李奇春
我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富,地大物博,是促進(jìn)我國(guó)快速發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),同時(shí)也是推動(dòng)工農(nóng)業(yè)體系完善的保障。通過(guò)對(duì)巖礦物化學(xué)元素進(jìn)行分析,可以了解和掌握地質(zhì)礦產(chǎn)存儲(chǔ)量和分布特點(diǎn),對(duì)控制資源開(kāi)發(fā)和利用以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。因此控制分析化驗(yàn)過(guò)程,提高分析化驗(yàn)質(zhì)量,保證分析結(jié)果準(zhǔn)確性,對(duì)礦產(chǎn)勘查工作有重要影響。
巖礦物豐富的種類(lèi)是基于地殼中化學(xué)元素種類(lèi)的豐富性以及化學(xué)元素組合形式多樣性,巖礦物一般是由單一元素或者多種元素構(gòu)成。礦物化學(xué)成分較為單一,通常為固態(tài);巖石屬于礦物結(jié)合體,主要是由礦物構(gòu)成。礦物、化學(xué)元素、巖石三者關(guān)系如圖1所示。

圖1 礦物、化學(xué)元素、巖石關(guān)系
巖礦物一般可以分為兩種,第一種是碳?xì)溲踅M成的有機(jī)礦物,這種礦物存在數(shù)量較少。第二種是無(wú)機(jī)礦物,該種礦物種類(lèi)和數(shù)量繁多,化學(xué)元素周期表中的元素基本都能組成無(wú)機(jī)礦物。在實(shí)際生活中有大量巖礦物的應(yīng)用,例如,鉛筆中的筆芯是由石墨制造而成;生活中常用的食鹽也屬于石鹽礦物。巖礦物既可以以單質(zhì)形式存在,同時(shí)也能夠有多種元素混合而成。自然界中,以單質(zhì)形式存在的巖礦物有銀礦、鐵礦、銅礦等;有混合元素形成的巖礦物有黃銅礦、石英礦、斑銅礦等。
地殼中的物質(zhì)會(huì)在巨大壓力和高溫狀態(tài)下,局部融入便會(huì)形成巖漿,而具有豐富元素含量的巖漿,在高溫熔融環(huán)境下,元素之間會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),形成混合物或者單質(zhì)。由于地殼中巖漿元素成分存在一定差異,且經(jīng)過(guò)冷卻后,在外界環(huán)境影響下所形成的巖礦物也存在差別,因此種類(lèi)較為豐富。
巖礦物種類(lèi)豐富且外觀(guān)獨(dú)具特色,但大部分巖礦都具有容易被識(shí)別的物理屬性和外觀(guān)特征。對(duì)于礦物屬性的鑒別,可以從硬度、顏色、光澤、條痕、晶形、透明度、端口等方面著手。部分礦物在外觀(guān)上表現(xiàn)為整齊晶體狀或者不規(guī)則形狀。如不規(guī)則形狀有葡萄狀、放射狀、纖維狀等;晶體狀有六邊形云母、六面體水晶、立方體食鹽等。雖然巖石主要是由礦物組成,但巖石并沒(méi)有礦物的屬性,巖石和礦物之間最大的區(qū)別就是一個(gè)為整體,另一個(gè)為組成整體的個(gè)體。由此可得知,巖石具有的特征是礦物的混合體。
在社會(huì)快速發(fā)展過(guò)程中,做好巖礦物化驗(yàn)和分析工作,有利于掌握巖礦中的元素含量,為巖礦開(kāi)采工作提供數(shù)據(jù)支持。我國(guó)對(duì)于含有稀有元素的巖礦種類(lèi)和數(shù)量掌握較少,而通過(guò)對(duì)巖石礦和礦物進(jìn)行分析和化驗(yàn)可以明確礦物中的元素含量,以提供專(zhuān)業(yè)人員判斷礦山是否具有開(kāi)采價(jià)值。目前,我國(guó)所掌握的巖礦物化驗(yàn)和分析技術(shù)相對(duì)完善,但想要保證巖礦物化驗(yàn)和分析的質(zhì)量,就必須明確化驗(yàn)流程,加強(qiáng)過(guò)程管控力度,此外,實(shí)驗(yàn)儀器、樣本制備、工作人員素質(zhì)等都會(huì)對(duì)化驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。
樣本分析是用于分析化驗(yàn)使用的巖礦樣本材料,也可以成為試樣。在巖礦物分析化驗(yàn)中試樣是分析主體,化驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)中所使用的試樣通常為幾克甚至更少,但分析結(jié)果確代表著數(shù)噸巖礦物的實(shí)際情況,因此對(duì)化驗(yàn)分析結(jié)果具有較高要求,試樣化驗(yàn)結(jié)果必須可以代表整個(gè)巖礦物的成分結(jié)果,否則巖礦物化驗(yàn)
分析結(jié)果將不具備實(shí)際意義。在巖礦物化驗(yàn)分析前,必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況做好試樣采集以及制備工序。
