岩石矿物分析手册

当前，随着油气资源勘探开发纵向深入，研究对象愈发复杂、勘探难度也越来越大，常规、特别是非常规油气勘探开发面临非常严峻的技术挑战。现有录、测井技术，如XRF元素分析、XRD矿物分析、岩屑成像技术、核磁共振等，虽都有特定的优势，但也存在各自的局限性，无法实现储层元素、矿物、形貌、孔隙度等特征的同时表征。因此，在工作效率与技术集成性方面需要一种同时满足制样简单、移动方便、测试精度高、快速定量分析矿物学特征、孔隙裂隙结构特征以及岩石力学性质的智能化、数字化设备。基于上述现状，MaipSCAN（ Mineralogy by Artificial intellgence powered Scanning Electron Microscopy ）应运而生。MaipSCAN是由中科院地质与地球物理研究所与欧波同中国有限公司强强联合自主研发的高度集成化的全新一代数字智能矿物分析系统（图1），主要由高分辨扫描电子显微镜、高灵敏电子信号探测器、X射线探测器及多功能高级测试分析软件组成。图1 MaipSCAN外观图像MaipSCAN应用概况1、 场景多：卓越的抗震功能保障既可以应用于实验室，也可以应用于钻井现场、岩心库等复杂环境。能够实现对岩芯-侧壁岩芯、岩屑、薄片等多种岩石样品的测试分析，尤其是能够将碎小的岩屑样品“变废为宝”充分利用起来，取样成本大大降低。2、 参数全：MaipSCAN可以提供丰富的数据结果，包括岩石的矿物和元素定量数据、高清电子图像、伽马元素、孔隙度、孔隙结构、微裂缝（弱面指数）、弹性参数及脆性指数等多个勘探开发关键参数。3、 用途广：在地质方面，MaipSCAN提供的高分辨率图像可以实现地层准确检测，根据定量的矿物和元素数据能够确定岩性、划分地层、精细划分岩相、评价物性特征、识别地质甜点，依靠岩性、矿物、元素来对比地层，对物源、沉积环境进行分析等；在地球物理方面，MaipSCAN提供的参数可以用于标定常规电缆测井、校正岩石物理模型、生成高质量的弹性属性曲线；在工程方面，MaipSCAN可以实现钻测深度归位，准确卡层，进行井壁稳定性分析，辅助水平井地质导向，完成工程甜点预测，评价岩石脆性，优化水平井压裂选段等。技术特色强大的软件系统MaipSCAN软件分析系统包括测量软件（Inspector）、矿物标准库管理软件（RockSTDManager）和分析报告软件（iCustomer）三个强大模块。1、Inspector：可以快速设定岩样测试参数、实现高效高清BSE图像采集、元素和矿物的准确定量测试，大幅提升样品测试速度。高效易操作的测量模块（Inspecteor） 2、RockSTDManager：包含专利技术的矿物识别算法保障了矿物识别的准确性，尤其是难以识别的粘土矿物；此外，提供了矿物标准库的管理功能，可以新增和更改为符合研究区的矿物库，使得矿物分析更具适应性和准确性。精确识别矿物的矿物标准库管理模块（RockSTDManager）3、iCustomer：具有强大的后处理和报告能力，从图像处理、定量分析、数学模拟到成果图绘制，一个软件可以实现全部功能，极大地优化了后期数据分析的效率。可以定量分析元素含量、矿物含量、矿物颗粒尺寸、矿物相关系、微裂缝密度（弱面指数）、孔隙度及孔隙结构等关键参数；根据工况建立数字岩石模型并计算弹性参数，用于脆塑性分析；根据用户定义的矿物库进行重新分类；实现多个样品的批量处理，且处理速度较快。分析处理与报告生成模块（iCustomer）MaipSCAN岩石力学模型MaipSCAN可以通过分析现场岩屑微观结构和成分特征，经过科学缜密的数据算法，得到研究区的岩石力学参数，建立研究区地层岩石力学模型，可根据工况建立数字岩石模型并计算弹性参数，用于脆塑性分析。

