巖礦中稀有金屬元素化學(xué)分析方法淺探

程學(xué)芹，李 強(qiáng)，劉二情，趙力穎，張 悅，馬夢(mèng)玲

（河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000）

目前，稀有金屬是我國(guó)許多行業(yè)發(fā)展的重要資源，稀有金屬的開(kāi)發(fā)價(jià)值較為顯著，而巖礦是大部分稀有金屬的主要來(lái)源。因此，如何提高對(duì)巖礦中稀有金屬勘查的有效性、高效性，是當(dāng)前勘企業(yè)必須慎重對(duì)待與解決的問(wèn)題。在進(jìn)行巖礦開(kāi)采過(guò)程中，需要采用合理的化學(xué)分析方法來(lái)詳細(xì)分析、了解巖礦中稀有金屬的成分，提高開(kāi)采的準(zhǔn)確性[1]。這也就要求勘察檢測(cè)人員必須加強(qiáng)對(duì)自身技術(shù)水平的不斷提升，加強(qiáng)對(duì)化學(xué)分析方法的全面掌握，進(jìn)而能夠很好地克服不利環(huán)境因素對(duì)于勘查工作的不良影響，確保分析結(jié)果科學(xué)、準(zhǔn)確，為稀有金屬的有效開(kāi)發(fā)提供有力支持。

1 常見(jiàn)的巖礦化學(xué)分析方法

目前，我國(guó)不斷加強(qiáng)對(duì)巖礦中稀有金屬的分析，分析的準(zhǔn)確性也在不斷提升?，F(xiàn)階段，較為常用的稀有金屬化學(xué)分析方法主要包括以下三種。

1.1 全分析法

全分析法是巖礦化學(xué)分析中較為重要的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)巖礦中化學(xué)成分的全面測(cè)量與分析，為了解巖礦中稀有金屬成分提供有效幫助[2]。然而，就全分析法實(shí)際應(yīng)用而言，其對(duì)于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性要求非常高。因此，全分析法的運(yùn)用需要采用光譜分析法來(lái)對(duì)巖礦進(jìn)行進(jìn)一步的深入分析，進(jìn)而才能夠?qū)r礦中所有元素類別、成分實(shí)現(xiàn)全面了解、明確，獲得稀有金屬分析的相關(guān)數(shù)據(jù)，借助這些數(shù)據(jù)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稀有金屬的全面分析。全分析法的應(yīng)用需要對(duì)巖礦中所有的化學(xué)成分進(jìn)行分析、研究，因此需要消耗大量的人力、物力，操作成本相對(duì)較高。一般來(lái)說(shuō)，巖礦中的稀有金屬元素通常為1～2種，如此，如非必要，全分析法的應(yīng)用顯得極為浪費(fèi)，因此全分析法大多應(yīng)用于對(duì)巖礦所以成分、元素的分析、明確，較為少用于對(duì)特定元素的分析。

1.2 普通分析法

較之全分析法，普通分析法則主要是針對(duì)巖礦中的某一特殊元素、成分進(jìn)行分析的方法，其分析過(guò)程中對(duì)于無(wú)用的測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)忽略。因此，普通分析法在巖礦稀有金屬的分析、觀測(cè)、測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用較為廣泛[3]。并且在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，普通分析法在工業(yè)應(yīng)用價(jià)值較高的巖礦測(cè)量中有著極為重要的應(yīng)用。合理應(yīng)用普通分析法，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)巖礦稀有金屬元素的針對(duì)性分析，而且得到的數(shù)據(jù)也較為準(zhǔn)確。

1.3 組合分析法

在進(jìn)行巖礦中稀有金屬元素測(cè)量分析中，組合分析法的應(yīng)用的系統(tǒng)性較為明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)巖礦成為及其分布、含量等進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并得到的結(jié)果也較為以上兩種方法準(zhǔn)確一些。因此，實(shí)際的巖礦元素分析大多是采用組合分析法，以確保較為準(zhǔn)確、全面的檢測(cè)分析結(jié)果。

