采取率的高低，采取率相差悬殊的两个回次的岩心不能采作一个样品；-取样时要考虑岩（矿）心选择性磨损；常见于含脆性或软弱矿物的钼、锑、汞、钨等矿床。此类 矿石矿物磨损，则品位会降低。-岩（矿）心采样时，必须连续取样或连续分段取样；-单个样品长度一般应小于可采厚度，一般1-3米。样品长度是指岩（矿）心所代表的厚度，不是岩（矿）心的实际长度。 冲击钻勘探砂矿时，要按

11、回次将全部掏出来的物质收集起来作为一个样品。为保证样品的可靠性，一是要将该回次物质收集完全(减少损失)，二是防止孔壁塌落混入其他物质“污染”，故要加套管加固孔壁，严禁超管采样。样品长度要根据矿层厚度和预计的采矿方法确定。 在无岩心钻进的钻孔中，要对岩屑和粉尘取样，用专门的岩粉采集器收集。（2）.露头及坑探工程中的采样可具体分为下列方法：刻槽法剥层法方格法拣块法打眼法全巷法各种取样方法比较1） 刻槽取样方法定义 按一定断面规格和长度刻凿一条长槽，把从槽中凿下的全部矿（岩）石作为样品的方法。样槽布置原则样槽应沿矿石质量变化最大方向布置，通常是沿矿体厚度方向。含矿围岩和矿石应分段取样。不同类型矿石应

12、分段取样。 样槽布置原则样槽应通过矿体的全部厚度，不漏采，也不重采。当矿石质量变化（矿化均匀性差）较大时应合并取样，以保证其取样的可靠性。如浅井，可将两对壁采取的样品合并，也可四壁合并。样槽的具体布置探槽 多在槽底取样，也可在槽壁取样浅井、竖井 多在井壁取样沿脉坑道 多在掌子面或顶板取样穿脉坑道 多在坑道壁取样陡倾斜矿体常用水平刻槽，缓倾斜矿体常用垂直刻槽。样槽形状断面规格及其影响因素样槽断面形状有矩形和三角形两种，以 前者为主。样槽断面规格 宽深（cm2）断面规格影响因素：矿化均匀程度矿体厚度大小；矿石硬度。当有用矿物颗粒过大，矿物脆性较大，或者矿石过于疏松时，需要适当加大样槽断面 确定样槽

13、断面规格方法：经验法经验类比是根据同类矿床取样的经验数据，可以在有关的规范上查到。上面所列表格就是确定金属矿床刻槽取样样槽规格的参考表之一。确定样槽断面规格方法：试验法试验法是在同一取样点用不同规格采样，对比结果，在保证可靠性的前提下，选择最小的断面规格。试验方法是重叠刻取，然后按面积比合并成不同规格的样品。样槽的长度及刻取样槽长度是指单个样品沿取样线的长度。样长过短会增加样品数量。样品过长，会影响不同矿石类型和品级的划分。常用的样长0.53m。用得最多的是12m。具体可参考有关表格。样槽刻取要求：不崩散矿石，不混入杂土，保证可靠性；必须在新鲜矿石上刻取。取样间距的确定 沿矿体厚度方向采用连续

14、取样；但沿矿体走向（沿脉坑道）或倾斜方向（上、下山坑道）中采样时，则常采用间隔取样，便出现取样间距确定的问题。影响取样间距的因素：有用组分分布均匀程度；矿体厚度的变化程度；取样目的要求；矿体规模大小。取样间距的确定确定取样间距的方法：统计分析法常用 的计算公式为l = LP2 /（t2V2）式中：l为取样间距； L为取样范围的总长； P为给定的精度要求； V为品位的变化系数； t为概率系数。此外，用半变异函数的变程、自相关函数的影响范围、趋势函数的半波长等均可作为确定取样间距的参数。取样间距的确定确定取样间距的方法：类比法类比法就是参考同一类型矿床取样的经验数据或参考规范的标准选择取样间距。可

15、以根据矿种来选择（如上表），也可根据有用组分均匀程度来选择。取样间距的确定确定取样间距的方法：稀空法此法的实质是用试验来确定间距。如例，以相对误差10%为允许界限，在A地段采样间距2m是可行的；C地段可采用3 m ；B、D地段1 m。（2）剥层法 定义： 是在矿体上连续或间隔地均匀剥下一薄层矿石作为样品的采样方法。 一般只用于矿化极不均匀，有用矿物颗粒粗大，用其他采样方法(如刻槽法)不能获得可靠结果的矿床；或用其他采样方法不能得到足够重量样品的薄矿体；以及用于检查其他采样方法的可靠程度时采用。剥层深度一般5-15cm。样品可沿矿体按一定间距进行，也可连续采样。（3）方格法方格法是在矿体出露部分

