铁矿石检测技术及其新进展

1、Series No . 373 July 2007 金 属 矿 山MET AL M I N E总 第 373期 2007年第 7期应海松 (1965 , 男 , 北仑出入境检验检疫局综合技术服务中心主 任 , 宁波检验检疫局铁矿检测中心主任 , I S O /TC102铁矿中国工作 委员会委员 , 高级工程师 , 315800浙江省宁波市北仑明州路 179号。铁矿石检测技术及其新进展应海松 廖海平 任春生(北仑检验检疫局 摘 要 随着近年来铁矿石作为大宗金属矿产品 , 、 更全面和快捷 , 铁矿石的检测分析也越凸现其重要性 。 由于工作的需要 , ,的检测技术发展已经对铁矿石检测领域产生深远的

2、影响 。绍 , 并对其发展提出了看法 。关键词 铁矿石 检测技术 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 近几年来 , 随着科学技术的发展及铁矿石贸易 的需求 , 许多铁矿石分析已经应用了先进 、 高效 、 快 捷的科技成果 , 同时因贸易需要某些检测项目的新 标准也正在制 、 修订 , 一些传统的检测方式也增加了 新的内涵 。 文中 , 就铁矿石检测新技术介绍如下 。 1 物理试验技术1. 1 水分在线检测技术针对于传统水分测定技术 , 铁矿石在线水分测 定方法是一种自动化程度高的新技术 , 目前国际上 有多家矿冶企业应用了这项技术 。 至于该技术是否 已经发展到了制标的阶段 , I S O /T C102/SC1专门成 立研究组对国际范围内的在线水分测定技术进行调 查分析 ,

6、 研究组的召集人作了一份评估报告 。报告 介绍了目前在国际上应用的几套在线水分测定系 统 , 并作了比较 。认为由澳大利亚开发的低频微波 水分分析仪对于皮带上的块矿或粉矿的水分分析精 度最高 。 但这项技术尚在发展中 , 建立标准在国际 范围内推广还为时过早 。(1 低频微波水分测定仪 。 这种水分测定系统 可应用于各种矿产品在皮带输送机上的在线检测 , 该仪器原理是通过向被测物体发射微波 , 穿透被测 物体 , 且被安装在皮带下的接收器接受 , 系统通过测 量微波相位移动和微波衰减 , 以确定皮带上物体的 水分含量 。 检测结果不受皮带速度 、 被测物体粒度 影响 , 但须安装皮带计量设施用

7、以校正流量波动 。 (2 中子水分测定仪 。 与低频微波水分测定仪 一样 , 中子水分测定仪是一种新型的非接触式的物 料水分在线检测设备 。与红外线 、 电容和微波技术 产品相比 , 具有高度的适应性和明显的抗干扰能力 。 其原理是采用先进的核分析技术 , 使水分测量不受 物料成分 、 形状 、 粒度 、 颜色 、 松散度 、 渗透水率 、 导电 性等各种参数的影响 。 水分测量的精度可达 0. 3%; 射 线 计 数 率 长 期 稳 定 性 和 测 量 值 的 重 复 性 可 <0. 1%; 工作环境可在 050 , 相对湿度 95%; 探测器工作环境可在 -4050 , 相对湿 度

8、95%。 例如国产 DF -5740型水分仪 。(3 机器人水分测定 。目前 , 世界上有的铁矿 公司采用机器人以取代人工进行水分检测 , 操作原 理与人工一样 , 只不过称样 、 烘样等工作均由机械手 完成 。 澳大利亚哈默斯利公司 、 南非库珀矿业 、 中国 宝钢原料站都已配备这类设备 。 铁矿石水分自动测 定单元有试料供给装置 、 试料保管箱 、 电子台秤 、 机 械手 、 干燥箱 、 试料容器 、 废弃料斗和缩分装置组成 。 运行控制模式有 P LC 自动控制 、 机侧 TEST 连动 、 机 侧单独 3种运行模式 。1. 2 粒度测定技术(1 激光粒度测定技术 。先进的粒度测定方法

