巖礦稀有金屬化學分析技術淺析

宋 晉，盧 智，楊 蓉，張 熙，邱 丹

（西昌地礦檢測中心, 四川 西昌 615000）

隨著科學技術的進步，稀有金屬在現代工業中的地位和價值不斷提高，特別是，高尖端制造業，對稀有金屬的依賴度也不斷提升。針對這種現實需求，礦產勘探研究人員應該不斷加強稀有金屬元素分析技術的研究，為我國稀有金屬礦產資源勘探和開采提供更多有效的技術支持。

1 巖礦金屬元素化學分析技術

1.1 元素全分析技術

元素全分析技術是一種對巖石礦物中所有化學成分全面分析的一種技術方法。該項技術需要應用光譜法來完成巖石和礦物的分析，用此技術方法能夠了解巖石礦物中包含的各種元素，并分析出哪些元素占比較大，然后再分析稀有金屬元素。由于該方法需要對巖石礦物中的所有化學元素都要進行分析，所以應用成本較高。在一般的巖礦分析中，通常只有需要找到1～2 種稀有金屬元素，如果沒有必要完全了解巖礦的全部成分，一般較少使用全分析技術。

1.2 特定元素分析技術

特定元素分析技術的目的在于分析巖礦中的某一特定元素，而忽略了不需要檢測的其他元素。該技術方法主要用于巖礦中價值較高的稀有金屬檢測，并能對各種巖石礦物樣品進行系統性分析，在稀有金屬礦物分析中較為常用。

1.3 組合分析技術

組合分析技術是一種系統的巖礦元素化學分析方法，此項技術的應用能夠系統的分析巖礦中各種元素的成分和分布情況，主要應用于多種元素巖礦的勘探過程中，分析結果較為準確，能夠有效指導稀有金屬礦藏勘探工作。

2 巖礦中幾種稀有金屬的分析方法

2.1 鋰元素的化學分析

1） 鋰元素的分離方法。分析測定鋰、鋰等堿金屬元素前，應首先將其與鐵、鋁、鈦、鈣、鎂等元素分離。結合鋰元素在有機溶劑中溶解度較高的這一物理性質，鋰可以與其他堿金屬進行有效分離。以戊醇溶劑來說，氯化鋰在戊醇中的溶解度能夠達到6.5g/100mL，而氯化鉀、氯化鈉、氯化銣在戊醇中的溶解度非常低，分別是0.005g/100mL、0.004g/100mL、0.008g/100mL。所以，利用堿金屬元素在戊醇中溶解度的差異性能夠有效對鋰元素進行提取。2） 鋰元素的測定方法。鋰的測定可以通過稱取四氧化鋰硫酸鹽進行。該方法的具體原理是：用碳酸鈣分解巖石樣品中的氯化銨，除去鈣元素，得到堿金屬的混合氯化物，然后蒸發除去無水丙酮，最后在有機玻璃器皿中除去氯化鋰，這種實驗方法運用到的化學試劑種類較多，主要包括碳酸鈣溶液、氫氧化鈣溶液、甲酸銨溶液、氯化銨溶液以及硫酸和鹽酸溶液等。3） 鋰元素的分析步驟。首先，應該選擇0.5g 巖礦樣品，同時選擇0.5g 氯化銨樣品，再把兩個樣品用研磨筒研磨成細顆粒，加入5g碳酸鈣后攪拌均勻，攪拌完成之后，再將混合粉末加入干凈的坩堝之中進行加熱，再坩堝加熱時，需要在坩堝下面放置石棉網，高溫加熱到900℃，時間需要持續1h。然后讓坩堝稍微冷卻后，加入一些熱水吹洗坩堝內壁部分，此時，如果發現燒結礦不易破碎，可將其移入磨筒中，磨成粉末。再加入50mL 純凈水，將溶液加熱沸騰后持續15min，再將沸騰后的混合溶液進行過濾，將濾液導入另一個燒杯中，剩余的液體再按這一步驟重復操作，進行兩次操作后，用飽和氫氧化鈣溶液進行清洗，再加入0.5g 氯化銨、2mL 濃氫氧化銨和25mL 飽和碳酸銨，將混合液體加熱至沸騰5min，然后進行過濾。用熱水沉淀五次，濾液收集在蒸發皿中。液體蒸發干燥后，在600℃的溫攝氏度下燃燒除去銨鹽。加熱后產生的沉淀物用致密濾紙過濾并收集在陶瓷蒸發皿中進行烘干處理。同時，用1%的草酸銨對溶液進行洗滌，直至溶液完全蒸發干燥，然后將干燥殘渣在450～600℃的溫度下燃燒，除去銨鹽。完全冷卻后，加入2mL 1∶1 鹽酸，得到堿金屬氯化物。用棒子將其磨成粉末，加入25mL 無水丙酮和1 滴濃鹽酸，防止形成不溶性氫氧化鋰。待沉淀沉到容器底部后，用丙酮濕潤的濾紙收集濾液，放在已知重量的容器中，在將沉淀用丙酮清洗三次。然后將混合濾液蒸發干燥。冷卻后，加入少量的硫酸，繼續重復蒸發操作，再加熱除去多余硫酸，燃燒1min 以上直到鹽熔化，冷卻后稱四氧化鋰質量，進而分析出巖礦中鋰元素含量。

