巖礦中稀有和稀散元素的相關化學分析

王鴻

摘 要：為了使巖礦中的稀有和稀散元素元素得到全方位的利用，就必須針對這些元素采取先進的技術和方法，并進行相關的化學分析，擴大這些元素的應用領域。

關鍵詞：巖礦；稀有元素；稀散元素；化學分析

中圖分類號：P575 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.075

由于巖礦中的稀有和稀散元素自身具有獨特的性能，所以常被用在各大工業領域，尤其是原子能行業、半導體行業、電工行業、國防行業及航空行業等，并且隨著技術的不斷發展，它們的用途越來越廣泛，發揮的作用越來越大。但是，由于技術方面存在問題，對稀有和稀散元素的分析不是很到位，導致對這些元素不能夠進行準確的定量、定性分析，分析手段和方法十分單一。隨著科學技術的不斷發展，近些年來的分析手段也不斷進步，逐漸實現了精準、快速的目標，并能夠對稀有和稀散元素進行復雜成分的化學分析，使得結果十分精確而全面，為我國的工業化發展提供了動力。

1 稀土元素的相關化學分析

經過長期的研究和分析測量發現，稀土元素大量存在于高鈉巖石當中。就含量來說，在地殼中，稀土元素的含量非常少，僅僅少部分存在于深層的酸性巖石當中，分布位置十分局限；但是在酸性巖石當中，多種礦物種類都含有稀土元素，最為常見的便是磷酸鹽類、矽酸鹽類。對于上述礦物種類中稀土元素的檢驗，通常情況下采用草酸鹽沉淀，然后分析剩余質量的方法來對巖礦中稀土元素的含量進行分析的化學分析方法。通過這種手段，能夠獲得比較純凈的草酸稀土，然后在接下來的試驗中再在高溫下對這些草酸稀土灼燒；灼燒完成后，再對剩余的氧化物稱重。通過這些數據來分析稀土的化學成分。

2 鋰元素的相關化學分析

2.1 鋰元素的分離

要想對鋰元素進行相關的化學測定分析，就必須先對鋰元素進行分離——將鋰元素從其他堿金屬，比如鐵、鈦、鋁、鈣等元素中分離出來。分離時，要先分析這些堿金屬氯化物在固定的有機溶劑中的溶解度，然后根據氯化鋰的溶解度較大的原理對其進行鋰元素的分離。通常情況下，氯化鋰的溶解度是6.5 g/100 mL，而氯化鉀、氯化鈉等的溶解度均小于氯化鋰。

2.2 鋰元素的測定方法

鋰元素最為常用的方法便是LiSO4質量法。這種方法的原理是，首先使用碳酸鈣和氯化銨將物品分解，將鈣除去，得到堿金屬混合氯化物；然后進行蒸發步驟，接著使用無水丙酮抽取。此時，仍然是利用溶解度不同進行分離。完成這一步驟后，鋰便被溶解在丙酮中。之后，對丙酮進行蒸發，將剩余的氯化鋰轉化為硫酸鋰，進行稱重操作，便可實現對鋰元素的測定。在這個過程中，會使用到碳酸鈣試劑、氯化銨試劑、氫氧化銨試劑、氫氧化鈣飽和溶液、草酸銨飽和溶液、碳酸銨飽和溶液和鹽酸和硫酸。具體的操作步驟為，首先將0.5 g的礦樣和0.5 g的氯化銨放置研缸中研磨，直到均勻磨細為止；然后加入5 g的碳酸鈣，將三者混合均勻，準備一個底部鋪有碳酸鈣的鎳坩堝，將其放入到坩堝中，加熱10 min至900 ℃，然后繼續加熱，用熱水對坩堝內部進行吹洗；取300 mL放置于燒杯中，進行蒸發操作，蒸發到100 mL；接著將0.5 g的氯化銨、氫氧化銨和碳酸溶液加進去，煮沸，進行后續的加熱、冷卻操作；最后將沉淀物放置到蒸發皿當中，向其中加入鹽酸，將其中的水分蒸發干凈，對堿金屬進行研磨，加入無水丙酮和濃鹽酸，生成LiSO4，對其稱重。

3 稀土元素的化學分析

從當前的狀況來看，稀土元素成分僅僅大量存在于高納巖石當中，在其他巖石當中幾乎不存在。稀土成分在地殼中的含量為0.01%～0.02%，它們通常存在于地殼中呈酸性的深層巖石當中，含量不是很大。經過長期分析發現，在地殼中，稀土元素礦物的種類十分豐富，通常可以將它們分成磷酸鹽類、矽酸鹽類等。其中，最為常見的礦種為獨居石和黑稀金礦等。這些礦種在當前的工業中發揮著巨大的作用，需求很大。此外，還有當前十分稀缺的鋯英石和曲晶石中的微量元素。這些元素在地殼中的含量十分稀少。

目前，測定稀土含量的測定方法是草酸鹽測定法，即利用草酸鹽形式沉淀，然后稱質量的方法進行含量測定。這種方法是當前測定稀土含量最為常用的方法。通過這種方法得到的草酸稀土非常純凈。將干凈的草酸稀土灼燒為稀土氧化物，然后對其稱重。在進行測定的過程中，除了對稀土元素的含量進行測定外，還要對釷、鈧的氧化物稱重。在這個過程中，要采用有機試劑，也可以采用碘量法的測試方法來間接測定稀土元素的含量。直接方法有絡合滴定法。通過這種方法能夠直接測定稀土元素的含量。

在實際測定過程中，如果稀土元素的含量在0.1%以下，采用質量法和容量法都將很難測定出準確結果。所以，為了打破這一局限，經過長期的研究，最終使用比色法來進行稀土元素的測定。也可以使用光譜法或者X光譜法，即根據不同元素吸收波長不同的原理測定。

4 硒和碲元素的化學分析

硒和碲元素是非常常見且十分典型的親銅元素，它們通常存在于巖漿形成的硫化物當中。測定其含量要采取諾達克氏的測定方法。在漿液礦床中，硒元素會與銅元素、鉛元素、銀元素形成各式各樣的硒化礦物，而碲元素會與金元素、銀元素、鐵元素等形成各式各樣的碲化礦物。在自然界中，硒和碲是以游離狀態存在的。

在對硒元素和碲元素進行測定候，最為常用的方法是質量法。測定時，首先將濃酸鹽溶液利用二氧化硫或者飽和溶液和聯氨鹽酸鹽將這兩種元素分離成單體狀態，然后過濾、烘干和稱重。

5 結束語

隨著我國地質勘探行業的不斷發展，巖礦中稀土和稀散元素的分析方法和手段也要不斷進步，相關的工作人員要提高自身的綜合素質，為我國的地質勘探事業打下堅定的基礎。

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〔編輯：劉曉芳〕