关于岩矿中稀有和稀散元素的化学分析

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摘 要：稀有和稀散元素由于特殊的物理和化学作用对于工业的发展非常重要，目前发现的稀有和稀散元素基本来自岩矿之中，其特殊的性能，使其广泛应用于化学工业、原子能工业以及国防工业之中。但是，含有稀有和稀散元素的岩矿大部分都地属偏远，环境恶劣，对其进行勘察和分析存在技术挑战，采用准确、有效和科学的方法来分析岩矿中的稀有和稀散元素显得尤为重要。本研究利用化学分析法针对岩矿中的稀有和稀散元素进行研究，具体介绍岩矿中的稀土元素、锂元素、硒元素以及碲元素的化学方法分析。
关键词：岩矿；稀有和稀散元素；化学分析
稀有和稀散元素在天然矿物中含量都非常的低，常见的稀有金属主要有锂、镭等，是各种重工业领域中的重要材料，稀散元素中比较重要的元素主要有硒和碲，在岩矿中以杂质状态分散存在。由于稀有和稀散元素对于工业发展的重要性，对于岩矿中的稀有和稀散元素分析方法的研究从未停止过。近年来化学分析法得到较大的发展，其拥有准确、快速、节约等优势，可以很好的从岩矿中的复杂成分分析出稀有和稀散元素，相比于其他分析方法具有先进性，为分析岩矿中的稀有和稀散元素提供了一种准确便携的途径，以下进行具体介绍。
1 岩矿中稀土元素的化学分析
1.1 岩矿中的稀土元素概况
一般将化学元素周期表中的镧系元素称为稀土元素，其中主要包括镧元素、铒元素、铕元素以及镨元素等，其特殊的化学特性常用作化学中的“示踪剂”，通过分析岩矿中稀土元素的不同组分比值，可为地质科学工作者分析地质年龄作依据，同时还可以作为分析岩矿成因的依据。稀土元素在岩矿中的存在类型比较多，但相对含量很少，主要存在于一些高纳岩石之中，其中最常见的含稀土元素的矿种为黑稀金矿和独居石。如何准确、快速、有效的分析稀土元素在岩矿中的含量对于测定岩矿样品有很重要的作用。
1.2 岩矿中稀土元素的化学分析法
目前，对于岩矿中的稀土元素已经有多种分析方法，包括分光光度法、原子吸收光谱法X射线光谱法以及重量法等。实验室中较为常用的一种方法为分光光度法，适用范围广，满足各类岩矿样品测定的需求。以往常用的有机显色剂为三苯甲烷类试剂，目前随着合成技术的不断发展，已经开发了多种良好的稀土元素显色剂，使得分光光度法检测结果更加准确和有效[1]。该种分析方法所需的分析设备较为简单，这也使得其存在一个较大的弊端，那就是很难实现对稀土中的多种元素进行同时进行测定，这也就造成了岩矿样品不能批量进行测定，给分析造成了困难。X射线光谱法有较好的便捷性，对于岩矿样品不需进行化学前处理，可直接应用X射线光谱法进行测定，但是该方法局限性也比较明显，所能够检测的岩矿类型较少，灵敏度低，其测定结果准确性只对轻稀土元素为主的样品有效，并且要求样品要符合球粒陨石标准化模式。而原子吸收光谱法由于稀土元素难以进行原子化效率以至于该方法并未得到很大的应用，目前很少使用该种方法进行测定。目前比较常见的是化学方法中的重量法，通常选择草酸盐、8-羟基喹啉物质等作为沉淀的试剂[2]，通过草酸盐与岩矿中的稀土元素进行化学反应生成沉淀，通过对沉淀进行进一步处理而测定稀土元素的含量。将化学反应后所得的沉淀进行灼烧，将灼烧物再进一步进行处理，变成可称重的稀土氧化物对其进行称重。另一种化学分析法为络合滴定直接测量法，但是该种方法并不适用于岩矿中稀土含量很少的情况，当稀土含量少于0.1%时测定的结果值存在较大的偏差[2]。
2 锂元素的化学分析法