2.2 稀土元素的化學分析

稀土元素是永磁材料的主要來源，一般只存深度較深的酸性巖石中，如獨居石、黑色稀有金礦石等中容易發現稀土元素，在鋯石和石英中也會含有少量的稀土元素。據相關數據統計，稀土元素在地殼中的含量非常稀有，含量的大概只有萬分之一到萬分之二左右。稀土礦物種類較為多樣，其中最為常見的是硅酸鹽和磷酸鹽形式存在，稀土元素的分析方法主要有草酸鹽沉淀測重法，運用此項技術方法可以有效提取純化后的草酸稀土。在進行燃燒反應照制取稀土氧化物，并對生成的氧化物進行質量測量，分析出樣本稀土元素含量，這種方法主要應用于稀土含量相對豐富的巖礦分析，如果巖礦中的當稀土元素含量低于0.1%時，由于測重法的測試精度不夠，元素分析的準確性下降，導致該方法效果不佳。所以，對于稀土元素含量較低的巖礦分析，可采用比色分析法，具體方法是分別測定巖礦中每種稀土元素的含量和分布情況，比色分析法利用光譜學和X 射線來實現。其原理是在硝酸或氯酸溶液中，每種稀土元素都會呈現不同的顏色，再根據光譜顏色可以分析出各種元素的含量和分布特征。

2.3 硒元素和碲元素的化學分析

硒元素主要在原生巖漿硫化物之中，其含量在200g/t 左右，碲元素比硒元素含量更低，通常約在2g/t。硒元素一般在巖漿沉積礦物中和銅、銀、鉛等金屬元素結合成化合物。碲元素通常與鐵、銀、金、汞等金屬元素結合成化合物，形成碲礦。自然界中的硒元素和碲元素也不都與金屬結合成化合物，通常也會以游離態和單質的形式存在。如果這兩種元素的單質暴露在空氣中，容易形成硒的氧化物和碲酸鹽類物質。針對不同的硒和碲的存在形態，應采用不同的分析測試方法，質量分析法一般最為常用的測量方法。硒和碲通常存在于硫化物礦物和金銀礦石中，經硝酸處理后可分解。如果礦物樣本中含有大量的硫化物，需要加入一定量的碘化鉀加速硒元素和碲元素的溶解。值得注意的是王水或鹽酸不能用于硒元素和碲元素的化學分析，如果巖石和礦物樣品很難溶于酸，可使用堿性或酸性溶液進行融化，將其轉化為可溶于水的鹽。

3 結語

綜上所述，巖礦中稀有金屬的分析技術方法較多，主要由化學實驗法和光譜分析法等技術手段。在進行巖礦稀有金屬分析過程中，通常可以采用全分析法，特定元素分析法和綜合分析法等多種方式，針對不同的稀有金屬元素應選擇恰當合理的化學分析方法，從而實現科學高效的嚴礦稀有金屬元素成分和含量分析，為礦產勘探提供有效數據支撐，從而促進我國稀有金屬勘探工作的高效開展。