基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法设计.pdf

摘要为推进离子吸附型稀土矿的勘探进程，提出基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法。分析了稀土元素在风化壳中的分布特征，采用 酌 能谱测量方法测量离子吸附型稀土矿内稀土元素的放射性，根据放射性测量结果，以 Delaunay 三角剖分原理为基础，划分矿块的最优剖面，同时引入基于剖面的反距离加权空间插值算法，计算矿体微元的品位以及稀土氧化物的储量，实现对离子吸附型稀土矿的勘探。测试结果表明：该方法可准确地勘探矿区的矿石量、稀土资源量以及平均品位，具有较高的勘探精度。关键词放射性测量；离子吸附型稀土矿；酌 能谱测量方法；Delaunay 三角剖分原理；反距离加权空间插值算法文章编号：1005-9598(2023)-05-0141-04中图分类号：P577文献标识码：A基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法设计赵立志（青海省第五地质勘查院，青海西宁 810000）收稿日期：2023-05-09基金项目：2022 年度第一批青海省清洁能源矿产专项资金项目（2022013031qj021）第一作者：赵立志（1988），男，汉族，宁夏固原人，工程师，学士，2010 年本科毕业于长春工程学院资源勘查专业，从事地质勘查方面的工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.05.033稀土是镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称，稀土元素的磁、电、光特性良好，在陶瓷、冶金、玻璃和石油等领域中得到了广泛的关注1。稀土资源是各国尖端技术和新型产业发展的关键原材料，在军事、工业、农业、新材料、冶金、玻璃陶瓷、手机、电脑、汽车、显示器等领域均发挥着重要作用，各国对稀土资源的依赖度也较高。在地壳中，轻稀土的丰度远高于中、重稀土的丰度，因此中、重稀土更加珍贵2。全球大部分大型稀土矿山生产的稀土都为轻稀土，在全球中、重稀土资源市场中，我国开发的中、重稀土资源所占比例较高。离子吸附型稀土矿的特征是黏土矿物吸附稀土粒子，属于我国特有的资源优势。目前离子吸附型稀土矿的勘探方法在矿石量、稀土资源量和平均品位方面的勘探精度较低，因此，研究离子吸附型稀土矿勘探方法具有重要的现实意义。张民等3选取临沧花岗岩中断地区作为研究区域，设计钻探方案，以此获取该区域稀土矿床地球化学特征和地质特征，将上述特征作为勘探依据，实现离子吸附型稀土矿的勘探；但是在实际应用中发现，该方法难以准确地获取离子吸附型稀土矿的矿石量，勘探结果不理想。王学求等4选取云南红河州作为研究区域，首先通过地形地貌特点、地质背景、气候以及成矿母岩初步圈定离子吸附型稀土矿的位置，其次通过风化剖面测量和地球化学调查方法实现离子吸附型稀土矿的勘探；该方法在矿区内勘探的稀土资源量以及平均品位与实际值不符，存在勘探精度低的问题。为了解决上述方法中存在的问题，本研究提出基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法。1稀土元素分布特征风化壳在发育完整情况下的剖面如图 1 所示。图 1 中：表土层由两个部分构成，分别是亚黏土层和腐殖土层；全风化层由全风化层和网纹状风化层构成；半风化层中的黏土矿物含量减少，厚度在 4 m8 m 范围内，上部分由伊利石、高岭石、埃洛石构成，引用格式：赵立志.基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法设计J.煤化工，2023，51（5）：141-144，149.第 51 卷第 5 期2023 年 10 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.5Oct.2023表土层全风化层半风化层微风化层基岩图 1风化壳剖面图2023 年煤 化 工下部分由蒙脱石、伊利石构成；微风化层的厚度由岩石裂隙的发育程度以及破碎情况决定。稀土离子在风化壳中进行富集和迁移的基本条件为可交换性，因此不具备可交换性的稀土元素均存在于地表5，根据稀土总量（移REEs）和深度之间的关系，划分稀土离子的分布形态特征类型。一般来说，稀土离子的分布形态可以分为以下几种类型：（1）表层富集型：表层土壤或风化壳中稀土离子相对丰富，移REEs 较高，随着深度的增加，稀土离子含量逐渐降低。（2）均质型：在某些情况下，稀土离子的分布可能相对均匀，移REEs 在不同深度上保持相对稳定。（3）较深富集型：在某些特殊的地质环境中，稀土离子可能在较深的土层中富集，REEs 在较深的深度上明显增加。具体划分稀土离子的分布形态特征类型时需要进行实地调查和采样，包括测量不同深度上的土壤或岩石样品中的移REEs 和分布情况，然后通过分析岩石或土壤样品中稀土元素的含量，进行深度剖面分析和地球化学测试来实现。根据不同深度移REEs 的变化趋势，可以判断稀土离子的分布形态特征类型。稀土元素含量变化特征如图 2 所示。当风化壳中存在较多矿物时，稀土主要以直线式分布在风化壳中；当风化壳的表面具有较厚土层时，稀土主要以深潜式分布在风化壳中；当不存在表面土层，或表面土层极薄的情况下，稀土主要以浅伏式分布在风化壳中。2放射性测量以青海某离子吸附型稀土矿为例，基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法采用 酌 能谱测量方法6对稀土元素的放射性展开测量。2.1仪器设备测量所用的多道 酌 能谱仪由 NaI 闪烁体探头、高压电源、线性放大器和数字变换器构成，属于 digi-DART 模型，具有维护便捷、成本低和探测效率高等特点。