張榮亮，鞏恩普

(東北大學，沈陽 110819)

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基于燒失量與氧化鋁含量關(guān)系的紅土型三水鋁土礦快速勘查

張榮亮，鞏恩普

(東北大學，沈陽 110819)

文章通過論述燒失量中的成分與氧化鋁含量之間關(guān)系，建立了LOI與Al2O3的經(jīng)驗公式；經(jīng)過在幾內(nèi)亞某紅土型三水鋁土礦地質(zhì)勘探過程中實地驗證，該經(jīng)驗關(guān)系公式合理。此方法具有較強的實踐應用性，對類似條件的鋁土礦床現(xiàn)場勘查評價具有一定的參考價值。

紅土型三水鋁土礦；燒失量；氧化鋁含量；快速勘查方法

0 引言

鋁土礦是直接生產(chǎn)氧化鋁的原料，而三水型鋁土礦占整個鋁土礦資源的90%以上。因此，鋁土礦資源勘探的目標是找到含Al2O3高、SiO2等雜質(zhì)低的鋁土礦礦石。在鋁土礦傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查過程中，礦樣主要采用X熒光光譜分析儀(XRF)或其它化學分析方法來測定樣品的Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2含量，以及通過馬弗爐焙燒測定樣品的燒失量(LOI)，其中Al2O3的含量是決定礦石品位的重要數(shù)據(jù)[1]。而每一個樣品都需要經(jīng)過采樣、破碎、縮分、燒失量分析和化驗分析才能取得樣品的數(shù)據(jù)，除了采樣工作由地質(zhì)勘探部門完成外，其余工作全部由實驗室完成，同時實驗室還要進行內(nèi)檢復查等其他檢驗工作，數(shù)據(jù)很難及時的傳遞給勘查現(xiàn)場以便指導探礦工作的開展。由于XRF及輔助設(shè)備價格昂貴、并要求特殊的工作環(huán)境和條件，不便在流動性大、又常在邊遠山區(qū)工作的地質(zhì)勘探隊的隨隊化驗室中配置，而中心實驗室提供分析結(jié)果往往不能及時保證野外施工的需要；隨著勘探工作的開展，需要及時了解實驗分析的結(jié)果用以指導地質(zhì)勘探隊開展工作，尤其是對于控制礦體的邊界分析數(shù)據(jù)將起到非常重要的作用。因此，需要尋找一種簡便的檢驗方法，快速判斷出Al2O3的含量數(shù)值來指導野外地質(zhì)勘查工作。

幾內(nèi)亞的紅土型三水鋁土礦屬于高鋁、低硅、低硫的礦石。筆者在幾內(nèi)亞勘探工作初期，由于在當?shù)夭痪邆涞V石分析條件，只有將樣品制成后送回國內(nèi)分析，取得分析結(jié)果很慢，大大影響了勘探工作進度。在對礦石的物相組成和化學組成進行研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)燒失量(LOI)與紅土型三水鋁土礦中的Al2O3存在相關(guān)關(guān)系。因此，提出了利用分析燒失量(LOI)來推測Al2O3含量的思路。雖然每個樣品的全分析結(jié)果仍需要由建立在條件較好地區(qū)的中心實驗室來完成，但隨著野外勘探隊的簡易化驗室建立，采用燒失量(LOI)與氧化鋁(Al2O3)含量兩者之間的關(guān)系及時指導勘探工作，可大大加快了勘探進度。本文將主要論述燒失量(LOI)與氧化鋁(Al2O3)含量兩者之間的關(guān)系及所建立的經(jīng)驗關(guān)系式，以及在實踐中運用快捷、簡單的燒失量分析方法推算出Al2O3的邊界品位來指導勘探工作。

1 紅土型三水鋁土礦特征

1.1 礦石成分[2-5]

