三水鋁石質(zhì)量評價精密度及準確度試驗研究

毛鵬，劉煒，李林海

（1.中鋁山東工程技術有限公司，山東淄博 255052；2.中鋁山東有限公司，山東淄博 255052）

關鍵字：質(zhì)量評價；有效鋁；活性硅；微波消解；精密度；準確度

鋁是地殼中分布最廣泛的元素之一，自然界已知的含鋁礦物有258種，其中常見的礦物約43種。鋁土礦石一般都是共生分布，根據(jù)其所含的主要含鋁礦物一般分為：三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石[1-2]。三水鋁石型鋁土礦在其溶出條件下，不是全部的Al2O3和SiO2都參與反應，所以按一般檢測的方法測定A/S來評價礦石的品位已經(jīng)不準確，于是提出了有效鋁和活性硅[3]的概念。它們分別指在一定的溶出條件下，從礦石中提取出的凈氧化鋁含量和能與氫氧化鈉發(fā)生化學反應的含硅化合物的含量。微波消解法可以測定三水鋁石型鋁土礦的有效鋁和活性硅含量，并通過測算堿耗、礦耗等經(jīng)濟指標，對礦石進行質(zhì)量評價[4]，通過對其精密度及準確度進一步進行試驗研究，完善評價礦石的數(shù)學模型，可用于降低三水鋁石型鋁土礦的采購風險。

1 微波消解測定三水鋁石有效鋁和活性硅精密度試驗

1.1 試驗儀器及試驗過程

1.1.1 試驗儀器

微波消解儀Mvltiware3000。

1.1.2 試驗過程

稱取1.000g樣品放入消解罐，加入濃度為50g/L的NaOH溶液20.0mL，搖勻，裝入消解儀按照選定的溫度（143±2℃）和時間（30min）進行消解。消解后用水將消解液稀釋至250mL容量瓶定容、混勻。過濾后，濾液測定Al2O3和SiO2，此Al2O3即為有效鋁，沉淀為一水軟鋁石、赤鐵礦、鋁針鐵礦、石英硅、鈉硅渣等不溶物。將沉淀洗滌至酚酞為無色，用酸抽出鈉硅渣中的Na2O并測定，以此計算硅渣中的SiO2量，將計算的SiO2量和濾液中的SiO2量相加即為活性硅的量。[4]

表1 1#、2#、3#樣品的重復性試驗

1.2 精密度試驗

1.2.1 重復性實驗

取來自不同礦源地、不同品位的三個礦石樣品，在重復性測試條件下分別進行11次重復實驗，得出實驗方法的重復性限。

1.2.2 重現(xiàn)性精密度

表2 重現(xiàn)性精密度

1.2.3 再現(xiàn)性實驗

經(jīng)對樣品結果進行復驗，根據(jù)對比測試結果，確定方法的允許差。

表3 再現(xiàn)性精密度

2 微波消解（化學）法和X衍射（物相）法測定結果穩(wěn)定性

2.1 兩種方法批樣測定結果均值和標準偏差對比

目前，已經(jīng)采用X衍射法對三水鋁石型鋁土礦進行定性和定量分析[5]，現(xiàn)選擇四個礦區(qū)的印尼三水鋁石分別用X衍射法和微波消解法進行測定，對比兩種方法的分析穩(wěn)定性。

表4 微波消解法和X衍射法標準偏差統(tǒng)計

對比結果表明：在有效鋁的測定上，兩種方法的均值和標準差基本一致，雙樣本T檢驗也表明兩種方法無顯著性差異。而對于活性硅的測定，兩種方法差別較大，對于常硅礦石X衍射法的測定結果低于微波消解法，而低硅礦石X衍射法的測定結果高于微波消解法。相比較而言，X衍射法測定樣品的標準偏差大，這與X衍射法測定原理和數(shù)據(jù)曲線有關。

2.2 微波消解（化學）法精密度驗證（見表5）

表5 微波消解法批樣結果抽查對比數(shù)據(jù)

3 微波消解法準確度驗證試驗

微波消解法經(jīng)過多批次測定，其精密度符合標準要求。接下來需要驗證其準確度，但由于目前國內(nèi)外研制的鋁土礦標樣均為普通成分樣品，尚未有在一定條件下的有效鋁和活性硅的標準物質(zhì)。如何確認微波消解法測定結果的準確性？我們設想兩種方法進行檢驗。

第一種方法是取三種進口印尼礦（三水鋁石），一方面采用純氫氧化鈉進行微波消解化學法、X衍射法測定結果（簡稱化學法和物相法）并計算赤泥成分，另一方面采用油浴反應釜，進行相同條件下的模擬溶出試驗，直接測定赤泥成分，通過對比赤泥成分，確認微波消解法的準確度。