試樣采集一般需要在礦山中選擇合適的采集點(diǎn),然后按照化驗(yàn)分析實(shí)際采用量對(duì)巖礦物進(jìn)行采集。試樣作為巖礦物化驗(yàn)分析的重要主體,試樣質(zhì)量會(huì)對(duì)化驗(yàn)分析結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生直接影響,同時(shí)對(duì)礦物的開(kāi)采以及礦物儲(chǔ)量核實(shí)有重要意義,因此對(duì)巖礦物進(jìn)行化驗(yàn)分析時(shí)必須重視試樣的采集工作。采集試樣時(shí),需要根據(jù)采集區(qū)域的地勢(shì)和地質(zhì)情況,對(duì)不同區(qū)域以及深度的巖礦物進(jìn)行取樣,試樣采集數(shù)量越多,化驗(yàn)分析結(jié)果越具代表性,但同時(shí)試樣采集量過(guò)多也會(huì)對(duì)試樣處理工序帶來(lái)一定難度。通常試樣采集量會(huì)受到礦石大小、礦石分布情況、礦石性質(zhì)等因素所影響,在采集礦石時(shí)可以通過(guò)顆粒最大直徑d的a次方乘以K來(lái)計(jì)算出質(zhì)量m。
m為試樣采集最低質(zhì)量(kg)。
d為試樣顆粒最大直徑(mm)。
K和a都為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算得出。
K值一般會(huì)受到巖礦物種類(lèi)、分布情況、元素品位等因素影響。一般對(duì)于巖礦物的加工K值為0.1~0.3之間,如表1所示。根據(jù)相關(guān)部門(mén)規(guī)定,經(jīng)驗(yàn)公式中a一般為2,通過(guò)計(jì)算得出,巖礦物顆粒越大,試樣采集量越多。

表1 K值與代表樣品關(guān)系
通過(guò)混勻、過(guò)篩、破碎、縮分等步驟將采集的巖礦物制備成均勻且具代表性的化驗(yàn)試樣。試樣的制備必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)顆粒度,確保巖礦物含量和組分不變。
對(duì)于大塊礦物巖石,首先需要將其破碎成細(xì)小顆粒,其次進(jìn)行過(guò)篩并縮分。一般縮分可分為方格法、四分法、割環(huán)法、二分器法。四分法屬于常用試樣縮分方法,具體是指充分混勻破碎好的巖礦物,將其堆砌成錐形然后在壓平,并分為均勻的四等份,將其中兩份去掉,混勻剩余試樣,試樣減少一半即為縮分一次。每次縮分后剩余的試樣粒度和最低質(zhì)量必須滿(mǎn)足采樣公式,因此在進(jìn)行縮分時(shí),需要與粉碎工序相結(jié)合。
在試樣制備完畢后,首先需要對(duì)試樣記性半定量和定性分析,分析的主要目的是快速獲取巖礦物中的化學(xué)成分和元素含量,以便對(duì)后續(xù)分析實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)依據(jù),避免巖礦物分析化驗(yàn)的隨機(jī)性和盲目性,保證分析化驗(yàn)的結(jié)果。由于半定量和定性分析只能大致檢測(cè)試樣中元素含量和成分,因此分析結(jié)果只供參考,不具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在巖礦物化驗(yàn)分析中,只對(duì)試樣中化學(xué)元素進(jìn)行分析,會(huì)降低分析化驗(yàn)的重要作用,還需要對(duì)試樣中的具體成分含量、微量元素含量、少量元素含量以及雜質(zhì)含量進(jìn)行分析,而對(duì)元素含量進(jìn)行分析,既為定量分析。
一般情況下,對(duì)于巖礦物元素含量的測(cè)定有多種分析方法,對(duì)化驗(yàn)分析方法的選擇,可以根據(jù)以下幾方面選擇:
(1)根據(jù)巖礦物化驗(yàn)分析要求選擇。在化驗(yàn)分析過(guò)程中,根據(jù)巖礦物的測(cè)定具體要求選擇對(duì)應(yīng)化驗(yàn)方法。例如,在標(biāo)準(zhǔn)試樣、常量組分、基準(zhǔn)物質(zhì)等含量化驗(yàn)分析中,化驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性是最關(guān)鍵的;對(duì)試樣中雜質(zhì)組分進(jìn)行化驗(yàn)分析時(shí),靈敏度才是關(guān)鍵;而在生產(chǎn)控制分析中,測(cè)定速度是主要的。
(2)根據(jù)試樣組分性質(zhì)進(jìn)行選擇。一般情況下,巖礦物化驗(yàn)分析中會(huì)根據(jù)試樣組分形式來(lái)選擇分析方法。例如,試樣中Mn2+為堿性時(shí)會(huì)與EDTA發(fā)生反應(yīng)生成絡(luò)合物,對(duì)于這樣的情況可以采用滴定法進(jìn)行分析;MnO4-具有氧化性,可以利用氧化還原滴定進(jìn)行分析;MnO4-通常紅色,若試樣中錳含量較低則可以利用分光光度計(jì)進(jìn)行分析。因此在巖礦物化驗(yàn)分析中,詳細(xì)了解和掌握巖礦物的性質(zhì)對(duì)化驗(yàn)方法的選擇具有一定幫助。