2.2仪器刻度在勘探过程中，选用体源模型实现 酌 能谱仪的仪器刻度，仪器探头在刻度时分别放置在本底、U(YU1)、K(YK2)、Th(YTh1)以及 K、Th、U 混合模型(YM1)表面中心，在对应的时间内采集上述标准模型的数据，并计算特征能量峰208Tl(2 620 keV)、214Bi(1 760 keV)和40K(1 760 keV)对应的计数率，以此获得232Th、238U 和40K道对应的计数率 O1、O2、O3，见式（1）：O1O2O3杉删山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫=s11s12s13s21s22s23s31s32s33杉删山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫棕Th棕U棕K杉删山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫（1）式中：sij表示换算系数；棕Th、棕U、棕K分别表示232Th、238U和40K 在岩石或土壤中的质量分数，%。2.3特征峰信息酌 辐射在自然界中主要来源于不成系列的40K、钍系的208Tl、228Ac 以及铀系的214Bi、214Pb7-8，其中，在 酌射线总能量中，214Bi、214Pb 产生的 酌 能量占比高达 97%左右，214Bi 辐射的 1.76 MeV 酌 射线具有较高的发射率，因此可将214Bi 作为特征 酌 射线测量238U、226Ra；208T1是钍系中较为重要的特征能量峰，可利用其完成232Th的测量；在天然钾中，只有同位素40K 具有放射性特征，发出的 酌 射线能量为 1.46 MeV。通过上述分析确定天然核素特征能量峰的峰位与道宽，结果见表 1。2.4野外测量方法采用全球卫星定位系统在 酌 能谱测量区域内贴地测量，将测量时间设置为 5 min，通过下述规则完成测点的布置：（1）尽可能在矿坝东、南、西、北四个方向设置测点，同时将测点布置在尾矿坝内部；（2）如果在测量过程中发现放射性异常点，则在该区域增加测量点的数量；（3）针对居民生活区，在水泥公路和草坪上布置测点。2.5酌 能谱测量结果232Th、238U 和40K 在测量区域内的测量结果如表 2所示。0510152025051015202530标准式浅伏式深潜式表露式波浪式直线式移REEs图 2稀土元素含量变化特征表 1峰位与道宽铀窗（214Bi）钍窗（208Tl）钾窗（40K）能量/MeV1.762.621.46中心道56783860道宽506050142-第 51 卷第 5 期3离子吸附型稀土矿勘探根据天然放射性核素含量测量结果，采用基于剖面的反距离加权空间插值算法实现离子吸附型稀土矿的勘探。采用网格划分离子吸附型稀土矿区的矿块，得到多个小矿柱，其形状为长方体。将探矿井在矿区内的位置转变为平面离散点，以此构建 Delaunay 三角剖分网络9-10，并结合剖面反距离加权算法获得矿体微元在 Delaunay 三角剖分网络中的构型，以此对稀土品位展开计算，同时计算离子吸附型稀土矿在区域内的储量，实现稀土矿的勘探。3.1Delaunay 三角剖分网络基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法在矿体划分过程中引入了 Delaunay 三角剖分算法，构建的 Delaunay 三角剖分网络如图 3 所示。3.2网络内部剖面矿体微元品位将正方形网格置于水平面中，通过划分获得多个长方体小矿柱，提取的小矿柱剖面在剖面中与三角形边发生叠加现象，具体提取过程可通过图 4 描述。采用矿柱分割线以及样本投影线在剖面中划分矿体微元，根据划分结果建立矿体对应的微元构型。矿体微元在矿块储量的计算过程中属于最小单元，基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法，在样品品位的基础上，通过剖面反距离加权插值算法11-12计算矿体微元对应的品位。3.3矿体微元在边界区域剖面中的品位该区域剖面的构建过程与上述过程相同，完成剖面构建后采用剖面反距离加权插值算法计算微元品位。3.4离子吸附型稀土矿块储量遵循 DZ/T 02042022 矿产地质勘查规范 稀土，基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法，通过公式（2）计算稀土氧化物在离子吸附型稀土矿中的储量。mi=sidi籽imA=移ni=1miVi扇墒设设设设缮设设设设（2）式中：mi表示矿体微元内所含物质的总质量，kg；si表示矿体微元对应的面积，m2；di表示矿体微元对应的厚度，m；籽i表示矿石的平均密度，kg/m3；mA表示稀土氧化物在离子吸附型稀土矿中的储量，kg；Vi表示稀土氧化物的品位，%；n 表示矿体微元的总数量。4测试与分析为了验证基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法的整体有效性，需要对其展开相关测试。选取青海某离子吸附型稀土矿作为研究对象。为了方便统计勘探精度，将该离子吸附型稀土矿划分为不同区域并编号，各区域的实际矿石量见图 5。表 2天然放射性核素含量（棕）测量区域矿渣车间尾矿坝尾矿坝护堤居民生活区尾矿坝周围U/10-6平均值10.63.011.32.872.23最小值2.02.01.51最大值4.53.03.0平均值180.1320.643.112.5613.36最小值294.08.18.4最大值354.727.024.1平均值1.612.871.92.251.9最小值2.611.01.1最大值3.223.62.4Th/10-6K/%图 3Delaunay 三角剖分网络图 4Delaunay 三角形边剖面建立原理样品长度矿石单元矩形网格Delaunay 三角Mine AMine B区域6区域 1区域 1区域 250000 kt0图 5各区域实际矿石量赵立志：基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法设计143-2023 年煤 化 工采用本文提出的基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法、文献3方法和文献4方法对其展开勘探，结果如图 6 所示。