鋁土礦取樣精密度影響因素與試驗分析研究

＊滕懷旭 張曉艷 左玉昊

（中國檢驗認證集團河北有限公司 河北 060013）

鋁土礦是一種天然礦物。其中主要成分是氫氧化鋁又或是含水的三氧化二鋁，多成白色、灰色、黃色、褐色，外表與黏土相似，又稱做鋁礬土，通常成塊狀，是工業中提煉鋁金屬的重要原料。鋁土礦通常是指工業上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物質所組成的礦石的統稱[1]。鋁土礦的應用領域分為金屬和非金屬兩個領域，金屬方面，鋁土礦是生產金屬鋁的最佳原材料也是最主要的應用領域，其用量占世界鋁土礦總產量的九成以上。鋁的制備通常通過電解氧化鋁來實現，通過電解，氧化鋁分解成鋁和氧氣，最終得到純凈的鋁金屬[2]。雖然鋁土礦在非金屬領域的用量遠遠比不上金屬領域，但是用途卻十分的廣泛，比如作耐火材料、研磨材料、高鋁水泥的原料、化學制品等[3]。

鋁土礦采樣精密度是指：按標準GB/T 25945—2010/ISO8685:1992中的相關規定進行采樣，在95%概率的情況下，所采鋁礬土與被采樣品的真實質量之間的誤差界限。不超過規定界限，所采鋁土礦樣品就有代表性[4-5]。在日常作業實踐中，被采鋁土礦樣品的真實質量是無法預先知道的，只能用無系統偏差情況下的多次測定值的平均值來代替真值。按照國標GB/T 25949—2010中的方法制備樣品[6]。

1.系統誤差

就實驗結果的影響來說，取樣對結果的影響占80%，制樣對結果的影響占15%，化驗對結果的影響占5%。所以取樣的精密度會大大影響最后的實驗結果的準確性。取樣存在隨機誤差和系統誤差，隨機誤差是在測量或實驗中產生的一種偶然的、隨機分布的誤差，它的特點是在多次測量或實驗中，誤差的方向和大小是隨機的，不具有系統性，系統誤差是指在測量或實驗中產生的一種偏差，其特點是在多次測量或實驗中出現相同的方向和大小。與隨機誤差不同，系統誤差是由于測量設備、實驗方法或環境條件等方面的系統性問題導致的。系統誤差可以對測量或實驗結果產生持續的影響，因此是需要注意和糾正的[7]。以下是一些可能導致系統誤差的常見原因：

（1）儀器誤差：儀器本身的設計、制造或校準問題可能導致測量結果的偏差。這可能包括儀器的刻度不準確、靈敏度變化、零點漂移等。

（2）操作者誤差：操作者在進行測量或實驗時可能引入偏差，比如讀取儀器時的讀數誤差、操作不規范等。

（3）環境條件：溫度、濕度、氣壓等環境條件的變化可能影響儀器的性能，進而導致系統誤差。

（4）方法學問題：使用的測量方法或實驗方法本身可能存在系統性問題，比如在特定條件下，某種方法的精確性會受到限制。

（5）樣品準備：在實驗中，樣品的準備過程可能引入系統誤差，例如，樣品的不均勻性、樣品的損失等。

（6）數據處理：數據的記錄、轉換和處理可能引入系統誤差，特別是在使用復雜的分析方法時。

糾正系統誤差通常需要對測量設備進行校準、規范化實驗操作程序、維護環境條件的穩定性等。系統誤差的存在會降低測量或實驗的準確性和可靠性，因此在科學研究和工程應用中，對系統誤差的了解和控制至關重要。

2.校核取樣精密度的方法

日常作業中直接使用相關標準中規定的取樣精密度或由貿易雙方規定，采取一種合理的樹值[8]。使用符合標準要求的采樣設備，確保設備的精度和準確性。為了獲得數據的可靠性，最好是采用多批次同規格的鋁土礦進行實驗，如果批次不足，也可將大批分隔成多個小批逐個進行實驗。

實驗要求的最小份樣應符合GB/T 25945—2010（ISO8685）標準規定的雙倍量的要求，對于常規取樣方法，如果份樣的數量是n，并組成一個總樣；則實驗要求的最小份樣是2n，并組成兩個總樣。

從兩個總樣A和B中制備出一對平行樣品，以每對4個測量值的形式表示出來，X111,X112,X121,X122與X211,X212,X221,X222。取樣方案如圖1。

圖1 取樣方案圖示

計算均值并計算每對平行測量值的極差范圍：

計算每對平行樣品的均值和極差范圍：

計算每對總樣A和B的均值和極差范圍：

圖2為總樣A和B的均值和極差XAB、R3線形圖。

圖2 總樣A和B的均值和極差XAB、R3線形圖

其中k為批量。

3.實驗數據分析

把表1中的數據帶入計算，氧化鋁的檢測結果%（質量分數）：

表1 統計數據

平均值為：51.10；最小值為：49.90；最大值為：53.02。

抽樣準確率的評估[氧化鋁的%（m/m）]：δM=0.07%；δP=0.17%；δS=0.23%。

實驗結果表明，取樣精密度對實驗結果的準確性具有顯著影響，其誤差范圍在規定標準內。

4.影響取樣精密度的因素

研究鋁土礦取樣精密度對現代工業的影響具有重要的實際意義。以下是這方面一些影響和相關觀點：

（1）生產效率和成本控制：通過提高取樣精密度，可以確保生產過程中所使用的鋁土礦具有更高的質量和一致性，從而提高生產效率并降低生產成本。

（2）產品質量穩定性：高質量的鋁土礦作為原材料可以確保最終生產的鋁產品具有更穩定的質量。

（3）環境可持續性：通過提高取樣精密度，可以減少因質量波動而導致的廢料和能源浪費。這符合現代工業對可持續性和環保的追求，有助于減少資源的浪費，降低對環境的影響。

（4）工業自動化和智能化的支持：高精度的取樣數據可以為工業自動化和智能化提供更可靠的基礎。

（5）市場競爭力：取樣精密度的提高有助于確保生產的鋁土礦在國際市場上具有競爭力，提高企業在全球市場中的地位。

（6）技術創新和研發方向：對鋁土礦取樣精密度的深入研究可能引發新的技術創新和研發方向。新的取樣技術和方法的應用會帶來更高的效率和更低的成本，推動鋁生產領域的技術進步。

研究鋁土礦取樣精密度對現代工業的影響關乎工業的效率、質量、環境可持續性和市場競爭力等多個方面。在未來的研究中，可以拓展當前論文的研究方向，以深化對鋁土礦取樣精密度影響的理解，并為實際應用提供更多的支持，有以下幾個方面：一是新型取樣技術的應用，例如，機器學習算法、傳感器技術等。二是實時監測系統的開發，以確保取樣精密度的實時控制。三是取樣與生產過程的耦合研究。四是環境因素對取樣的影響，如，溫度、濕度、氣壓等。五是大數據分析，以更全面地理解取樣精密度的影響因素。六是跨行業比較研究，為各行業提供通用或個性化的取樣優化建議。七是可持續性考慮。八是標準化和規范的推動。九是社會影響評估。十是多學科合作。

5.結論

總而言之，本研究通過對鋁土礦取樣精密度的實驗研究，揭示了取樣過程在實驗結果中的顯著影響。這些發現為鋁土礦領域的研究提供了新的視角，并有望在相關工業應用中產生深遠的影響。未來的研究可進一步探索取樣技術的改進和實驗方法的優化，以提高實驗結果的準確性。