在完成上述步驟后,需要制定科學(xué)和合理的化驗(yàn)分析方案,并要求實(shí)驗(yàn)人不必須具有豐富是實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。分析操作步驟需要在試樣分解后才能開(kāi)展,化驗(yàn)分析中必須考慮化驗(yàn)方式存在的實(shí)驗(yàn)誤差,并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)格遵循化驗(yàn)分析步驟和管理制度,避免化驗(yàn)操作失誤情況的發(fā)生,降低化驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)誤差,保證化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
巖礦物化驗(yàn)分析結(jié)果是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程最終產(chǎn)物,且是化驗(yàn)分析中具有價(jià)值的產(chǎn)物,化驗(yàn)分析結(jié)果對(duì)我國(guó)礦脈開(kāi)采、礦藏判斷等工作具有指導(dǎo)意義。因此,巖礦物化驗(yàn)分析結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性極為重要,這也突顯分析結(jié)果和化驗(yàn)方案的檢查工作的重要性。在化驗(yàn)方案制定完成后,必須根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行審查和分析化驗(yàn)結(jié)果,若發(fā)現(xiàn)在化驗(yàn)過(guò)程中存在失誤或者違規(guī)操作,需要立即停止化驗(yàn)過(guò)程,并對(duì)化驗(yàn)方案做出整改,只有符合實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),才能開(kāi)展化驗(yàn)分析工作。
儀器分析法是基于巖礦物的物理化學(xué)和物理性質(zhì)構(gòu)建的一種分析方法,其適用于于大部分化驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)中,并需使用緊密儀器或者昂貴設(shè)備輔助實(shí)驗(yàn)開(kāi)展,
根據(jù)巖礦物屬性存在的區(qū)別,儀器分析法可以分為生化分析法、光學(xué)分析法、熱分析法、質(zhì)譜法、電化學(xué)分析法、電泳法、色譜法放射化學(xué)分析法等。巖礦物化驗(yàn)分析常用分析儀器包括熒光光譜分析儀、吸收光譜分析儀、電感耦合等離子發(fā)射光譜儀、原子發(fā)射光譜儀、X射線(xiàn)熒光光譜儀等?;?yàn)分析儀器的選擇,可以根據(jù)巖礦物屬性、儀器特性、分析情況等進(jìn)行選擇。
發(fā)射光譜分析主要是利用礦石礦物在電激發(fā)或者熱激發(fā)狀態(tài)下,以分析礦物元素能級(jí)躍遷發(fā)出的電磁波的強(qiáng)度和波長(zhǎng),對(duì)激發(fā)狀態(tài)下巖礦物離子或者原子回到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的特征譜線(xiàn)來(lái)分析礦石礦物組成成分并對(duì)其進(jìn)行定量和定性分析。該分析方法測(cè)定試樣為固體粉末,避免了制備溶液試樣時(shí)出現(xiàn)的稀釋誤差;可以多個(gè)試樣同時(shí)進(jìn)行測(cè)定;儀器成本較低。
原子吸收光譜法主要是利用巖礦物中的基態(tài)原子發(fā)射特征輻射來(lái)產(chǎn)生共振強(qiáng)度,一定范圍內(nèi)吸光度與試樣基態(tài)原子含量成正比關(guān)系。該方法靈敏度較高、方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確率高、精明度好、分析速度快、應(yīng)用范圍廣。
原子熒光光譜法通常是根據(jù)巖礦物在激發(fā)下原子蒸汽形成的熒光強(qiáng)度來(lái)確定試樣中元素含量。該方法靈敏度高、譜線(xiàn)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng);可以對(duì)多個(gè)試樣同時(shí)進(jìn)行測(cè)定;對(duì)微量原色的測(cè)定效果較好。
電感耦合等離子發(fā)射光譜法化驗(yàn)分析原理與發(fā)射光譜儀相同,該方法一般與原則發(fā)射光譜分析法共同使用;可同時(shí)完成大量元素含量的測(cè)定;可快速對(duì)為止實(shí)驗(yàn)中的大量元素進(jìn)行定性分析;操作方式為全自動(dòng),放入一次試樣可對(duì)所有元素進(jìn)行分析;分析精度高。雖然該方法具有較多優(yōu)點(diǎn),但成本較高,在巖礦物化驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較少。