16、依一定网格，在网格的交叉点上采取大小大致相同的小块矿石（份样）合并为一个为样品的方法。 每个样品由15-50个份样组成，总重2-3公斤。方格法适用于矿化均匀、矿体厚度较大的情况。（4）拣块法拣块法是用用做好的绳网铺在矿石堆上，从每个网格中取出大致相等的小块矿石（份样）合并在一起作为一个样品的方法。 每个样品重量数公斤至数十公斤不等，视矿化均匀程度而定。采样应注意：防止被围岩贫化；防止人为偏富或偏贫。（5）打眼法打眼法是在坑道掘进过程中收集岩泥及岩粉合并起来作为样品的方法。优点是：取样和坑道掘进同时进行，不另费工时；能对尚未被坑道揭露的某些部分进行采样。缺点是：不易分段取样。（6）全巷法全巷法是

17、把在矿体内掘进的坑道所采出的全部矿石作 为样品的方法。采样的长度一般为2米。可在掘进方向上连续采，也可间隔采取。全巷法主要用于如下目的：测定矿石的某些物理性质和选冶性能；检查其他取样方法的取样效果；对某些特种非金属（如云母、水晶、金刚石等）、分布极不均匀的贵金属及稀有金属（如金、铂等）确定其有用组分的含量和品级。（7）各种取样方法的比较方法优劣的标准：方法的可靠性和取样的费用。从方法可靠性出发的比较：全巷法最可靠，其次是剥层法。对刻槽法、拣块法、方格法及打眼法的评价不一，有人认为刻槽法可靠程度较高。在矿化均匀的情况下，拣块法和方格有较高的可靠程度。对于薄层的脉状矿体，用全巷法采样，其效果不一定

18、好。从方法取样费用出发的比较：拣块成本最低，打眼法也比较经济，最费工费时的是剥层法和全巷法。4.2.3 岩矿鉴定取样定义 指系统或有选择地采集岩、矿石标本以供直接或镜下观察矿产质量及进行有关地质研究的采样工作。其包括了一般的岩石、矿石取样和砂矿取样。 矿床勘探阶段的岩矿鉴定取样，更注重对矿石的质量及其加工技术性能的研究。首先，根据需要系统地分类型、品级采集矿石标本；然后，运用矿物学、矿相学及岩石学的方法，目前仍以显微镜下光片、薄片的研究为主，辅以电子探针、化学分析等各种测试手段进行研究。研究内容有： 1研究矿石的矿物成分与共生组合，矿石结构构造、矿物次生变化及其含量等，配合以物相分析，用以确定

19、矿石氧化程度，划分矿石类型，掌握其分布规律；编制矿床或矿体的矿物及矿石类型分布图；2确定矿石中各矿物组分种类与含量，除了较粗略的目估法外，可用较精确的点、线、面统计法，已知标准比较法较快地求出该矿物含量。而且某种情况下，如矿石矿物简单到只有一种(如黄铜矿)，则可通过换算即有一定可靠性地求出Cu含量或黄铜矿含量。3结合测定矿物的晶形、粒度、硬度、磁性、导电性等物理性质，解决有关矿石选矿加工方法流程和合理技术指针等问题，为提高选矿回收率和矿石的综合利用提供较可靠的资料依据。 4.2.4 加工技术取样定义 矿石加工技术取样又称工艺取样。指为查明矿石的选冶性质,进而确定其选矿、冶炼或其它加工方法、生产

20、过程和合理的技术经济指标，为矿山开发可行性提供可靠资料而进行的取样工作。 不同种类或用途的矿石，其加工技术取样的任务和研究内容也不同。 对绝大多数金属矿产和部分非金属矿产，主要是确定矿石的可选性及选矿方法和工艺流程，其中一部分矿石还需要研究冶炼性能和其它加工性能。 对于绝大多数非金属矿产，则必须采用各种专门的取样试验方法或测试手段，查明与其工业用途有关的技术和物理性能。 对加工技术取样的样品主要通过矿石选冶实验以查明矿石的选冶性质。矿石选冶性质的研究的重要性及其目的矿石选冶性质是指矿石的可选性和可冶炼性能。研究重要性：矿石选冶性质是矿床技术评价的重要因素，特别是新类型及“贫、细、难”矿石；是制

