巖礦中稀有金屬元素化學(xué)分析探析

陸 洋

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

作為國(guó)土面積遼闊的國(guó)家，我國(guó)礦產(chǎn)資源種類繁多、儲(chǔ)藏量大、分布范圍廣，稀有貴金屬元素更是富饒。稀有貴金屬元素的開(kāi)采和分析對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展具有重大意義，究其原因，是因?yàn)橄∮匈F金屬元素具有特殊性能，對(duì)諸如電氣、化學(xué)等工業(yè)具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和研究?jī)r(jià)值。目前對(duì)稀有金屬元素勘察和分析還是比較困難的，主要是因?yàn)榻^大多數(shù)稀有金屬分布在地方偏遠(yuǎn)、地勢(shì)復(fù)雜的巖礦資源中，為了更好的開(kāi)采稀有金屬元素，提升稀有金屬元素勘察和使用效率，需要不斷的創(chuàng)新測(cè)定方法。因此對(duì)巖礦中稀有金屬元素化學(xué)分析方法進(jìn)行分析，提高其精準(zhǔn)度，變得非常重要，同時(shí)也希望通過(guò)研究能為巖礦勘探的實(shí)踐工作提供基礎(chǔ)[1]。

1 稀有金屬元素化學(xué)分析的難題

（1）稀有金屬元素化學(xué)分析的現(xiàn)狀。巖石和礦物中稀有金屬元素化學(xué)分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要有稀有金屬元素化學(xué)分析和鋰元素難分離兩方面。首先，組合分析方法一直是稀有金屬元素化學(xué)分析中比較困難的方法。將元素從稀有金屬中分離本身就是一個(gè)大難題，這在很大程度上阻礙了有關(guān)研究人員在化學(xué)分析法上取得更進(jìn)一步的進(jìn)展。稀有金屬元素分離十分困難成為了越來(lái)越多研究人員的一個(gè)共識(shí)。因此，克服金屬元素分離困難是化學(xué)分析法必須要解決的一個(gè)難題。其次，最近幾年，化學(xué)技術(shù)得到全面的發(fā)展和改進(jìn)，這也為元素分離提供了基礎(chǔ)，同時(shí)越來(lái)越多的研究人員投入到攻克鋰元素分離的技術(shù)難的隊(duì)伍里。隨著技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)分析研究者愈加關(guān)注鋰元素分離難的問(wèn)題，并針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了更進(jìn)一步的討論和分析，為取得鋰元素分離技術(shù)和方法并保證能成功分離出鋰元素提供了更多的人力和技術(shù)支援。不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，逐步進(jìn)行巖石化學(xué)分析，擴(kuò)展了稀有金屬元素的重要課題。

（2）稀有金屬元素化學(xué)分析方法的重難點(diǎn)。文章前面介紹到作為巖礦中稀有金屬元素的化學(xué)分析的兩大難點(diǎn)，必須盡快攻克鋰元素分離難、稀有金屬化學(xué)分析方法這兩大難題。首先，組合分析法的選擇一直困擾著研究人員，這也成為了稀有金屬元素化學(xué)的分析方法中的一大難題。近年來(lái)，在稀有金屬分析過(guò)程中，元素分離難度大一直得不到解決，這使得稀有金屬元素分離困難這一現(xiàn)象始終困擾著研究人員，讓化學(xué)分析變得極為困難。越來(lái)越多人意識(shí)到稀有金屬元素分離困難，目前，針對(duì)稀有金屬元素分離困難也成為了稀有金屬元素的化學(xué)分析的主要問(wèn)題；另一方面，隨著化學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為解決鋰元素分離困難這一問(wèn)題，研究人員也更加關(guān)注鋰元素分離技術(shù)。通過(guò)探索和研究鋰元素分離困難這一問(wèn)題，針對(duì)性發(fā)展和創(chuàng)新技術(shù)，以便更好的對(duì)鋰元素進(jìn)行分離，作為現(xiàn)在技術(shù)研究人員的關(guān)注重點(diǎn)，鋰元素分離技術(shù)也為改進(jìn)和創(chuàng)新巖礦中稀有金屬元素化學(xué)分析提供技術(shù)支持[2]。