幾內(nèi)亞某紅土型三水鋁土礦礦石組合樣的成分測定，采用紫外-可見分光光度計(UV)、原子吸收光譜儀(AAS)、X熒光光譜分析儀(XRF)等分析設(shè)備來完成；對鋁土礦石的主要化學組成進行了定量分析，結(jié)果見表1所述。采用XRD和化學分析所得鋁土礦石礦物組成如表2所示。

表1 幾內(nèi)亞紅土型三水鋁土礦的化學成分

表2 幾內(nèi)亞紅土型三水鋁土礦物組成分析結(jié)果

表3 礦石各組成礦物中H2O含量及所占比例

1.2 礦石中含結(jié)晶水的比例

通過礦石各組成礦物可以計算出結(jié)晶水的總含量為約21.01%。其中，三水鋁石中含結(jié)晶水為19.11%，占總結(jié)晶水含量的90.95%，詳細比例如表3、圖1所示。

2 燒失量成分

燒失量(Loss on ignition)是指在一定的高溫條件下，樣品損失的部分占樣品總質(zhì)量的百分比[6]。技術(shù)檢測方法原理[7]：將試料放入預先加熱至恒重的坩堝中，在375℃±25℃的高溫爐加熱10分鐘；然后，將坩堝加蓋移至另一個高溫爐中，在1 075℃±25℃加熱至恒重。燒失量的結(jié)果用原濕存水的量進行校正。

燒失量(LOI)用質(zhì)量分數(shù)表示，按以下公式計算[7]：

w(LOI) =[100×(m1-m2)/m1-H]×100/(100-H)

式中，m1為試料的質(zhì)量(單位：g)；m2為灼燒后試料的質(zhì)量(單位：g)；H為平衡試樣的濕存水量，以百分數(shù)表示。

燒失掉的主要成分為礦石中的結(jié)晶水、有機物和其他如碳酸鹽中CO2等成分。三水鋁石礦物中所含結(jié)晶水為19.11%，占礦石總結(jié)晶水的90.95%，占礦石總燒失量(24.02%)中的近80%，可見三水鋁石礦物中結(jié)晶水與燒失量中確實存在較好的相關(guān)性，即三水鋁石的含量越高，燒失量(LOI)越高，即結(jié)晶水越多；相對應的，即燒失量(LOI)越高，礦石中的結(jié)晶水就越多，同時反映出礦石中三水鋁石的含量越高。

圖1 礦石各組成礦物中H2O含量及所占比例Fig.1 Plot showing H2O content and of each mineral in the bauxite ore and its percentage in the mineral

三水型鋁土礦提煉氧化鋁的過程中，主要是三水鋁石參與低溫(145℃)的拜耳法溶出，雖然鋁針鐵礦和高嶺石中也含有Al2O3，但鋁針鐵礦中的Al2O3在該生產(chǎn)工藝的溫度下不能溶出來，而高嶺石中的硅將要帶走相應的Al2O3[8-9]。

綜上所述，紅土型三水鋁土礦中w(LOI)值的高低能直接反映出礦石品位的高低。

表4 數(shù)據(jù)對比表

表5 數(shù)據(jù)對比表

圖2 實驗取得的LOI數(shù)據(jù)與Al2O3含量的關(guān)系圖Fig.2 LOI VS Al2O3 plot (Lab data)

3 LOI與Al2O3關(guān)系式

筆者在幾內(nèi)亞項目前期的施工中，選取了7 857個數(shù)據(jù)參與統(tǒng)計(圖2)，并建立了如下關(guān)系式：

y=10.55e0.056x

式中，y為Al2O3的含量(單位：w(Al2O3)/%)，x為實驗取得的LOI數(shù)據(jù)(單位：w(LOI)/%)。

通過圖2，驗證了LOI能直接反映出Al2O3的高低，也說明LOI與Al2O3之間存在的相關(guān)性較好，即LOI越高，氧化鋁越高。該曲線的選擇相對比原始數(shù)據(jù)來看，比較靠近數(shù)據(jù)的下限。選擇該曲線的目的是使計算出的Al2O3數(shù)值盡量小于真實數(shù)據(jù)，這樣可以確保通過該關(guān)系式計算出的Al2O3數(shù)值在指導野外勘探過程中，不會因為計算出的Al2O3數(shù)值過大而增加過多的無效進尺。