除了這三種較為常規(guī)的分析方法之外，在地質(zhì)勘測(cè)不斷發(fā)展過(guò)程中也不斷涌現(xiàn)和創(chuàng)新了新的化學(xué)元素分析方法，對(duì)于巖礦稀有金屬的分析、檢測(cè)的準(zhǔn)確性、針對(duì)性也在不斷提高。

2 巖礦中稀有金屬元素化學(xué)分析

2.1 鋰元素化學(xué)分析

首先是預(yù)分離操作。在進(jìn)行鋰元素分析測(cè)定前，需要先將其從巖礦的鐵、鋁、鈦、鈣、鎂等元素的混合中實(shí)現(xiàn)預(yù)分離。堿金屬在氯化物有機(jī)溶劑中有著不同的溶解度，而氯化鋰能夠在不同有機(jī)溶液中有著較大的溶解度。運(yùn)用這一特性可以實(shí)現(xiàn)鋰元素在堿金屬的有效分離，在有機(jī)溶液容積較小的情況下，其他氯化物幾乎不會(huì)被溶解，或者是溶解量較少。

其次是測(cè)定方法。一般來(lái)說(shuō)，可使用對(duì)四氧硫酸鋰稱重的方法來(lái)對(duì)鋰元素含量進(jìn)行測(cè)量。其原理是借助利用碳酸鈣分解巖礦樣本氯化銨，去除鈣元素獲得堿金屬混合的氯化物，再采用蒸發(fā)方式來(lái)有效去除無(wú)水丙酮，再將有機(jī)溶液中的氯化鋰轉(zhuǎn)化為四氧硫酸鋰，最后進(jìn)行稱重計(jì)算[4]。這種測(cè)定方法中涉及對(duì)碳酸鈣、氯化銨、氫氧化銨、氫氧化鈣飽和溶液、草酸銨飽和溶液、碳酸銨飽和溶液以及比例為1：1的鹽酸和硫酸等溶液的使用。

最后是分析操作步驟。①取約為0.5g巖礦樣本和同質(zhì)量的氯化銨，并研成粉末，加入5g碳酸鈣后進(jìn)行均勻混合，再將其置于底部鋪有一層碳酸鈣的鎳坩堝中；②將坩堝置于細(xì)孔石棉板上低溫加熱10min后大火加熱至900℃，并保持加熱1h小時(shí)后停止加熱；③待坩堝稍稍冷卻，用熱水對(duì)坩堝內(nèi)壁進(jìn)行吹洗，然后把燒結(jié)塊混合熱水轉(zhuǎn)移到燒杯中，若是燒結(jié)塊不易壓碎則可取出磨細(xì)成粉末，在加50ml左右的水進(jìn)行煮沸15min，采用傾瀉法重復(fù)過(guò)濾液體，再采用氫氧化鈣飽和溶液進(jìn)行洗滌；④蒸發(fā)液體使其保持在100ml左右，加入0.5g氯化銨、2ml濃氫氧化銨、25ml飽和碳酸銨溶液沉淀鈣，混合液體煮沸5min后過(guò)濾，再采用蒸發(fā)皿來(lái)采集、蒸干濾液，用500℃～600℃溫度進(jìn)行灼燒去除銨鹽；⑤待器皿冷卻后用10ml熱水吹洗得到溶液進(jìn)行加熱，加入幾滴氫氧化銨、2ml草酸銨飽和溶液，密封恒溫水浴1h，過(guò)濾并收集沉淀物；⑥用1%草酸銨洗滌溶液至完全蒸發(fā)，將殘?jiān)茻ヤ@鹽。冷卻后，加入2ml1：1鹽酸，蒸發(fā)至干便可得到堿金屬混合氯化物。⑦將得到的混合物研磨成粉末，加入25ml無(wú)水丙酮以及1滴濃鹽酸，預(yù)防形成氫氧化鋰析出，充分?jǐn)嚢韬笥帽獫?rùn)濕濾紙進(jìn)行濾液收集到器皿中，再用丙酮反復(fù)進(jìn)行三次洗滌沉淀；⑧若是巖礦樣品中鉀、鈉含量較多，則先溶解沉淀再蒸干研成細(xì)粉用丙酮重復(fù)處理，再進(jìn)行蒸干、灼燒、冷卻，以去除有機(jī)物質(zhì)；⑨加入少量的1：1硫酸潤(rùn)濕氯化物，蒸發(fā)、加熱去除過(guò)量硫酸，灼燒熔融鹽類，冷卻得到四氧硫酸鋰，最后進(jìn)行稱重計(jì)量。