2 巖礦中稀有金屬元素化學(xué)分析

2.1 鋰元素的化學(xué)分析

2.1.1 分離

對(duì)鋰元素進(jìn)行分析測(cè)定的前提條件，是將諸如鐵、鋁、鈦、鈣、鎂等其他堿金屬元素從鋰元素進(jìn)行預(yù)分離操作。因?yàn)閴A金屬含有的氯化物多種多樣，這些都導(dǎo)致了在不同溶劑中，堿金屬的溶解度各有不同。通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氯化鋰對(duì)溶液要求比較高，在一般溶液中很難溶解。所以，根據(jù)氯化鋰這一特性，可以通過(guò)使用不同溶液，更好的將鋰元素從其他堿性金屬中拆分出來(lái)。氯化鋰的溶解度在戊醇一般為每100ml6.5g，而在氯化鉀中溶解度是每100ml0.0049g、氯化鈉每100ml0.0039g、氯化硒每100ml0.0079g、氯化銣每100ml0.0079g。在有機(jī)溶液的容積比較小的情況下是很難溶解上述氯化物的。

2.1.2 測(cè)定方法

首先是取得含有堿金屬的混合氯化物，為了取得混合氯化物，需要分解樣本中的氯化銨，采用材料為CaCO3碳酸鈣，然后清理掉里面的Ca鈣元素即可。這時(shí)，混合氯化物還含有無(wú)水丙酮，無(wú)水丙酮清除方式較為簡(jiǎn)單，可采用蒸發(fā)法。最后所得溶液殘留有氯化鋰，這時(shí)將氯化鋰轉(zhuǎn)變成四氧硫酸鋰后就可以進(jìn)行重量稱量了。這個(gè)方法中用到的試劑很多，主要有氫氧化銨、草酸銨飽和溶液以及同等比例的硫酸、鹽酸等。

2.1.3 分析步驟

材料：1g巖礦樣本，1g氯化銨，10g碳酸鈣等。

（1）將巖礦樣本和氯化銨用研缸研磨成細(xì)末，然后加入碳酸鈣后再攪拌均勻。準(zhǔn)備好有細(xì)孔的石棉板，將一層碳酸鈣鋪放在鎳坩鍋底部，然后將巖礦樣本、氯化銨、碳酸鈣的混合細(xì)末倒入鎳坩鍋。將鎳坩鍋放置在石棉板上，先做10min的低溫加熱，然后加然后加熱到900℃左右保持加熱約一小時(shí)后停火。

（2）為了能更好的清洗洗鎳坩鍋的內(nèi)壁，需要將鎳坩鍋放置在室溫下等候其自然冷卻，然后用少量的熱水即可完成清洗的動(dòng)作。選用容量為200ml的燒杯，并倒入熱水，隨后將結(jié)塊投入燒杯中，如果在操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)難以壓碎結(jié)塊，可以將燒結(jié)塊放到研缸中研磨成細(xì)末。這時(shí)可以加入自來(lái)水，但是總量不宜過(guò)多，一般控制在50mg即可，加水后，開(kāi)火燒至沸騰，并保持15min，再將液體進(jìn)行過(guò)濾到另外一個(gè)燒杯中，重復(fù)過(guò)濾兩遍殘?jiān)瑸榱擞懈玫倪^(guò)濾效果，可以采用傾瀉法操作，隨后用溶液洗滌，介質(zhì)為飽和氫氧化鈣。

（3）采用蒸發(fā)法，為了保證試驗(yàn)效果，需要蒸發(fā)至100ml液體，隨后摻4ml濃NH3·H2O氫氧化銨、1g氯化銨、50ml的飽和碳酸銨溶液沉淀鈣。將所得的混合液體加熱，直到沸騰，沸騰后再加熱5min，然后使用熱水，對(duì)液體進(jìn)行6次的沉淀過(guò)濾。最后將過(guò)濾后的液體放到蒸發(fā)皿中，加熱蒸干，然后灼燒以除去銨鹽，灼燒需要放置在500℃～600℃的環(huán)境中，器皿可在器皿冷卻后用熱水10ml清洗。

（4）繼續(xù)對(duì)溶液加熱，在加熱過(guò)程中，可以加入草酸銨飽和溶液劑量4ml，或者加入少許氧化銨，在將蒸發(fā)皿用表玻璃蓋好后，放到水里，保持水溫恒定，放置1h時(shí)。1h后，拿出蒸發(fā)皿，并通過(guò)密濾紙過(guò)濾后的沉淀物，最后將沉淀物放入蒸發(fā)皿。另一方面，溶液洗滌可以同步進(jìn)行，所選溶液為1%濃度的草酸銨。等蒸發(fā)皿里的溶液全部蒸發(fā)完后，將剩下的固體殘?jiān)占饋?lái)，放置到450℃～600℃的環(huán)境中通過(guò)灼燒的方式去除銨鹽。