9、,n m 2000, 动态范围宽 , 适应性强 , 直 接测定而无破坏性 , 方法迅速且高度重现性等优点 。 此仪器可直接得到粒度的体积分布 , 并可转换为表 面积或数量分布 。 若假定密度不变还可得到质量分 布 。 除筛分法外 , 其它检测方法目前还尚无在铁矿 石粒度检测的相关报道 。但从理论上讲 , 这些仪器 设备对粉状铁矿石 , 尤其是细粒铁精矿应该是适用 的 。(2 机器人粒度测定技术 。 该设备结构布局与 上节水分机器人设备一样 , 只不过水分样换成粒度 样 , 烘箱换成机械叠筛机 , 所有动作有机械手代替人 工 。 此类设备澳大利亚哈默斯利公司 、 南非库珀矿 业已配备 。2 分析

10、化学技术2. 1 微波消解常规试样溶解方法步骤繁琐 、 耗时长 。微波消 解方法是一种快速高效的试样溶解技术 , 可以作为 铁矿石消解新的手段之一 。 微波消解与传统加热技 术不同 , 它是一种内加热 , 样品与酸混合物通过吸收 微波能 , 产生即时深层加热 ; 同时微波产生的交变磁 场使分子极化 , 极性分子随高频磁场交替排列 , 导致 分子高速振荡 , 这种振荡受到相邻分子间相互作用 的干扰和阻碍 , 产生了类似摩擦的作用 , 使分子获得 高能量 。 这样 , 样品表面不断搅动破裂 , 不断产生新 的表面与酸反应 , 促使样品迅速溶解 , 从而大大缩短 了样品制备时间 。2. 2 全铁测定

11、技术(1 计 算 法 。目 前 , I S O /TC102/SC2成 立 W G40A 专门对计算法测定全铁标准进行制订 , 程序 已进入委员会草案阶段 , 即 I S O /CD2597-3。该方 法适用于亚铁小于 0. 50%、 硫小于 0. 050%、 铁含量 在 50%70%的天然铁矿 。其基本原理是首先通 过试验确定某一类型的天然铁矿的分析总量 T, T 应在 99. 80%100. 00%之间 , 是各元素氧化物的 总和加烧失量 , 其次是准确测定其中的 21个项目 : 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, 进而计算出 , 不作为仲 20个元素 。该方法的测试数据评估 结果为实验室内标准偏差为 0. 025%, 实验室间标 准偏差为 0. 109%, 而且平均值同化学法及 XRF 法 的结果非常一致 。(2 自动电位滴定法 。 由于化学滴定需要人眼 与指示剂判断滴定终点 , 不可避免存在人为因素 。 电位滴定技术是一种经典化学与现代电子相结合的 产物 , 发展已有多年 , 其商品化仪器技术也已十分成 熟 , 尤其是数据微处理技术引入电位滴定 , 更使其如 虎添翼 。 与化学分析相比 , 自动电位滴定测定进口 铁矿中的全铁能成倍缩短检测周期

13、, 并大大提高该 类检测的自动化程度 。 目前该技术在国外钢铁相关 企业应用却非常广泛 , 尤其在铁矿石全铁滴定 。铁矿石全铁电位滴定的方法也有多种 , 即 Ce (S O 4 2法 、 络合滴定法 、 K2Cr 2O 7滴定法 、 K 2MnO 4滴定法 。 2. 3 亚铁含量的检测(1 自动电位滴定法 。 用重铬酸钾标准溶液在 酸性介质中测定 Fe 2+, 电位记录随标准溶液滴定电 位的变化 , 绘制一次微商图 , 读取终点的标准溶液的体积 , 计算 Fe 2+的含量 。 在溶液中加入 H3P O 4可使 Fe 3+与之配位 , 使滴定更明显 。(2 X 射线衍射法 。 X 射线衍射法测定

