金精矿火试金法配料研究

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  摘要:针对金精矿的火试金分析方法在配料上进行了研究探讨。采用正交实验设计能够快速地对任何金矿石进行精确配料,不仅节约了大量时间和生产成本,而且方法简单快速,任何人都可以在很短的时间内掌握此方法。
   关键词:金矿;正交表;火试金;配料
   中图分类号:O741+.2 文献标识码:A 文章编号:
  
   火试金方法是用加熔剂熔炼矿石和冶金产品的办法来定量测定其中贵金属的含量。该方法具有取样量大、代表性好、方法适用性广、富集效果好、分析结果可靠、准确度高等优点,是金银及贵金属化学分析的重要手段。但是火试金方法的难点和关键点就是配料,不同的矿石其成分不同,其配料比也不同,配料的好坏直接影响到检测结果的准确性。本文就我公司销售的金精矿,采用正交表进行配料试验,得出较好的配料比,通过与北京矿冶总院的结果比对,检测结果相当满意。
   1.实验部分
   1.1试剂
   碳酸钠:工业纯,粉状
   氧化铅:工业纯,粉状,含金量小于0.02g/t。
   硼砂:工业纯,粉状。
   二氧化硅:工业纯,粉状。
   面粉
   银标准溶液:
   覆盖剂:碳酸钠+硼砂=2+1混合
   硝酸(1+7)、(1+2):优级纯,不含氯离子。
   1.2仪器
   试金坩埚:材质为耐火粘土,高130mm,顶部外径90mm,底部外径50mm,容积300ml。
   镁砂灰皿:取85份磨细的镁砂和15份500号水泥,混匀,加8~12%水压制成皿。
   焙烧皿:长方形瓷质皿,供样品焙烧除去S,As用,长120mm,宽65mm,高20mm,一般放20~40g样品,最多可放50g。
   分金试管:25ml比色管。
   天平:感量0.01g。
   试金天平:感量0.001mg。
   试金电炉:SX2-16-13,常用温度1200℃。
   1.3实验方法:
   1.3.1实验因子及水平的确定
   影响火试金配料的因素有碳酸钠、氧化铅、硼砂、二氧化硅、面粉和硝酸钾共六个因子,其中面粉和硝酸钾主要是控制铅扣的大小,面粉主要是用于还原力较低的矿石,硝酸钾用于还原力较高的矿石,为了能够很好地控制铅扣的大小,本实验对所有的金精矿进行灼烧处理,故面粉和硝酸钾两个因素不加以考虑。另外为了实验的方便,每个因子选用三个水平,故可以选用L9(34)正交表进行实验,此正交表见下表1:
   1.3.2实验指标的确定
  表1正交表L9(34)
   试验号 列号 1 2 3 4
  1 1 1 1 1
  2 1 2 2 2
  3 1 3 3 3
  4 2 1 2 3
  5 2 2 3 1
  6 2 3 1 2
  7 3 1 3 2
  8 3 2 1 3
  9 3 3 2 1
  合理的配料,硅酸度应控制在一定的范围之内,硅酸度过高熔渣的流动性差,会产生半融熔的状态,熔渣中易残留铅粒,分析结果偏低。硅酸度过低熔渣的碱性增强并腐蚀坩埚,且使融熔的的温度升高。故本实验选用以下几个定性指标作为实验的依据,并对每个实验结果进行评分。
  (1)冷却后的熔渣易碎,易与铅扣分离,且生成均质的熔渣。
  (2)熔渣对坩埚的腐蚀性最小。
  (3)铅扣的表面光滑光亮。
  (4)熔渣中不应残留有铅粒。
   1.3.3因子水平表
   每个因子选用三个不同的水平进行实验,具体因子水平见表2。
   表2因子水平表
  水平
  因子 一 二 三
  碳酸钠(g) 30 40 50
  氧化铅(g) 80 100 120
  硼砂(g) 10 15 20
  二氧化硅(g) 5 10 15
   1.3.4实验设计及操作
   根据选定的正交表及因子水平进行实验设计,具体见表3。
   表3实验设计
   试验号 列号 碳酸钠(g) 氧化铅(g) 硼砂(g) 二氧化硅(g)
   A B C D
  1 1(30) 1(80) 1(10) 1(5)
  2 1 2(100) 2(15) 2(10)
  3 1 3(120) 3(20) 3(15)
  4 2(40) 1 2 3
  5 2 2 3 1
  6 2 3 1 2
  7 3(50) 1 3 2
  8 3 2 1 3
  9 3 3 2 1
  