分析图 6 可知：采用本文方法对离子吸附型稀土矿展开勘探时，在不同区域内测得的矿石量与实际出矿量相符；采用文献3方法和文献4方法对不同区域内的矿石量展开勘探时，与实际储矿量不符。将稀土资源量和平均品位作为勘探内容，采用本文方法、文献3方法和文献4方法展开勘探测试，结果分别见图 7 和表 3。分析图 7 可知：区域 3 中的稀土资源量最高，区域 5 中的稀土资源量最少；采用本文方法勘探所得各个区域中的稀土资源量与实际稀土资源量相符；采用文献3方法和文献4方法进行勘探时，所得的稀土资源量与实际值之间存在较大误差。结合表 3 中的数据可知：本文方法在各区域中测得的稀土资源平均品位符合实际情况。通过上述测试可知：本文方法在勘探区域内可准确地获得矿石量、稀土资源量以及稀土资源平均品位，表明所提方法具有较高的勘探精度。5结语本文提出了基于放射性测量的离子吸附型稀土矿勘探方法，分析了稀土元素的放射性，采用基于剖面的反距离加权空间插值算法实现离子吸附型稀土矿的勘探。测试结果表明：该方法可准确地勘探矿区的矿石量、稀土资源量以及平均品位，为离子吸附型稀土矿的勘探提供了理论依据。参考文献：1 陈国超，陈孝珍，裴先治，等.哈图正长花岗岩年代学和成因及对东昆仑东段稀土元素成矿地质背景的约束J.地质学报，2022，96（3）：971-990.2 张峰玮，周金龙，曾妍妍，等.新疆且末县绿洲土壤中 4种稀土元素含量特征及其成因探讨J.干旱区资源与环境，2021，35（9）：135-142.3 张民，何显川，谭伟，等.云南临沧花岗岩离子吸附型稀土矿床地球化学特征及其成因讨论J.中国地质，2022，49（1）：201-214.4 王学求，周建，张必敏，等.云南红河州超大规模离子吸附型稀土矿的发现及其意义J.地球学报，2022，43（4）：509-519.5 陈陵康，陈海霞，金雄伟，等.离子型稀土矿粒度、粘土矿物、盐基离子迁移及重金属释放研究及展望J.中国稀土学报，2022，40（2）：194-215.6 王江玮，顾卫国，杨桧，等.基于深度神经网络的放射性废物桶 酌 能谱解析方法J.核技术，2022，45（4）：53-59.7 李庆光，杨秀玉，葛琴.酌 谱法测定核设施环境土壤中235U、238UJ.核电子学与探测技术，2021，41（2）：305-308.8 杨秀玉，孟纪群，李庆光，等.酌 能谱法分析放射性核素时对 酌 射线全能峰干扰的修正J.辐射防护，2021，41（5）：415-421.9 王旭林，李玉海，王鹏，等.基于改进 Delaunay 三角剖分算法的微地震数据 SRV 估算与应用J.地球物理学进展，2021，36（2）：689-695.10 崔存田，陈宪冬.球面 Delaunay 三角网的全球选站算法及其应用J.测绘科学技术学报，2021，38（5）：466-469.11 王怀计，祝俊慧，胡莹，等.顾及特征水深点距离重分配的反距离加权插值算法J.海洋通报，2022，41（1）：9-18.12 任营营，王解先，王虎，等.基于局部无缝 Delaunay三角网反距离加权法构建中国大陆速度场J.武汉大学学报(信息科学版)，2021，46（7）：1071-1080.（下转第 149 页）（a）本文方法（b）文献3方法（c）文献4方法图 6三种方法的矿石量勘探结果180001700016000150001400013000123456区域编号实际稀土资源量本文方法文献3方法文献4方法图 7各区域稀土资源量表 3各区域稀土资源平均品位区域123456本文方法0.0860.0810.0720.0770.0680.083文献3方法0.0840.0870.0790.0820.0760.080文献4方法0.0850.0730.0770.0850.0780.079实际平均品位0.0860.0810.0720.0770.0680.083单位：%144-第 51 卷第 5 期Design of exploration method for ion-adsorption rare earth ore based on radioactivity measurementZhao Lizhi(The Fifth Geological Survey Institute of Qinghai Province,Xining Qinghai 810000,China)AbstractIn order to promote the exploration process of ion-adsorption type rare earth ore,a new exploration method ofion-adsorption type rare earth ore based on the radioactivity measurement was proposed.The distribution characteristics ofrare earth elements in weathering crust were analyzed,and the radioactivity of rare earth elements in ion-adsorption rare earthore was measured with 酌 spectrum measurement method.Based on the radioactive measurement results and the Delaunaytriangulation principle,the optimal