14、两价铁 含量是采用定量相分析方法 。 X 射线衍射定量相分 析的方法很多 , 本方法基于测量出与两价铁各有关 物相的衍射强度 , 采用一些特殊技术扣除杂峰对上 述强度测量的干扰 , 并且要消除多种对衍射强度测 量的干扰因素 , 通过回归计算等数学处理后求出两 价铁的含量 。(3 X 射线荧光光谱法 。 因为价态不同会引起 X 射线特征谱的精细结构发生变化 , 同样对铁元素 的价态不同也引起 X 射线谱的变化 , 因此用普通 X 应海松等 :铁矿石检测技术及其新进展 2007年第 7期射线荧光光谱仪 , 结合相关的谱处理软件 , 可以从收 集和计算的大量谱峰数据中 , 找出可用于铁元素化 学价态

15、定量分析的依据 , 并用于铁矿石两价铁的分 析 。2. 4 流动注射 -氢化物发生原子吸收法氢化物发生可以方便地将待测元素从基体中分 离富集 , 流动注射的应用 , 又克服了环境污染 、 试剂 消耗量大等缺点 , 两种方法与原子吸收的联用 , 大大 提高了分析灵敏度 。方法采用王水分解铁矿 , 一次 溶样制备多元素的母液 , 然后利用流动注射 -氢化 物发生原子吸收技术 , 测定铁矿中的 3个元素 :砷 、 锑 、 铋 。2. 5 碳 、 硫同时检测方法下 , , CO 、 CO 2、 S O 2、 S O 3、 转换 , 进入碳红外吸收池和硫红外吸收池检测 S O 2 或 CO2积分吸收值

16、,以此测算试样中碳 、 硫含量 。该方法可以采用标准 样品对照法和标准曲线法 , 标准样品对照法是采用 已知碳硫值与试样矿物结构和含量相近的有证参考 标准物质 , 通过对照试样和该标准物质燃烧后的红 外积分值 , 测算该试样的碳硫值 ; 标准曲线法是采用 一定碳硫浓度梯度的标准样品系列或配制一定碳硫 浓度梯度的标准系列 , 测定这些标准的碳硫积分值 , 建立工作曲线 , 通过测定试样的积分值 , 对照工作曲 线 , 确定试样的碳硫值 。目前已形成国际标准 I S O 4689-3-2004铁矿石 -硫含量的测定 -第 3部 分 :燃烧 /红外法 。2. 6 I CP -MS 技术主要可用于铁矿

17、石超微量元素的检测 , 具有极 低的检出限和较宽的动态线性范围 , 能快速进行多 元素分析 。 目前与 I CP -MS 连用有气相 (GC 或液 相 (LC 或毛细管电泳 (CE , 作为预分离装置 , 可用 作价态分析 。 采用激光烧蚀 (LA 进样技术可大大 提高 I CP -MS 的性能 , 尤其是没有标样的情况下 , LA -I CP -MS 可对固体样品进行半定量分析 。 2. 7 色谱技术传统色谱一般应用于有机物的检测 , 但近几年 来在金属离子分析领域采用色谱技术非常热门 。 气 相色谱具有分离效能高 、 分析速度快 、 样品量少等优 点 , 可以把金属离子转化为有一定挥发性的

18、有机化 合物 , 主要方式有挥发性金属卤化物 、 金属与螯合物 形成挥发性络合物 , 也可以把气相色谱与质谱 、 I CP 、 原子荧光 、 原子吸收等联用 , 可以分析铁矿石中氯化 物 、 氟化物 、 砷 、 锗 、 铅 、 汞 、 铬 、 硒等有毒有害元素检 测及其价态分析 。高效液相色谱可以作为 I CP 或 AAS 的预分离装置 , 用于铁矿石中有毒有害元素检 测及其价态分析 。 离子色谱用于分离无机阴离子有 独特的优势 , 尤其对铁矿石中氟和氯离子的检测 、 酸 根离子及部分有毒有害阳离子有极其重要的应用 。 3 物理性能测定技术、 真密度 、 松散 、, 。但 ,材料相关标准替代