   称取20克金精矿样品于瓷器皿中,置于马弗炉中从低温升至650℃焙烧2h,以除尽硫及有机物,冷却后取出,将试样与每个实验所设计的配料置于广口瓶中,加入3.0克面粉后混匀,倒入试金坩埚中,以下同金矿的火试金操作规程。
   为了方差分析的需要,做两次重复试验。
   根据所选定的指标对实验进行评分,满分为100分。
   表3实验结果及评分
   试验号 列号 碳酸钠(g) 氧化铅(g) 硼砂(g) 二氧化硅(g) 评分yi
   A B C D
  1 1(30) 1(80) 1(10) 1(5) 85 85
  2 1 2(100) 2(15) 2(10) 80 80
  3 1 3(120) 3(20) 3(15) 75 75
  4 2(40) 1 2 3 90 100
  5 2 2 3 1 95 90
  6 2 3 1 2 70 70
  7 3(50) 1 3 2 100 95
  8 3 2 1 3 65 65
  9 3 3 2 1 60 60
   2.實验结果分析
   结果分析见表4
   表4实验结果极差分析
  试验号 列号 碳酸钠(g) 氧化铅(g) 硼砂(g) 二氧化硅(g) 评分yi
   A B C D yi1 yi2
  1 1(30) 1(80) 1(10) 1(5) 85 85 170
  2 1 2(100) 2(15) 2(10) 80 80 160
  3 1 3(120) 3(20) 3(15) 75 75 150
  4 2(40) 1 2 3 90 100 190
  5 2 2 3 1 95 90 185
  6 2 3 1 2 70 70 140
  7 3(50) 1 3 2 100 95 195
  8 3 2 1 3 65 65 130
  9 3 3 2 1 60 60 120
  K1 480 555 440 475
  K2 515 475 470 495
  K3 445 410 530 470
  k1 160.0 185.0 146.7 158.3
  k2 171.7 158.3 156.7 165.0
  k3 148.3 136.7 176.7 156.7
  极差R 23.3 48.3 30.0 8.3
  主次顺序 B>C>A>D
  优水平 A2 B1 C3 D2
  优组合 A2B1C3D2
  
   2.1实验结果极差分析
   把两次实验的评分相加作为总的实验分值。
   第1列中的K1就是第1列中1水平对应的3次试验结果之和,即
   K1=y1+y2+y3=170+160+150=480
   第1列中的K2就是第1列中2水平对应的3次试验结果之和,即
   K2=y4+y5+y6=190+185+140=515
   第1列中的K3就是第1列中3水平对应的3次试验结果之和,即
   K2=y7+y8+y9=195+130+120=445
   第1列中的k1、k2、k3就是第1列中的K1、K2、K3除以3得到的平均数,即k1=K1/3=480/3=160.0
   k2=K2/3=515/3=171.7
   k3=K3/3=445/3=148.3
   R1就是第1列中的k1、k2、k3中最大值与最小值之差,即
   R1=k2-k3=171.7-148.3=23.3
   根据正交设计的特性,对A1、A2、A3来说,三组试验的试验条件是完全一样的(综合可比性),可进行直接比较。如果因素A对试验指标无影响时,那么kA1、kA2、kA3应该相等,但由上面的计算可见,kA1、kA2、kA3实际上不相等。说明,A因素的水平变动对试验结果有影响。因此,根据kA1、kA2、kA3的大小可以判断A1、A2、A3对试验指标的影响大小。由于试验指标为综合评分,而kA2>kA1>kA3,所以可断定A2为A因素的优水平。
   同理,可以计算并确定B1、C3、D2分别为B、C、D因素的优水平。四个因素的优水平组合A2B1C3D2为本试验的最优水平组合,即金精矿配料的最优配比为碳酸钠40g,氧化铅为80g,硼砂为20g,二氧化硅10g。
   确定因素的主次顺序
   根据极差Rj的大小,可以判断各因素对试验指标的影响主次。本例极差Rj计算结果见表4,比较各R值大小,可见RB>RC>RA>RD,所以因素对试验指标影响的主→次顺序是BCAD。即氧化铅量影响最大,其次是硼砂和碳酸钠,而二氧化硅的影响较小。
   2.2实验结果方差分析
   极差分析法简单明了,通俗易懂,计算工作量少便于推广普及。但这种方法不能将试验中由于试验条件改变引起的数据波动同试验误差引起的数据波动区分开来,也就是说,不能区分因素各水平间对应的试验结果的差异究竟是由于因素水平不同引起的,还是由于试验误差引起的,无法估计试验误差的大小。此外,各因素对试验结果的影响大小无法给以精确的数量估计,不能提出一个标准来判断所考察因素作用是否显著。为了弥补极差分析的缺陷,可采用方差分析。
   方差分析基本思想是将数据的总变异分解成因素引起的变异和误差引起的变异两部分,构造F统计量,作F检验,即可判断因素作用是否显著。
   (1)偏差平方和分解:
   总偏差平方和=各列因素偏差平方和+误差偏差平方和
  
   (2)自由度分解:
  
   (3)方差:
  
  
   (4)构造F统计量:
  
   (5)列方差分析表,作F检验
   若计算出的F值F0>Fa,则拒绝原假设,认为该因素或交互作用对试验结果有显著影响;若F0≼Fa,则认为该因素或交互作用对试验结果无显著影响。
   总偏差平方和:
  
