應(yīng)用推介 | 礦物勘探：光譜分析助力孔雀石含量檢測
在礦物勘探和礦物加工過程中，準(zhǔn)確測定礦石組成對選礦工藝制定和過程優(yōu)化具有重要意義。 礦石中各種礦物的含量及有價成分的品位測定可以通過實驗室專業(yè)的化學(xué)方法來測定。
但傳統(tǒng)方法過程繁瑣、復(fù)雜，耗時長，并且需要檢測人員具有一定的專業(yè)知識和技能，再者還存在檢測儀器復(fù)雜昂貴、檢測成本較高的問題，不能實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的快速檢測。因此，開發(fā)一種快速、方便的檢測方法成為一個迫切的需求。
光譜分析：礦石勘探新選擇
傳統(tǒng)勘探技術(shù)的痛點
在礦石勘探應(yīng)用上，傳統(tǒng)技術(shù)曾長期占據(jù)主導(dǎo)地位，但隨著行業(yè)發(fā)展，其局限性愈發(fā)凸顯。
化學(xué)分析法作為經(jīng)典手段，需經(jīng)過復(fù)雜的樣品溶解、分離、滴定等步驟，周期長，從采樣到得出結(jié)果往往需要數(shù)天甚至數(shù)周
傳統(tǒng)測定手段成本高，不僅消耗大量化學(xué)試劑，對專業(yè)人員操作要求也高。在需要快速判斷礦脈走向、及時調(diào)整勘探方案的場景下，難以滿足實時監(jiān)測需求，可能導(dǎo)致錯失最佳勘探時機。
化學(xué)分析過程具有強破壞性，樣品被溶解或分解，原始礦物的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等信息永&久喪失，不利于后續(xù)對礦物成因、演化等深入研究。
傳統(tǒng)的勘探方法還存在數(shù)據(jù)采集效率低的問題。傳統(tǒng)單點采樣后需送回實驗室分析，無法在現(xiàn)場快速獲取大量有效數(shù)據(jù)，難以應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下對勘探全面性和及時性的要求。
現(xiàn)今，伴隨光譜分析技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖光譜儀以其靈敏度、信噪比、穩(wěn)定性及場景適用性等方面優(yōu)勢，得以在礦石勘探、成分檢測中得以應(yīng)用。ATP2000P光譜儀：核心優(yōu)勢
1. 全光譜覆蓋：
光譜范圍達到 200 -1100nm，在這個寬廣區(qū)間內(nèi)，能夠有效捕捉各類礦物的特征吸收峰。以孔雀石為例，它在特定波長下有獨特吸收峰，ATP2000P可清晰識別，為含量檢測提供關(guān)鍵依據(jù)，相比傳統(tǒng)技術(shù)覆蓋范圍窄、易遺漏關(guān)鍵信息，有著極大優(yōu)勢。
2. 高靈敏度：
光譜分辨率在 0.5-4.0nm，最&低檢測限達 μg/kg 級。這意味著它能夠檢測到極其微量的元素，在檢測低品位礦石或?qū)ふ蚁∮性氐V時，能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)難以察覺的礦化信息，不放過任何潛在價值。在數(shù)據(jù)處理上，
3. 支持二次開發(fā)：
搭載智能化軟件，實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)校正，排除外界干擾因素對檢測結(jié)果的影響，并根據(jù)大量已有的礦物光譜數(shù)據(jù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練，快速準(zhǔn)確地預(yù)測礦物含量。
4. 輕量化設(shè)計與 USB 供電特性：
體積小巧、攜帶方便，無需外接復(fù)雜的電源設(shè)備。這一特點使得它非常適用于移動實驗室、現(xiàn)場檢測等場景，更具實用價值。
實驗案例：孔雀石綠的快速檢測
樣品及實驗裝置
試驗樣品來自福建紫金銅業(yè)有限公司，將較高純度的綠泥石、方解石、石英、孔雀石、赤鐵礦用球磨機粉碎為粉末，取0.074～0.038mm 粒級。5種礦物粉末按一定的體積比配制成多組混合礦物，來模擬天然氧化銅礦石。
混合礦物樣品光譜測量總系統(tǒng)由可見近紅外光譜采集單元、控制單元和計算機圖像顯示單元組成。 采集單元由奧譜天成ATP2000P 型可見近紅外光譜儀（波長范圍 200～1080nm）、鹵素?zé)艄庠础?biāo)準(zhǔn)矯正白板、紫外石英光纖組成。控制單元由一個可以提升、平移和旋轉(zhuǎn)的控制臺組成?？刂婆_控制光纖探頭的垂直運動以及樣品的水平和旋轉(zhuǎn)運動。
孔雀石含量預(yù)測建模流程如下所示
選取積分時間為300ms、平均次數(shù)為50次、像素平滑參數(shù)為7pix、波長間隔為0.4nm，積分球探頭與樣品的距離保持2-3nm，保證照射到礦物樣品的表面積最大（直徑為10mm），從而減小試驗誤差。
采集的原始樣品光譜如下：
光譜預(yù)處理及特征波長選擇
由于用微型光譜儀采集的光譜數(shù)據(jù)會受到噪音和基線漂移等影響，會影響模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。為了消除這些影響，在建模前需要對光譜進行預(yù)處理。
本研究選取卷積平滑（SG）、一階導(dǎo)數(shù)（FD）、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換（SNV）以及多元散射矯正（MSC）4 種方 法［13］ 對原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。
原光譜數(shù)據(jù)波長范圍 400～1100nm，其中包含1744個波長點。數(shù)據(jù)體積龐大會造成模型分析速度變慢，此外，光譜之間存在著共線問題，會干擾模型的建立。因此，本研究通過特征波長選擇來減少模型輸入變量的維度，同時也可以消除無用信息的光譜數(shù)據(jù)，提高模型的準(zhǔn)確性。
模型建立與結(jié)果分析
將經(jīng)過特征波長挑選的樣品按照4∶1劃分，其中訓(xùn)練集樣品93個，測試集樣品23個。
由上圖可以看出，BP模型的預(yù)測值和真實值之間相關(guān)性較高，預(yù)測誤差較小，認為建立的模型具備較高的可行性，可用于礦物含量的檢測。
結(jié)論：利用光譜分析技術(shù)，采用ATP2000P光纖光譜儀可對孔雀石礦物中含量進行有效預(yù)測。
研究表明，通過光纖光譜儀對礦物進行快速檢測，具備其可行性，若再輔以拉曼、熒光等檢測手段，兼及光譜分析技術(shù)的高效性以及準(zhǔn)確性，在礦石勘探領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景！