極譜儀是在巖礦物電解作用下,獲得電壓、電流曲線(xiàn),并根據(jù)曲線(xiàn)圖分析電解質(zhì)中離子含量。利用極譜儀對(duì)巖礦物化驗(yàn)分析時(shí)需要使用汞,由于汞屬于有毒物質(zhì),長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員人體健康帶來(lái)一定危害,因此該極譜分析方法在巖礦物化驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較少。
X射線(xiàn)熒光光譜法是利用巖礦物中元素發(fā)出了波長(zhǎng)和射線(xiàn)能力來(lái)測(cè)定元素含量。該方法化驗(yàn)分析速度快、精準(zhǔn)度高。但容易受到不同元素的干擾影響,無(wú)法保證分析結(jié)果,對(duì)元素進(jìn)行定量分析時(shí)必須標(biāo)樣。
對(duì)巖礦物化驗(yàn)分析結(jié)果準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響的處理實(shí)驗(yàn)人員、操作流程外,分析儀器對(duì)分析結(jié)果也有較大影響。在化驗(yàn)分析過(guò)程中,相關(guān)工作人員需對(duì)儀器設(shè)備所顯示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,以此作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,若儀器設(shè)備出現(xiàn)故障或者不夠先進(jìn),則會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響。因此,在化驗(yàn)分析展開(kāi)前,也需對(duì)化驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行檢查,確保儀器設(shè)備的能夠正常發(fā)揮作用,在化驗(yàn)完成后,相關(guān)工作人員需對(duì)化驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行清理和維護(hù)。由于巖礦物所含元素較多,若化驗(yàn)儀器設(shè)備不及時(shí)更新?lián)Q代也可能會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響,相關(guān)部門(mén)需要積極引進(jìn)高科技新型設(shè)備,新型設(shè)備的使用不僅能夠?qū)r礦物中更多的元素信息進(jìn)行分析,而且能夠保證分析結(jié)果準(zhǔn)確性,同時(shí)分析儀器對(duì)數(shù)據(jù)信息的快速處理,也可以提高分析結(jié)果的質(zhì)量和效率。
巖礦物化驗(yàn)分析工作是一項(xiàng)繁瑣、復(fù)雜的工作,在化驗(yàn)工作開(kāi)展前,必須制定可行、完善的方案與計(jì)劃。在測(cè)定方案制定環(huán)節(jié)中,相關(guān)測(cè)定人員需要對(duì)實(shí)驗(yàn)流程與要點(diǎn)進(jìn)行熟練掌握,為方案的制定提供保障。在巖礦物化驗(yàn)分析工作開(kāi)展前,為保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與時(shí)效性,需要在巖礦物化驗(yàn)方案制定過(guò)程中,嚴(yán)格控制每個(gè)步驟,并制定多個(gè)預(yù)備方案,同時(shí)根據(jù)巖礦物的特性,對(duì)化驗(yàn)分析方法進(jìn)行比較,選擇最佳化驗(yàn)分析方案,確保所選擇檢測(cè)方法誤差允許值、準(zhǔn)確度等參數(shù)符合相關(guān)實(shí)驗(yàn)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)要求。在巖礦物化驗(yàn)分析過(guò)程中,分析結(jié)果不能夠出現(xiàn)差錯(cuò),在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中必須對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行監(jiān)管,保證巖礦物實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果的可信性。
在巖礦物化驗(yàn)分析過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)環(huán)境也會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生一定影響。在對(duì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)人員等實(shí)驗(yàn)方案制定完成后,需要對(duì)護(hù)眼分析環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格控制,如溫濕度、光線(xiàn)條件、空氣質(zhì)量等。