AMCS-Mining自动矿石特征分析系统是AMCS – Advanced (Automatic) Mineral Characterization System 系列自动矿物特征分析系统产品之一，是由国际工艺矿物专家团队主持开发的第三代自动矿物定量分析系统，该系统与高分辨率扫描电镜完美结合，适用于矿业、煤炭、地质等领域，是科学家及工程技术人员对样品进行工艺矿物学定量分析的有力帮手。AMCS-Mining自动矿石特征分析系统可实现的功能有：矿物颗粒的尺寸及面积、组成矿物颗粒的每一单体矿物颗粒的面积、单体矿物颗粒的颗 粒边界、单体矿物颗粒的X射线图谱；自动矿物分类，根据单体矿物颗粒的X射线图谱，确定单体矿物颗粒的矿物成分；经矿物分类的样品测量信息通过计算可得到 各种样品测量结果，包括样品的矿物组成，矿物颗粒及矿物单体颗粒的矿物组成，样品的元素组成，矿物颗粒及矿物单体颗粒的元素组成，矿物元素的分布，矿物颗 粒及矿物单体颗粒的分布，矿物颗粒及矿物单体颗粒尺寸、形态、比重信息，矿物及剂矿物元素回收率及品味估算，矿物生存关系，矿物矿相表面积比，矿物的连生 关系，矿物的解离度等信息。AMCS-Mining自动矿石特征分析系统分析流程： AMCS-Mining自动矿石特征分析系统系统的特点：先进的全自动矿物识别技术 系统采用了先进的第三代自动矿物识别技术。矿物识别无需人工干预、无需人工建立编辑矿物数据标准。大大降低了系统的复杂性，将操作人员从繁琐、复杂的矿物数据标准库建立维护工作中解放出来，同时最大限度地减少人为因素造成的矿物识别错误，使矿物识别更为精准、更快速。完整的矿物数据库矿物数据库矿物种类齐全，数据完整。全新先进的图形处理技术 在分析过程中，系统采用了全新先进的图形处理技术实现分离矿物颗粒，区分矿物边界。不仅处理速度及处理能力（处理图形面积的大小及复杂性）几倍、几十倍于第二代自动矿物所采用的图形处理技术，且结果更为精准。快速在线矿物分类 矿物分类在测量过程中同时进行，用户可以随时监视测量过程。测量完成后立即就可以输出简单的测量结果，如矿物成分及颗粒数。样品测量结果数据分析图表颗粒尺寸分布表颗粒比重分布表矿物连生关系表矿物元素构成、面积及重量百分比矿物解离度分析矿物生存关系分析矿物理想回收率、品位估算表 元素理想回收率、品位估算表案例分析工艺矿物学研究不深入导致工程失败BHP Beenup砂矿-20世纪80年代发现-丰富的钛铁矿和锆石砂矿-九十年代后期投入生产-2000年关闭-损失3亿美元失败的主要原因：-砂矿石比较坚硬，而设计爬斗过大（40米深），爬斗齿因掉落，采矿进度受影响-矿中有较多的粘土矿物，矿物分离困难，影响了钛铁矿和锆石的回收率-矿尾砂含有丰富的黄铁矿，在空气中暴露会变成硫酸，破坏矿区及周围的环境某私企金矿并购案-高品位的黄金矿-收购后的工艺矿物学分析发现80%以上的黄金的生存状态是以1微米或1微米以下的微细颗粒嵌生于石英颗粒中，属难选矿，企业为此蒙受了重大的经济损失。