第二種方法是在低溫拜耳法正常生產(chǎn)過程中取鋁土礦（三水鋁石）樣，按照實際生產(chǎn)條件，采用生產(chǎn)調(diào)配液進行微波消解（化學）法測定結果，同條件下模擬溶出試驗測定結果，與實際生產(chǎn)測定結果進行對比，驗證微波消解法測定結果的準確度和預測的可信度。

3.1 微波消解化學法、X衍射（物相）法與模擬溶出試驗對比

溶出試驗條件：Nk 180g/L（采用NaOH，非調(diào)配液），溶出溫度145℃，溶出時間60min，固含200g/L。見表6。

從測算赤泥成分對比分析看，三組樣測定結果基本相符，微波消解化學法與模擬溶出試驗結果更接近。

3.2 微波消解（化學）法、模擬溶出試驗與實際生產(chǎn)對比

試驗條件：礦石從拜耳法實際生產(chǎn)的下料皮帶上進行取樣，然后制樣，堿液采用生產(chǎn)用的調(diào)配液，同步采用與生產(chǎn)實際相同的溶出條件，進行微波消解、模擬溶出試驗，分別計算赤泥成分，與實際生產(chǎn)赤泥測定結果進行對比。見表7。

從赤泥成分對比分析看，通過微波消解（化學）法測定的活性硅、有效鋁，計算的赤泥成分與模擬溶出試驗結果、實際生產(chǎn)測定結果基本相符。

微波消解（化學）法與模擬溶出測算赤泥結果更接近，這與樣品統(tǒng)一、測定條件相近有一定關系。數(shù)理統(tǒng)計，除灼減外各成分均無顯著性差異，相較而言，赤泥氧化鈉含量更接近，表明活性硅測定結果一致性更強，其次是赤泥氧化鋁含量，測定結果平均值相差0.73，考慮到化學法測算時有水解損失，赤泥氧化鋁含量略高也符合實際。

實際生產(chǎn)赤泥測定結果與微波消解（化學）法、模擬溶出測算赤泥結果相比較，各成分相對均偏高。主要是由于實際生產(chǎn)液量大、流程長，取樣均勻度和一致性有所不同，另外，實際生產(chǎn)水解損失更大一些[1]，但三種測定結果一致性基本相符。

表6 三水鋁石型鋁土礦試驗測定結果

表7 溶出試驗調(diào)配液成分

表8 赤泥成分（11組數(shù)據(jù)平均）對比

4 質(zhì)量評價估算方法探討

對于采用鋁土礦檢驗結果預測礦耗、堿耗，并進一步預測盈利能力來講，如果僅靠一個樣品或幾個單元樣的均值測算，會存在較大的風險。這是因為礦石屬于散裝礦產(chǎn)品，本身質(zhì)量不均，存在一定的波動，再加上采樣、制樣、分析方面的誤差，其真實的質(zhì)量是呈一個近似正態(tài)分布，而不是一個點。因此，必要時應進行一定置信水平下的預測才更科學。

采用一定置信水平（如95%）的區(qū)間估計，以某一種礦石為例說明方案的選擇。根據(jù)某企業(yè)一年港口檢驗結果統(tǒng)計，其中活性硅含量分布如下：

表9 微波消解（化學）法測定某礦區(qū)一年港口取樣結果

根據(jù)活性硅均值和標準偏差可得到正態(tài)分布圖如下：

下表為該礦區(qū)四個單元樣結果(選取SiO2的σ=0.18，Al2O3的σ=1.58）。

表10 礦石單元樣測定結果及區(qū)間估計

這是已知標準偏差”σ”的情況，如果是新礦石通常要選擇增加取樣點和單元樣，然后按T分布計算其平均值，以上表結果為例：

計算SiO2平均值1.2325 ，95% 置信區(qū)間(1.0853，1.3797)，四個單元樣 n=4，以此也可得到Al2O3的區(qū)間，代入數(shù)學模型即可得到消耗指標區(qū)間范圍（可理解為最低和最高），并對照成本要求決定購買意向。

改變置信水平，可改變區(qū)間，如采用75%置信區(qū)間，上表SiO2為(1.1667，1.2983) ，表明區(qū)間范圍變小，風險增加。[6]

因此，對某礦區(qū)礦石的經(jīng)濟評價，在一定置信水平（如：95%）下，可以測定最小盈利能力和最大盈利能力，這是控制風險的一種科學統(tǒng)計方法。

5 結論

通過條件試驗和精密度驗證表明，采用微波消解（化學）法測定三水鋁石型鋁土礦中的有效鋁和活性硅，其精密度和準確度能夠達到預測生產(chǎn)指標的要求。對三水鋁石型鋁土礦的質(zhì)量評價，僅靠一個樣品或幾個單元樣的均值測算，會存在較大的風險，基于一定置信水平的區(qū)間估計，才能降低采購風險。