矿石标准物质的制备方法有哪些？

矿石标准物质（又称矿石标准样品）是成分分析、仪器校准、方法验证及实验室质量控制的核心依据，其制备需严格遵循“均匀性、稳定性、准确性”三大核心要求。制备过程通常分为原料选择与预处理、制备工艺、均匀性检验、稳定性检验、定值与不确定度评定、包装与证书发放六大环节，其中制备工艺是决定标准物质质量的关键。以下详细介绍矿石标准物质的主要制备方法及完整流程：

 

一、矿石标准物质制备的核心原则

 

在介绍具体方法前，需明确制备的核心原则，所有步骤均围绕此展开：

 

均匀性：同一批次标准物质中，任意小单元（如每份样品）的化学成分、物理特性需保持一致（通常要求均匀性误差＜测量方法允许误差）。

 

稳定性：在规定的存储条件和有效期内，标准物质的特性量值不发生显著变化。

 

准确性：特性量值需与真实值高度一致，通过多家实验室联合定值确保可靠性。

 

二、主要制备方法及关键工艺

 

矿石标准物质的制备方法需根据矿石类型（如金属矿、非金属矿、稀有稀土矿）、粒度要求、成分特性（如易挥发、易氧化成分）选择，核心工艺集中在破碎、混匀、缩分、研磨四个环节，具体方法如下：

 

（一）原料选择与预处理：奠定标准物质基础

 

原料是制备的前提，直接影响标准物质的代表性和稳定性，步骤如下：

 

原料采集

 

按“代表性原则”采集足够量的矿石原料：覆盖矿石的不同矿化带、品位区间、结构构造（如块状、浸染状），确保原料能反映该类矿石的整体特性。

 

采集量需远大于最终标准物质总量（通常为10-20倍），预留预处理损耗、均匀性检验、定值分析及备份量。

 

原料预处理

 

去除杂质：人工剔除原料中的脉石、围岩、泥土、植物残体等外来杂质。

 

干燥处理：若原料含水量较高（＞5%），需在60-105℃下烘干（易挥发成分如汞、砷需控制在60℃以下，或采用真空干燥），避免水分影响成分稳定性。

 

初步分选：对多组分矿石（如铜铅锌多金属矿），可通过手选或重选初步分离，确保原料中目标组分的含量范围符合标准物质设计要求。

 

（二）破碎：降低粒度，为混匀奠定基础

 

破碎的目的是将大块矿石（可能达数十厘米）破碎至可研磨的细小颗粒（通常＜10mm），分为“粗碎、中碎、细碎”三级，需避免污染和成分损失：

 

粗碎：使用颚式破碎机、圆锥破碎机，将矿石破碎至20-50mm，去除大块杂质。

 

中碎：使用对辊破碎机、锤式破碎机，将粒度降至5-10mm。

 

细碎：使用振动磨、盘式破碎机，将粒度进一步降至1-2mm，确保后续研磨效率。

 

关键注意事项：

 

破碎设备需清洁：每次破碎前用待破碎原料“冲洗”设备（即先破碎少量原料并废弃），避免前一批样品的交叉污染。

 

易氧化成分保护：对含亚铁、硫化物（如黄铁矿）的矿石，破碎过程需在惰性气体（如氮气）保护下进行，防止氧化导致成分变化。

 

（三）混匀：实现成分均匀分布

 

混匀是保证标准物质均匀性的核心步骤，需根据样品量和粒度选择合适的方法，常用方式如下：

 

堆锥混匀法（适用于中少量、粗粒度样品）

 

操作：将破碎后的样品堆成圆锥形，从锥顶垂直向下将样品分成若干等份，再将每份样品依次堆成新的圆锥，重复3-5次。

 

优点：设备简单，适用于粒度＞1mm的样品；缺点：混匀效率低，易产生粒度偏析（粗颗粒下沉、细颗粒上浮）。

 

机械混匀法（适用于大量、细粒度样品，常用）

 

滚筒式混匀机：将样品装入密封滚筒，通过滚筒旋转（转速10-30r/min）使样品在筒内翻滚、混合，适用于10-50kg样品，混匀时间30-60分钟。

 

双锥式混匀机：样品在双锥形筒内交替升降、翻转，混匀更均匀，适用于易结块样品，混匀时间20-40分钟。

 

搅拌式混匀机：通过搅拌桨高速旋转（转速500-1000r/min）混合样品，适用于细粉样品（粒度＜0.1mm），但需避免样品飞溅损失。

 

手工混匀法（适用于微量、精细样品）

 

操作：将样品倒在洁净的玛瑙或玻璃平板上，用刮板以“8字形”或“螺旋形”反复混合，适用于＜1kg的细粉样品，需多次操作确保均匀。

 

（四）缩分：减少样品量，保持成分代表性

 

缩分的目的是在不改变样品均匀性的前提下，将大量混匀后的样品缩减至所需量（如最终标准物质总量通常为1-5kg），常用方法如下：

 

四分法（经典方法，适用于粗粒度样品）

 

操作：将混匀的样品堆成圆锥，压平后用十字线分为四等份，弃去对角两份，剩余两份合并为缩分后样品，重复操作至达到目标量。

 

注意：样品需堆匀、压平，十字线需居中，避免缩分偏差。

 

二分器缩分法（高效、准确，适用于细粒度样品）

 

设备：二分器由若干对对称的漏斗组成，样品通过漏斗均匀分成两份。

 

操作：将样品缓慢倒入二分器顶部，样品经漏斗分成两等份，弃去其中一份，重复缩分。

 

优点：避免粒度偏析，缩分效率高，适用于粒度＜2mm的样品，是目前实验室方法。

 

机械缩分法（适用于大量样品）

 

使用自动缩分机（如旋转式缩分机、切割式缩分机），通过机械装置按比例（如1/2、1/4）缩分样品，适合工业化制备。