失败的主要原因：-经典的因对矿石的矿物进行特征分析不利而造成的投资失败-告诉我们富矿不一定等于好矿-再一次说明对矿物进行特征分析的重要性南非英美铂业利用矿物自动分析优化选矿，-系统地收集贵金属在源矿中有用矿物的赋存状态，-分析贵金属选场流程中的去向，分析贵金属遗失在尾矿中的原因，-优化选矿工艺使遗失在尾矿中的贵金属从百万分之1%到百万分之0.5%，贵金属回收率上升5%左右，-增收1.75亿美金/年。成功的主要原因：-重视对矿石的工艺矿物学分析-长期投资矿物自动分析技术国内某钨钼矿开发利用矿物分析优化选矿工艺，低品位的复杂钨钼矿床，-传统全浮方法难以保证合理的产品品位和合理的回收 率，被认为是一个难以利用的矿。-深入的工艺矿物学发现94%的目标元素在非磁性矿物中，磁性矿物占矿物总量40%，强磁预丢尾先浮钼后浮钨的选矿方案， 消除磁性矿物对浮选过程的干扰影响，保证浮选的指标，可增大浮选的生产能力，降低浮选药剂成本，综合回收资源中的有价成分，提高资源综合利用率成功的主要原因：-自动矿物参数分析系统的应用可以改变一个矿的命运-深入矿石矿物特征分析使这一本认为是难以利用的矿成了有利用价值的好矿

1、背景介绍随着我国钢铁行业的高速发展，对各个检验及研发环节要求越来越高。无论是生产装备还是检验研发设备，降本增效是发展根本。产品结构已经完成了“普转特、特转优、优转精”的战略转型，提供优质的铁水、钢水是对于生产的保障，而合理的原料供应是得以保障持续发展的必要条件。选矿是整个生产过程中最重要的环节，选矿工艺的合理制定也直接决定了后续的产品质量。Fe在矿石中的主要存在形式有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿，对不同种类矿石的区分以及硬度、密度、湿度、解离度等方面的评估是制定后续的选矿工艺的理论基础。所以更好、更深入地了解铁矿资源而不仅仅局限于铁含量的检测非常重要，其不仅能够准确地评估铁矿价值、推断铁矿品质对下游工艺的影响，还能够优化生产工艺以节约成本提高产能。2、工作原理3、产品功能（1）识别并定量分析铁矿石矿相，从而评估铁矿价值，优化矿石处理工艺流程及预测铁矿品质对下游工艺的影响；（2）识别并定量分析烧结和球团矿矿相，研究烧结球团矿微观结构与性能的关系，优化配矿和烧结焙烧工艺，从而改善烧结矿品质降低配矿成本；（3）分析焦炭微观结构，预测焦炭性能及其对炼铁、冶金工艺的影响。4、产品优势（1）相对于传统的电镜矿物分析系统，该产品的性价比更高、效率更高。与人工计点法相比，其评价的面积更大，精度更高，速度会有几十倍的提升。同时该系统配备的完善的数据库以及极高的自动化程度降低了对操作人员技术水平的要求，能够节约一部分人工成本。对于整个钢铁行业而言能够快速的推动选矿、配矿等工艺的发展，提高整个行业的发展水平。（2）该系统基于丰富的高质有效矿物信息能够实现更高层次的特征表征； （3）直观的反映出相同结构、相似性质的矿石颗粒的结构差异，对下游工艺流程的预测具有重要指导意义。下图为四种具有不同类型组织结构特征的赤铁矿颗粒（从致密到多孔不等）。这些不同的组织结构使得它们在硬度、耐磨性和吸湿性等方面表现出差异，同时在粉碎、选矿造粒和烧结过程中也表现出不同特点。（4）基于反射光显微镜的工作原理能够有效地鉴别不同种类的铁氧化物和氢氧化物，比电镜矿物分析和拉曼光谱等分析速度更快、分辨率更高、更经济实用。（5）H = 赤铁矿（假象赤铁矿）,HH = 水赤铁矿，vG = 玻璃针铁矿,oG = 赭色针铁矿，K = 高岭石,P = 孔隙,E = 环氧树脂