19、。(1 孔隙率的测定 。 孔隙率的测定是通过测定 球团矿真实密度和表观密度后计算得出 。 具体公式 为P =(1-P /R ×100%,式中 , P 、 P、 R分别为孔隙率 、 表观密度和真实密 度 。表观密度的测定基于阿基米德定律 :分别称量 出球团矿在空气和液体 (已知密度 中的质量即可 得出 。 目前已有自动化程度较高的密度组件配合内 置密度测定程序的天平测定表观密度 。 真实密度的 测定亦即真实体积的测定 。 传统方法一般使用密度 瓶 , 同样基于阿基米德定律 :将物料粉碎到一定粒级 后置于玻璃密度瓶 , 加入去空气蒸馏水 /酒精 /二甲 苯 , 加热 /抽真空以排除吸附样

20、品中的空气 , 这种方 法操作繁琐 , 流程长 ; 另一种方法采用自动化的真密 度仪 , 方法基于玻意耳气体定律 。将样品置于已知 体积的容器内 , 已知质量的气体向装有样品的样品 室扩散时 , 样品室压力发生变化 , 通过测量气体压力 的变化值来确定样品的真实体积 , 继而根据其质量 得出真实密度 。(2 比表面积测定 。检测粉末 、 多孔物质比表 面积的方法很多 , 常见方法有碘吸附法 、 CT AB (溴化 十六烷三甲基铵 法 、 统计吸附层厚度法 (STS A 、 勃 氏法 (透气法 以及低温氮吸附法等 。勃氏法的方 法依据是在一定空隙率的物料层中 , 孔隙的大小和 数量是颗粒尺寸的函

21、数 , 根据一定量的空气通过具 有一定空隙率和固定厚度的物料层时 , 所受阻力不 同而导致流速的差异来测定物料的比表面积 。 (下转第 32页 总第 373期 金 属 矿 山 2007年第 7期参 考 文 献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 杨家岭 , 丰定祥 , 葛修润 . 厚覆盖岩层下地下采矿引起地表变形的三维有限元分析 J 1岩石力学与工程学报 , 2003, 22 (10 :1629-1635.3 白义如 , 谷志孟 , 白世伟 1程潮铁矿东区地下开采引起地表沉 降和岩层移动探讨 J 1岩石力学与工程学报 , 2002, 21(3 : 3402342.(收稿日期 2007205211(上接第 12页 比较先进的方法有低温氮吸附法 。 其理论依据 是 BET 方程 。 该理论认为低温条件下 , 当外界温度 降低到液氮

23、沸点温度 -195. 8 时 (该环境温度由 液氮浴提供 , 氮分子能量降低 ,被固体表面吸附 , 达到动态平衡后子层的状态 。 BET 公式要求的 0. , 固体对氮分子 , 即可以用被 吸附氮气量来定量表征固体的总表面积 , 通过测定 (热导传感或压力传感 被吸附气体量即可得出被 测物质的比表面积 。 该方法理论成熟 , 精确度高 。 4 矿物分析(1 X -射线衍射法 。 利用 X -射线衍射仪 , 可 以对试样中的固定结构晶体进行物相鉴定 。 目前利 用该法确定晶体建构的范围已从单晶扩展到多元粉 晶 , 因为粉晶 X -射线衍射图犹如人体的指纹 , 是晶 体本身的结构特征所决定 , 一

24、般根据 X -衍射线的 2角与晶面间距 (d hkl 的关系以及它相应的衍射 线相对强度 (I /I, 再通过核对标准粉晶衍射数据 卡片 (P DF 卡片 就可以进行定性分析 , 因物质的衍 射强度与该物质的参加衍射的体积成正比 。因此 , 该法在定性分析的基础上还可测定多相物质中的相 的含量 , 即相的定量分析 。(2 矿相显微镜 。近几十年 , 矿相显微镜的光 学性能已有了很大的提高 , 从而使矿相学工作者能 确切地观测到更多的光学性质 , 同时为了定量测试 不透明矿物的物理 、 光学性质而设计的几种光学仪 器和显微镜附件也已被广泛运用 , 因此为矿相学的 研究创造了有利条件 。 随着光学 、 电子 、 精密仪器制 造工业与科学技术的发展 , 矿相显微镜的技术性能 也逐渐改进 ,