因此,在化驗(yàn)分析前,需對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)與控制,對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的地方及時(shí)整改,如實(shí)驗(yàn)中所使用的儀器設(shè)備對(duì)光線(xiàn)的要求較高,在檢查時(shí),需要對(duì)儀器設(shè)備活動(dòng)范圍進(jìn)行標(biāo)記,避免在實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)差錯(cuò)。此外,實(shí)驗(yàn)人員不允許攜帶影響實(shí)驗(yàn)環(huán)境的物品,如具有刺激性氣味、腐蝕性液體等物品,實(shí)驗(yàn)人員需要嚴(yán)格遵守相關(guān)管理規(guī)定,避免影響化驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)順利展開(kāi)。
在巖礦物分析化驗(yàn)中需要對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的樣品消耗、數(shù)量、存儲(chǔ)模式、方式等進(jìn)行嚴(yán)格控制,其中控制樣品消耗量是保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的關(guān)鍵。分析化驗(yàn)工作的開(kāi)展,都需要樣品材料的支持,例如,對(duì)巖石樣品進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí),實(shí)驗(yàn)人員需要保證巖礦物原始樣品狀態(tài)和成品不會(huì)發(fā)生變化,由于存儲(chǔ)樣品工作需要涉及到巖礦物的基本特性,因此,實(shí)驗(yàn)人員需要具備扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí),確保存儲(chǔ)工作不會(huì)出現(xiàn)失誤。此外,巖石樣品存儲(chǔ)環(huán)境也會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生一定影響,因此,需要專(zhuān)業(yè)人員對(duì)消耗品進(jìn)行及時(shí)清理與檢查,避免實(shí)驗(yàn)樣品受到影響。
巖礦物化驗(yàn)分析環(huán)節(jié)較多、步驟復(fù)雜,對(duì)分析化驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響的重要因素之一就是實(shí)驗(yàn)人員的不嚴(yán)格管控。礦物巖石化驗(yàn)分析工作的開(kāi)展離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)人員,而實(shí)驗(yàn)人員的技術(shù)水與專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備都會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響。在化驗(yàn)分析展開(kāi)前,實(shí)驗(yàn)人員需詳細(xì)掌握化驗(yàn)操作步驟與流程,了解化驗(yàn)樣品的基本特性,確保實(shí)驗(yàn)工作的順利開(kāi)展。相關(guān)部門(mén)也需要制定相關(guān)管理體系,嚴(yán)格管對(duì)實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正實(shí)驗(yàn)人員工作中存在的問(wèn)題,避免實(shí)驗(yàn)人員在化驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)失誤,成為影響分析成果質(zhì)量的影響因素。
綜上所述,巖礦物化驗(yàn)分析有助于了解和掌握地質(zhì)價(jià)值,從而促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。我國(guó)擁有的礦產(chǎn)資源較為豐富,對(duì)巖礦物家孩子的研究對(duì)提高我國(guó)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力具有重要重要。巖礦物化驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)中想要保證分析結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性,可以從分析儀器、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)人員、分析方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制,避免內(nèi)在因素對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響。