section of the ore block was divided.At the same time,the profile-based inverse distanceweighted spatial interpolation algorithm was introduced to calculate the grade of ore body microelements and the reserves ofrare earth oxides,achieving the exploration of ion-adsorption type rare earth minerals.The test results indicated that thismethod could accurately explore the amount of ore,rare earth resources and average grade in the mining area,with highexploration accuracy.Key wordsradioactivity measurement;ion-adsorption rare earth ore;酌 spectrum measurement method;Delaunaytriangulation principle;inverse distance weighted spatial interpolation algorithm（上接第 144 页）0.47%。上述结果都较最大允许偏倚值小，即得出的结论相同。为进一步验证新型方法的有效性，在同类设备同类试验中，将传统方法和新型方法的差值平均值和偏倚评定值进行比较，结果发现：新型方法的差值平均值和偏倚评定值均小于传统方法，表明新型方法的准确性高于传统方法。5结语（1）针对煤炭机械采样机传统偏倚试验方法存在的缺陷，基于常用的皮带中部采样机和汽车采样机各提出一种新型的偏倚试验方法，并进行了验证。（2）采用二分器缩分的双份煤样中的一份作为参比样的样品，作为基准值样品，其代表性和准确性均满足试验要求。（3）分析表明：新型方法参比样的代表性和最终结果的准确性均优于传统方法。参考文献：1 张茜芸，仲兆平，姚杰.双碳背景下我国能源产业降碳的主要路径J.能源科技，2021，19（3）：3-6.2 臧宁宁.“双碳”目标下我国存量煤电发展路径分析J.中国电力企业管理，2021（16）：48-51.3 纪长顺，戴昭斌，任祥军.煤矿输送带中部采样机精密度与偏倚试验研究J.矿山机械，2020，48（8）：60-63.4 马学礼，王笑飞，孙希进，等.燃煤发电机组碳排放强度影响因素研究J.热力发电，2022，51（1）：190-195.5 舟丹.核算能源利用碳排放的两种方法J.中外能源，2022，27（1）：68.6 乔长棚，欧阳如芳.浅谈煤质采制化管理J.山东煤炭科技，2021，39（4）：212-213.7 陈轶星.碳盘查的国际通行标准及在我国实施的现状J.甘肃科技，2012，28（12）：10-11.Improvement and research on bias test method of coal mechanical samplerXu Fei1,Pan Yang1,Bai Yuan1,Wang Yaqiong2,Li Zhongfu1(1.Guodian Environmental Protection Research Institute Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210031,China;2.Nanjing Guodian Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210061,China)AbstractAiming at shortcomings of the traditional coal mechanical sampler bias test method in terms of safety,representativeness of coal samples and adaptability to test conditions,a new bias test method was proposed.Take one of thetwo samples divided by the riffle as the reference sample,a bias test was carried out on the sampler for middle of the belt andthe automobile sampler.The test results showed that the maximum total moisture bias and maximum ash content bias of thenew method were both smaller than the maximum allowable bias,and the average difference value and bias evaluation valuewere both smaller than those of the traditional methods,indicating that the accuracy of the new method was higher than that ofthe traditional methods.Key wordscoal mechanical sampling;sampler;bias test;reference sample;maximum allowable bias;accuracy许斐等：煤炭机械采样机偏倚试验方法的改进与研究149-