对于岩矿中的锂元素化学分析方法常采用的是重量法，重量法分析岩矿中的锂元素原理为选择碳酸钙分解岩矿中的一氯化铵，将处理后所得的氧化物收集起来，混合后一起置入碱金属之中，将两者一起蒸发，待氧化物全部蒸发后，选择无水丙酮作为一种溶剂，抽取蒸发氧化物后的混合物，以溶解度作为一种方式，对混合物中的碱金属和锂元素进行相应的分析。研究表明，以丙酮作为溶剂能很好的溶解锂元素，锂元素在丙酮中能够全面溶解，最后所得物质为氧化锂转化后所得的硫酸锂物质，然后对硫酸锂物质进行称重处理，对称重结果进行分析。对于岩矿中的锂元素用重量法分析时[3]，具体流程如下：将岩矿标准样品放置在缸内与0.5g的氧化胺进行磨细，当均匀磨细后，把准备好的碳酸钙往缸内加，加入量为5g，然后继续进行摇匀。然后接着对缸内物质先进行低温加热，持续时间为8min，之后控制火力为900℃，并且持续加热时间为60min[4]。让坩埚自然冷却，观察缸内的物质烧结情况，烧结良好的情况，取出磨细。再往缸内导入水以及磨好的粉末，进行过滤，残渣过滤两次，最后用氢氧化钙对溶液进行洗涤。再向过滤好的溶液中缓慢倒入碳酸铵（25mL）、氢氧化铵（2mL）以及氯化铵（0.5g），查看沉淀情况，取沉淀进行称重。该法要特别注意对铵盐的除去工作，会严重影响测定的结果。铵盐除去工作最好的方法是高温加热除去法，选择550℃左右的温度进行灼烧，然后进行冷却，利用热水对残渣进行清洗。同时注意溶液中是否存在较多的钠元素或者钾元素，如果存在则利用沉淀法进行除去，将沉淀取出磨匀，然后利用与丙酮的不相容性做处理，再次蒸干所得的溶液获得残渣，往其中加入过量的硫酸以除清[4]。
3 碲元素以及硒元素的化学分析
碲元素和硒元素属于岩矿中比较重要的两种亲铜类型，对于两种元素的分析非常重要。研究表明，硒元素与碲元素存在于原生熔浆的硫化物之中，并且含量较多，硒元素和碲元素的含量分别为200g/t以及2g/t。同时，硒元素还存在于火山爆发所形成的自然硫之中，但是含量较少，仅5%。自然界中的黄碲矿物质的形成与碲元素有关，碲元素处于自然游离状态时，受到外界氧化后形成的。目前对于岩矿中的碲元素以及硒元素进行化学分析常采用的是重量法進行，以玻璃坩埚作为承载体，对岩矿溶解后的溶液进行过滤，对过滤后的溶液再进行烘干，其中要特别注意对于温度的控制，确保温度控制在110℃～125℃的范围之内[5]。对于岩矿中的碲元素和硒元素另一种化学方法为比色法，利用比色法进行分析时，要求岩矿样品中要有较少的动物胶、以及铜盐，存在这种物质时会影响到测定的结果。在正式进行比色法分析时，就必须要先把这两种元素先还原为单体状态，选择的是氯化亚锡进行还原。岩矿物质中一般都含有不同含量的硫化物质，在进行分析时要先除掉硫化物，如果岩矿中的硫化物含量相对较少时，可以选择硝酸进行处理，使岩矿中的硫化物分解；如果岩矿中的硫化物含量相对较多时，为了促使硫化物快速进行分解，可相应的加入一些碘化钾。但是注意不能利用盐酸对岩矿中的硫化物进行处理，但是如果只是岩矿中的一些难溶于酸的物质，也可以采取相应的一些碱性溶液使其溶解，但是不要经常使用熔融法来除去其他物质以分析硒元素和碲元素。
4 总结
总之，目前化学实验技术发展很快，可很好的应用于岩矿物质中对于各元素的分析，而且地质勘查工作的要求越来越高，采掘工作环境越来越恶劣，利用以往的分析方法对岩矿中的稀有和稀散元素进行分析和测定越来越难。为了优化对于岩矿中稀有和稀散元素的分析方法，使得分析的结果更加可靠和便捷，利用化学分析法进行分析能有很好的效果，对于我国地质勘查工作的发展具有重大意义，促使我国经济的快速发展。
参考文献：
[1]胡家明.关于岩矿中稀有和稀散元素的化学分析[J].中国石油和化工标准与质量， 2013，56（21）：25-25.
[2]于红玲.岩矿中稀有和稀散元素的相关化学分析[J].黑龙江科技信息， 2014，67（33）：43-43.
[3]王鸿.岩矿中稀有和稀散元素的相关化学分析[J].科技与创新，2016，67（15）：75-75.
[4]胡亮.探析如何对岩矿中稀散与稀有元素进行化学分析[J].江西建材，2014，34（6）：12.
[5]张佳莉，张青伟，阳纯龙，等.桂西铝土矿中稀有和稀散元素地球化学特征[J].桂林理工大学学报，2016，36（1）：153-159.