21、定矿床工业指标的重要基础；是综合利用矿产资源、开发矿产资源新品种的重要依据。研究目的：评定矿石是否可作为工业原料、是否具有工业价值，确定合理工艺流程，为矿山开发可行性提供依据。矿石选冶性质的研究的内容除了进行矿石物质组分、结构、构造、赋存状态的研究外，还要进行5个层次的选冶试验：可选（冶）性试验实验室流程试验实验室扩大连续试验半工业试验工业试验可选冶性试验是为了确定试验对象是否可以作为工业原料，是在对矿石组成的初步研究基础上，用物理或化学方法获得的技术指标。样品质量100-200kg。实验室流程试验是进一步深入研究矿石在什么样的流程条件下能充分地合理回收。是以获得较好的技术指标要求而进行流程结

22、构及条件的多方案比较试验。试验以实验室小型的非连续的试验设备来实现。样品质量300-500kg。实验室扩大连续试验是对实验室流程试验所推荐的流程串组为连续性的类似生产状态的操作条件下的试验。样品质量300-2000kg。半工业试验是在专门的试验车间或实验工厂进行的矿石选冶工业的模拟试验。是在生产型的设备上，按“生产操作状态”所作的试验。样品质量5-25t。工业试验是建厂前的一项准备工作。这种试验由生产部门和设计部门合作进行。样品质量极大。4.2.5 技术取样定义 技术取样又称物理取样，或矿床开采技术取样。指为了研究矿石和近矿围岩的物理力学性质而进行的取样工作。 对一般矿产技术取样的具体任务主要

23、是测定矿石和围岩的物理机械性能，如矿石的体重、湿度、块度、孔隙度，矿石与顶底板围岩的松散系数、稳定性、抗压、抗剪、抗张强度、硬度、安息角、沙性及粘性土的土工试验，为矿产储量计算和矿山设计提供必要的参数资料。对一部分借助化学取样还不足以确定质量的矿产，主要是测定与矿产用途有关的物理和技术性质，例如石棉的含棉率、纤维长度、抗张强度和耐热性等；建筑石材的孔隙率、吸水率、抗压强度、抗冻性、耐磨性等；宝石的晶体大小、晶形、颜色等；耐火粘土的耐火度等， 研究目的：确定矿石和近矿围岩的物理性质，为储量计算和矿山开采设计提供技术资料；确定某些非金属矿产（如云母、水晶、石棉等）加工工艺特性；主要研究项目：矿石的

24、体重、湿度和孔隙度；矿石及近矿围岩的硬度、强度、松散系数、块度等。4.2.6 地球物理取样地球物理取样是指根据矿石与围岩、夹石间的物性差异，利用合适的方法和仪器设备，在露头和工程中现场测定有关的数据资料，用以研究与确定矿产质量的采样方法. 通过地球物理取样，目前可以确定一定种类矿石的物质成分、含量、密度(体重)、含水量、孔隙度等物性，所得资料多用于研究矿化程度的差异，用于补充推断钻孔、坑道工程间矿体界线的连结与圈定，验证与提高地质取样资料的可靠性，以及勘探工程所在剖面的含矿性评价，并可以及时指导勘探工程施工作业。在实际工作中，目前起主导作用的是X射线放射性测量法。它的应用面广，施工简单，同时测

25、定多种元素。在铁矿勘探中是磁法或电磁法测井占主导地位。其次是中子活化法在含氟矿床、锰、铝矿床中应用最有效。能谱中子伽玛法主要用于汞矿床勘探；伽玛中子法用于铍矿床勘探；伽玛伽玛法用于确定矿石体重等。 4.3 矿石质量管理矿石质量计划是矿山采掘（剥）生产技术的核心，也是矿石质量管理的首要措施。基本内容文字部分：计划开采矿段矿石质量的基本情况；预计矿石贫化率和损失率；各类型或品级矿石计划达到的质量指标；矿石回采作业进度、顺序、各地段的出矿计划即矿石质量均衡；技术措施和要求等。图件：综合地质图；矿石类型与品级图；采样位置图；矿石品位分布图；采掘进度计划图等。表格：矿石质量计划表。矿石质量计划的编制理论

26、依据：“全面质量管理”、“全面、全员、全过程”的原则矿石质量计划编制的一般步骤安排采矿计划进度及采矿量；计算计划开采地段内的矿石平均品位；计算计划采掘范围内的预计贫化率；计算采出矿石的预计平均品位；作矿石质量均衡（配矿和分选）的具体安排；提出防止和降低矿石损失与贫化的措施；编制矿石质量计划所需图标与文字说明。影响矿石质量指标的因素矿山地质因素：矿床地质特征、空间形态、矿石类型分布等；地质工作程度：勘探程度、取样等；开采技术因素：开采方式、采矿方法、机械化程度、生产效率、组织管理水平等；矿石加工因素：矿石的破碎和选矿工艺流程等；矿石质量指标是上面所有因素的综合。矿石质量的预计方法是采掘技术计划、矿石质量计划与管理