2.2 稀土元素化學(xué)分析

稀土元素一般存在于獨(dú)居石、黑稀土金礦等深層巖石，并與大量鈉元素共存。另外，鉆英石、曲晶石中也會(huì)含有少量的稀土元素[5]。稀土元素在地殼中的含量一般為0.01%～0.02%，種類較多，且以磷酸鹽類、矽酸鹽類最為常見(jiàn)。

采用草酸鹽沉淀重量法是對(duì)稀土含量測(cè)定較為常用的方法，可以實(shí)現(xiàn)較為純凈草酸稀土的有效萃取，通過(guò)灼燒得到稀土氧化物后進(jìn)行稱重計(jì)量。若是稀土元素含量在0.1%以下，這種方法的測(cè)量結(jié)果有著較大偏差。此時(shí)則可采用比色法進(jìn)行測(cè)量分析[6]。具體操作是分別測(cè)定每一種稀土元素，在利用光譜法和X光譜法來(lái)實(shí)現(xiàn)分析計(jì)量。主要依據(jù)的是不同稀土元素在硝酸酸溶液的顯色不同。此外，在光環(huán)境下不同稀土元素的最大吸收波長(zhǎng)也各不相同。借助這些特性能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稀土元素的有效分析。

2.3 硒元素和碲元素化學(xué)分析

硒、碲元素均有著明顯的親銅特性，在巖漿硫化物中的含量往往較高。結(jié)合諾達(dá)克氏相關(guān)測(cè)定，原生巖漿硫化物中的硒元素大約為200g/t。碲含量則為2g/t左右。而在漿液礦床中，硒元素一般是以和銅、鉛、銀等結(jié)合形成硒化礦物的形式存在，而碲元素則是和金、銀、鐵、汞的形成碲化物?；鹕綆r中的自然硫中硒含量較高，為5%左右。而硒、碲也會(huì)有一部分成稀散游離于自然界中，與氧結(jié)合氧化硒礦和黃碲礦等物質(zhì)。重量法是眾多硒、碲元素分析方法中較為常用的方法。其主要操作為用二氧化硫在濃鹽酸溶液中將硒、碲元素分別還原成單體，過(guò)濾置于110℃～125℃下烘干機(jī)中。在混有少量動(dòng)物膠、阿拉伯樹(shù)膠、銅鹽的情況下可使用比色法來(lái)測(cè)量硒、碲元素。其操作主要是采用氯化亞錫還原硒、碲元素單體后進(jìn)行比色測(cè)定。硒、碲元素也多含于硫化礦物、金銀類礦石中，通?？山柚跛徇M(jìn)行分解處理。若是硫化物含量比較大，可加入適量的碘化鉀提高分解效率，促進(jìn)硒、碲溶解。切不可采用王水、鹽酸進(jìn)行溶解，若是樣本難溶于酸，則可采用堿性或酸性溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)樣本的熔融，得到可溶于水的鹽類，在進(jìn)行分解處理、計(jì)量。

3 結(jié)論

在地質(zhì)勘探與礦產(chǎn)開(kāi)采工作的不斷發(fā)展過(guò)程中，稀有金屬元素的分析與測(cè)定的重要性越發(fā)的突出，相應(yīng)的技術(shù)水平也在不斷提升完善。

我國(guó)的礦產(chǎn)儲(chǔ)量較為豐富，稀有金屬總量也相對(duì)較大，加強(qiáng)對(duì)稀有金屬元素的測(cè)量與分析有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義，是推動(dòng)地勘工作效率提升的重要保障，同時(shí)也是提高稀有金屬產(chǎn)量與應(yīng)用效益的重要保障。