4 驗算關(guān)系式可靠性

4.1 計算數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)對比

此項對比主要是按照不同的Al2O3邊界品位為25%、30%、35%、40%、45%來統(tǒng)計7 857個數(shù)據(jù)中符合邊界品位要求的個數(shù)與通過關(guān)系式計算出符合對應品位的個數(shù)進行了對比，其結(jié)果如表4、圖3所示。

通過該對比可見，計算出的數(shù)據(jù)隨著邊界品位的不斷提高，偏差的個數(shù)也隨之增多，這也體現(xiàn)了選擇該擬合曲線的目的，即計算出的Al2O3數(shù)值盡量小于真實數(shù)據(jù)。

4.2 計算數(shù)據(jù)可靠性

該項對比主要是在不同的Al2O3的邊界品位，在實際數(shù)據(jù)已經(jīng)符合邊界品位的前提下，統(tǒng)計出實際數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)之差大于零的個數(shù)，統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)既滿足邊界品位的要求，又滿足在擬合曲線以上的要求。該項對比是為了體現(xiàn)通過關(guān)系式計算出的數(shù)據(jù)的準確性，統(tǒng)計結(jié)果如表5、圖4所示。從表5、圖4中可以看出，隨著邊界品位的提高，計算后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相對比，其準確性有明顯的提高。

通過以上兩項對比，驗證了LOI與Al2O3關(guān)系式是可靠的。

圖3 數(shù)據(jù)對比表Fig.3 Data comparison

圖4 數(shù)據(jù)對比表Fig.4 Data comparion

5 勘查應用

通過LOI與Al2O3關(guān)系式，可以計算出不同邊界品位下LOI的邊界品位如表6所示。

在幾內(nèi)亞后期的勘查過程中按照計算公式反推出LOI的邊界品位，通過對LOI的分析數(shù)據(jù)可以直觀的先判斷出是否符合Al2O3的邊界品位，然后再通過該公式計算Al2O3的含量，以指導野外勘探工作。

利用該種分析方法，幾內(nèi)亞勘探工作了取得了與國內(nèi)相對比時間最短、面積最大、速度最快的勘探成果。

表6 數(shù)據(jù)對比表

6 結(jié)語

(1)紅土型三水鋁土礦中燒失量LOI與Al2O3之間存在較好的關(guān)聯(lián)性，即LOI的數(shù)據(jù)能反應出Al2O3品位的高低。

(2)利用LOI與Al2O3建立起來的經(jīng)驗公式確實可以快速的計算出Al2O3的含量。

(3)可以推廣到其他類似的紅土型三水鋁土礦的勘查工作，在預查階段作為評價鋁土礦優(yōu)良的依據(jù)，在詳查和勘探階段可以作為指導地質(zhì)勘查工作控制礦體邊界的方法。

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A simple and fast method for exploration of lateritic gibbsite bauxite based on the relation between LOI and alumina content

ZHANG Rongliang, GONG Enpu

(NortheasternUniversity,Shenyang110819,Liaoning,China)

In this article is discussed the relation between LOI and content of Al2O3, and established an empirical formula according to the relation. The formula is verified by the exploration of a lateriric gibbsite bauxite deposit in Guinea. It is rational and feasible to apply to other similar bauxite deposit,

Lateriric gibbsite bauxite deposit；LOI；Al2O3 content; fast exploration

2015-09-10； 責任編輯： 王傳泰

張榮亮(1980—)，男，博士研究生，東北大學資源與土木學院礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)。通信地址：北京市西城區(qū)西直門外大街18號金貿(mào)中心C1座8層，中電投國際礦業(yè)投資有限公司；郵政編碼：100044；E-mail：zhangrongliang@cpiim.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2016.04.017

P618.45，P624.6

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