   列偏差平方和:
  
   试验总次数为n,每个因素水平数为m个,每个水平作r次重复r=n/m。
   总自由度:
  
   因素自由度:
  
   表5实验结果方差分析
  试验号 列号 碳酸钠(g) 氧化铅(g) 硼砂(g) 二氧化硅(g) 评分yi
   A B C D yi1 yi2
  1 1(30) 1(80) 1(10) 1(5) 85 85 170
  2 1 2(100) 2(15) 2(10) 80 80 160
  3 1 3(120) 3(20) 3(15) 75 75 150
  4 2(40) 1 2 3 90 100 190
  5 2 2 3 1 95 90 185
  6 2 3 1 2 70 70 140
  7 3(50) 1 3 2 100 95 195
  8 3 2 1 3 65 65 130
  9 3 3 2 1 60 60 120
  K1 480 555 440 475 T=1440
  K2 515 475 470 495
  K3 445 410 530 470
  k12 230400 308025 193600 225625
  k22 265225 225625 220900 245025
  k32 198025 168100 280900 220900
  SSj 408.33 1758.33 700.00 58.33
  因素自由度dfj 2
  总自由度dft 17
  方差MSj 204.17 879.17 350.00 29.17
  
   5.1计算
   计算各列各水平的K值
   计算各列各水平对应数据之和K1j、K2j、K3j及其平方K1j2、K2j2、K3j2。
   总偏差平方和
  
  
   =118200-115200=3000
   计算各列偏差平方和及自由度
  
  
   同理,SSB=1758.33,SSC=700.00SSD=58.33
   SSE=SST-(408.33+1758.33+700.00-58.33)=75.01
   自由度:dfA=dfB=dfC=dfD=3-1=2dfE=9
   计算方差
  VA=408.33/2=204.17VB=1758.33/2=879.17VC=700.00/2=350.00VD=58.33/2=29.17VE=75.01/9=8.33
   5.2显著性检验
   根据以上计算,进行显著性检验,列出方差分析表,结果见表6
   表6方差分析表
  变异来源 平方和 自由度 均方 F值 Fa 显著水平
  A 408.33 2 204.17 24.51 F0.05(2,9)=4.26 **
  B 1758.33 2 879.17 105.54 F0.01(2,9)=8.02 **
  C 700.03 2 350.00 42.02 **
  D 58.33 2 29.17 3.50
  誤差e 75.01 9 8.33
  总和 3000
   从方差分析可以看出,因素B高度显著,因素C高度显著,因素A高度显著,因素D不显著。所以因素对试验指标影响的主→次顺序是BCAD,跟极差分析的结论是一样的。
   5.3配料比的确定
   本试验指标越大越好。对因素A、B、C分析,确定优水平为A2、B1、C3;因素D的水平改变对试验结果几乎无影响,从经济角度考虑,选D1。优水平组合为A2B1C3D1。即碳酸钠40g,氧化铅为80g,硼砂为20g,二氧化硅5g。
   3.结果比对
  我室用此配料检测金精矿结果与北京矿冶总院的外检结果比对见表7
   表7金精矿检测结果比对
  样号 北京矿冶总院(10-6) 我室(10-6) 差值(10-6) 允许差(10-6)
  A53# 40.1 39.6 -0.5 2.4
  A56# 39.0 38.8 -0.3 2.4
  A57# 40.2 40.6 0.3 2.7
  A61# 40.3 39.4 -0.9 2.4
  A63# 36.7 36.6 -0.1 2.4
  A65# 39.5 39.8 0.3 2.4
  A66# 38.9 39.6 0.7 2.4
  A67# 39.2 41.6 2.4 2.4
  A68# 38.2 38.6 0.3 2.4
  A69# 38.1 38.6 0.4 2.4
  A71# 37.7 38.4 0.6 2.4
  A74# 39.6 39.6 0.0 2.4
  A76# 38.7 39.0 0.3 2.4
  A77# 39.5 39.0 -0.5 2.4
  A83# 40.7 40.6 -0.1 2.7
  A84# 37.9 38.4 0.5 2.4
  A85# 39.9 40.8 0.9 2.4
  A87# 37.3 36.8 -0.5 2.4
  A88# 36.6 36.4 -0.2 2.4
  A89# 39.1 40.4 1.3 2.4
  A92# 37.8 39.2 1.4 2.4
  A95# 38.3 38.4 0.1 2.4
  A96# 37.8 37.6 -0.2 2.4
  A97# 37.8 37.6 -0.3 2.4
  A98# 37.9 38.3 0.4 2.4
  A99# 38.0 38.0 0.0 2.4
   送检的26件样品,全部合格,合格率为100%。通过我室多次的检测结果及与北京矿冶总院的外检结果比对,说明配料是相当成功的。
   4.结论
   采用正交实验设计能够快速地对任何金矿石进行精确配料,不仅节约了大量时间和生产成本,而且方法简单快速,任何人都可以在很短的时间内掌握此方法。
  
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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