（5）因?yàn)殡y以溶于水的氫氧化鋰很容易形成，為了防止出現(xiàn)這種情況，可以加入適量濃鹽酸以及無(wú)水丙酮50ml。均勻攪拌溶液，靜置直至沉淀沉積在底部后，可使用垂熔玻璃斗或者濾紙采集濾液，濾紙必須在丙酮中浸泡過(guò)。器皿可先記錄下重量，再使用器皿將濾液收集好，通過(guò)丙酮進(jìn)行洗滌沉淀4次。在試驗(yàn)過(guò)程中，必須要保證巖礦樣本含有極少的鉀和鈉，否則會(huì)影響巖礦樣本的合格性。如果鉀和鈉含量較高，必須重新進(jìn)行沉淀溶解再蒸干，然后用丙酮處理蒸干所得的粉末。等到冷卻以后，繼續(xù)加入少量的同等比例硫酸潤(rùn)濕氯化物，然后加熱直至液體完全揮發(fā)，這樣可以去掉過(guò)量的硫酸，同時(shí)為了讓消融鹽類，可以做灼燒處理，時(shí)間為1min。自然冷卻后剩下四氧硫酸鋰，可以用量器進(jìn)行計(jì)重。

3.2 稀土元素的化學(xué)分析

作為親銅元素的兩大典型代表，元素Se硒和元素碲蘊(yùn)含在巖漿成因的硫化物中，且含量較高。按照諾達(dá)克氏的測(cè)定，原生的巖漿硫化物中，元素Se硒含量很高，能達(dá)到1t巖漿硫化物有200g左右的元素Se硒，且元素碲的含量也在1t5g左右。在漿液礦床之中，會(huì)存在硒化礦物和碲化物，主要是元素Se硒和元素碲分別與銀銅、金鐵汞產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而得。元素Se硒還存在于火山爆發(fā)后的自然硫中，含量也很高，大約5%。

硒、碲在自然界中以稀散游離狀態(tài)而存在。氧化硒礦和黃碲礦等物質(zhì)主要由是稀散游離狀態(tài)狀態(tài)下的硒元素、碲元素與氧結(jié)合產(chǎn)生了氧化反應(yīng)所得。雖然分析硒元素和碲元素的方法有很多種，但是目前來(lái)說(shuō)，最常用的方法還是重量法。將二氧化硫或者其飽和溶液、聯(lián)氨鹽酸鹽混合到濃鹽酸溶液中，可以將元素硒、元素碲分別還原至個(gè)體狀態(tài)。將溶液放入垂熔玻璃坩堝過(guò)濾，將過(guò)濾后所得溶液加熱到110℃～125℃，再進(jìn)行烘干操作，然后用量器對(duì)烘干所得的固體進(jìn)行稱重。另外，比色法也可以用于元素硒、元素碲的測(cè)量，但是，比色法有操作限制，使用范圍較小，僅適用于元素硒、元素碲混有少量的阿拉伯樹(shù)膠、動(dòng)物膠或者銅鹽的情況。比色法雖然使用范圍小，但是操作時(shí)，同樣需要將元素硒、元素碲還原成個(gè)體狀態(tài)。比較不同的是，比色法才用的還原介質(zhì)是氯化亞錫。在硫化礦物含量多的情況下，為了更好的溶解出元素硒、元素碲，需要加入碘化鉀，以便能更好的分解。但是需要注意的時(shí)，處理含有元素硒、元素碲的巖礦樣本，不能使用王水和鹽酸，一般都是使用堿性或酸性的溶液來(lái)溶解難溶于酸的巖礦樣本，以便能巖礦樣本轉(zhuǎn)化成溶于水的鹽類物質(zhì)。雖然熔融法也能處理巖礦樣本，但在實(shí)際操作中使用頻率比較低。

4 小結(jié)

綜合上面所述，得益于這幾年國(guó)家地質(zhì)勘測(cè)開(kāi)發(fā)得到了飛快的發(fā)展，巖石和礦石中稀有金屬元素的化學(xué)分析方法也得到了改善。我國(guó)地大物博，有著非常多的丘陵和高山，并有多種地形地貌，它擁有豐富的巖石和礦產(chǎn)資源。只有不斷對(duì)稀有金屬的測(cè)定方法和分析技術(shù)創(chuàng)新和完善，國(guó)家的資源開(kāi)采項(xiàng)目才能得到更好的發(fā)展，促進(jìn)科學(xué)合理的地質(zhì)勘探，提高總體技術(shù)水平有利于我國(guó)稀有金屬和金屬總量的穩(wěn)定增長(zhǎng)，以便增強(qiáng)我國(guó)的科技力量。