巖礦中稀有金屬元素化學分析方法淺探

程學芹，李 強，劉二情，趙力穎，張 悅，馬夢玲

（河北省區域地質調查院，河北 廊坊 065000）

目前，稀有金屬是我國許多行業發展的重要資源，稀有金屬的開發價值較為顯著，而巖礦是大部分稀有金屬的主要來源。因此，如何提高對巖礦中稀有金屬勘查的有效性、高效性，是當前勘企業必須慎重對待與解決的問題。在進行巖礦開采過程中，需要采用合理的化學分析方法來詳細分析、了解巖礦中稀有金屬的成分，提高開采的準確性[1]。這也就要求勘察檢測人員必須加強對自身技術水平的不斷提升，加強對化學分析方法的全面掌握，進而能夠很好地克服不利環境因素對于勘查工作的不良影響，確保分析結果科學、準確，為稀有金屬的有效開發提供有力支持。

1 常見的巖礦化學分析方法

目前，我國不斷加強對巖礦中稀有金屬的分析，分析的準確性也在不斷提升。現階段，較為常用的稀有金屬化學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分析中較為重要的方法，能夠實現對巖礦中化學成分的全面測量與分析，為了解巖礦中稀有金屬成分提供有效幫助[2]。然而，就全分析法實際應用而言，其對于測量結果的準確性要求非常高。因此，全分析法的運用需要采用光譜分析法來對巖礦進行進一步的深入分析，進而才能夠對巖礦中所有元素類別、成分實現全面了解、明確，獲得稀有金屬分析的相關數據，借助這些數據技術人員能夠實現對稀有金屬的全面分析。全分析法的應用需要對巖礦中所有的化學成分進行分析、研究，因此需要消耗大量的人力、物力，操作成本相對較高。一般來說，巖礦中的稀有金屬元素通常為1～2種，如此，如非必要，全分析法的應用顯得極為浪費，因此全分析法大多應用于對巖礦所以成分、元素的分析、明確，較為少用于對特定元素的分析。

1.2 普通分析法

較之全分析法，普通分析法則主要是針對巖礦中的某一特殊元素、成分進行分析的方法，其分析過程中對于無用的測量數據會進行自動忽略。因此，普通分析法在巖礦稀有金屬的分析、觀測、測量過程中的應用較為廣泛[3]。并且在實際應用過程中，普通分析法在工業應用價值較高的巖礦測量中有著極為重要的應用。合理應用普通分析法，不但能夠實現對巖礦稀有金屬元素的針對性分析，而且得到的數據也較為準確。

1.3 組合分析法

在進行巖礦中稀有金屬元素測量分析中，組合分析法的應用的系統性較為明顯，能夠實現對巖礦成為及其分布、含量等進行系統的分析，并得到的結果也較為以上兩種方法準確一些。因此，實際的巖礦元素分析大多是采用組合分析法，以確保較為準確、全面的檢測分析結果。

除了這三種較為常規的分析方法之外，在地質勘測不斷發展過程中也不斷涌現和創新了新的化學元素分析方法，對于巖礦稀有金屬的分析、檢測的準確性、針對性也在不斷提高。

2 巖礦中稀有金屬元素化學分析

2.1 鋰元素化學分析

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

其次是測定方法。一般來說，可使用對四氧硫酸鋰稱重的方法來對鋰元素含量進行測量。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，再采用蒸發方式來有效去除無水丙酮，再將有機溶液中的氯化鋰轉化為四氧硫酸鋰，最后進行稱重計算[4]。這種測定方法中涉及對碳酸鈣、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巖礦樣本和同質量的氯化銨，并研成粉末，加入5g碳酸鈣后進行均勻混合，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小時后停止加熱；③待坩堝稍稍冷卻，用熱水對坩堝內壁進行吹洗，然后把燒結塊混合熱水轉移到燒杯中，若是燒結塊不易壓碎則可取出磨細成粉末，在加50ml左右的水進行煮沸15min，采用傾瀉法重復過濾液體，再采用氫氧化鈣飽和溶液進行洗滌；④蒸發液體使其保持在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后過濾，再采用蒸發皿來采集、蒸干濾液，用500℃～600℃溫度進行灼燒去除銨鹽；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，過濾并收集沉淀物；⑥用1%草酸銨洗滌溶液至完全蒸發，將殘渣灼燒除去銨鹽。冷卻后，加入2ml1：1鹽酸，蒸發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無水丙酮以及1滴濃鹽酸，預防形成氫氧化鋰析出，充分攪拌后用丙酮潤濕濾紙進行濾液收集到器皿中，再用丙酮反復進行三次洗滌沉淀；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粉用丙酮重復處理，再進行蒸干、灼燒、冷卻，以去除有機物質；⑨加入少量的1：1硫酸潤濕氯化物，蒸發、加熱去除過量硫酸，灼燒熔融鹽類，冷卻得到四氧硫酸鋰，最后進行稱重計量。

2.2 稀土元素化學分析

稀土元素一般存在于獨居石、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。

采用草酸鹽沉淀重量法是對稀土含量測定較為常用的方法，可以實現較為純凈草酸稀土的有效萃取，通過灼燒得到稀土氧化物后進行稱重計量。若是稀土元素含量在0.1%以下，這種方法的測量結果有著較大偏差。此時則可采用比色法進行測量分析[6]。具體操作是分別測定每一種稀土元素，在利用光譜法和X光譜法來實現分析計量。主要依據的是不同稀土元素在硝酸酸溶液的顯色不同。此外，在光環境下不同稀土元素的最大吸收波長也各不相同。借助這些特性能夠實現對稀土元素的有效分析。

2.3 硒元素和碲元素化學分析

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。結合諾達克氏相關測定，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。火山巖中的自然硫中硒含量較高，為5%左右。而硒、碲也會有一部分成稀散游離于自然界中，與氧結合氧化硒礦和黃碲礦等物質。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，過濾置于110℃～125℃下烘干機中。在混有少量動物膠、阿拉伯樹膠、銅鹽的情況下可使用比色法來測量硒、碲元素。其操作主要是采用氯化亞錫還原硒、碲元素單體后進行比色測定。硒、碲元素也多含于硫化礦物、金銀類礦石中，通常可借助硝酸進行分解處理。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，促進硒、碲溶解。切不可采用王水、鹽酸進行溶解，若是樣本難溶于酸，則可采用堿性或酸性溶液來實現樣本的熔融，得到可溶于水的鹽類，在進行分解處理、計量。

3 結論

在地質勘探與礦產開采工作的不斷發展過程中，稀有金屬元素的分析與測定的重要性越發的突出，相應的技術水平也在不斷提升完善。

我國的礦產儲量較為豐富，稀有金屬總量也相對較大，加強對稀有金屬元素的測量與分析有著極為重要的現實意義，是推動地勘工作效率提升的重要保障，同時也是提高稀有金屬產量與應用效益的重要保障。