巖礦中稀有金屬元素化學分析探析

陸 洋

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

作為國土面積遼闊的國家，我國礦產(chǎn)資源種類繁多、儲藏量大、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采和分析對我國經(jīng)濟社會的發(fā)展具有重大意義，究其原因，是因為稀有貴金屬元素具有特殊性能，對諸如電氣、化學等工業(yè)具有非常重要的經(jīng)濟和研究價值。目前對稀有金屬元素勘察和分析還是比較困難的，主要是因為絕大多數(shù)稀有金屬分布在地方偏遠、地勢復雜的巖礦資源中，為了更好的開采稀有金屬元素，提升稀有金屬元素勘察和使用效率，需要不斷的創(chuàng)新測定方法。因此對巖礦中稀有金屬元素化學分析方法進行分析，提高其精準度，變得非常重要，同時也希望通過研究能為巖礦勘探的實踐工作提供基礎[1]。

1 稀有金屬元素化學分析的難題

（1）稀有金屬元素化學分析的現(xiàn)狀。巖石和礦物中稀有金屬元素化學分析的重點和難點主要有稀有金屬元素化學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大難題，這在很大程度上阻礙了有關研究人員在化學分析法上取得更進一步的進展。稀有金屬元素分離十分困難成為了越來越多研究人員的一個共識。因此，克服金屬元素分離困難是化學分析法必須要解決的一個難題。其次，最近幾年，化學技術得到全面的發(fā)展和改進，這也為元素分離提供了基礎，同時越來越多的研究人員投入到攻克鋰元素分離的技術難的隊伍里。隨著技術的發(fā)展，化學分析研究者愈加關注鋰元素分離難的問題，并針對這一問題進行了更進一步的討論和分析，為取得鋰元素分離技術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支援。不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，逐步進行巖石化學分析，擴展了稀有金屬元素的重要課題。

（2）稀有金屬元素化學分析方法的重難點。文章前面介紹到作為巖礦中稀有金屬元素的化學分析的兩大難點，必須盡快攻克鋰元素分離難、稀有金屬化學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的分析方法中的一大難題。近年來，在稀有金屬分析過程中，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，讓化學分析變得極為困難。越來越多人意識到稀有金屬元素分離困難，目前，針對稀有金屬元素分離困難也成為了稀有金屬元素的化學分析的主要問題；另一方面，隨著化學技術的不斷進步，為解決鋰元素分離困難這一問題，研究人員也更加關注鋰元素分離技術。通過探索和研究鋰元素分離困難這一問題，針對性發(fā)展和創(chuàng)新技術，以便更好的對鋰元素進行分離，作為現(xiàn)在技術研究人員的關注重點，鋰元素分離技術也為改進和創(chuàng)新巖礦中稀有金屬元素化學分析提供技術支持[2]。

2 巖礦中稀有金屬元素化學分析

2.1 鋰元素的化學分析

2.1.1 分離

對鋰元素進行分析測定的前提條件，是將諸如鐵、鋁、鈦、鈣、鎂等其他堿金屬元素從鋰元素進行預分離操作。因為堿金屬含有的氯化物多種多樣，這些都導致了在不同溶劑中，堿金屬的溶解度各有不同。通過多次試驗發(fā)現(xiàn)，氯化鋰對溶液要求比較高，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。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，混合氯化物還含有無水丙酮，無水丙酮清除方式較為簡單，可采用蒸發(fā)法。最后所得溶液殘留有氯化鋰，這時將氯化鋰轉變成四氧硫酸鋰后就可以進行重量稱量了。這個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末，然后加入碳酸鈣后再攪拌均勻。準備好有細孔的石棉板，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后?；?。

（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作。選用容量為200ml的燒杯，并倒入熱水，隨后將結塊投入燒杯中，如果在操作過程中發(fā)現(xiàn)難以壓碎結塊，可以將燒結塊放到研缸中研磨成細末。這時可以加入自來水，但是總量不宜過多，一般控制在50mg即可，加水后，開火燒至沸騰，并保持15min，再將液體進行過濾到另外一個燒杯中，重復過濾兩遍殘渣水，為了有更好的過濾效果，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，對液體進行6次的沉淀過濾。最后將過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)對溶液加熱，在加熱過程中，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。1h后，拿出蒸發(fā)皿，并通過密濾紙過濾后的沉淀物，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，將剩下的固體殘渣收集起來，放置到450℃～600℃的環(huán)境中通過灼燒的方式去除銨鹽。

（5）因為難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。器皿可先記錄下重量，再使用器皿將濾液收集好，通過丙酮進行洗滌沉淀4次。在試驗過程中，必須要保證巖礦樣本含有極少的鉀和鈉，否則會影響巖礦樣本的合格性。如果鉀和鈉含量較高，必須重新進行沉淀溶解再蒸干，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濕氯化物，然后加熱直至液體完全揮發(fā)，這樣可以去掉過量的硫酸，同時為了讓消融鹽類，可以做灼燒處理，時間為1min。自然冷卻后剩下四氧硫酸鋰，可以用量器進行計重。

3.2 稀土元素的化學分析

作為親銅元素的兩大典型代表，元素Se硒和元素碲蘊含在巖漿成因的硫化物中，且含量較高。按照諾達克氏的測定，原生的巖漿硫化物中，元素Se硒含量很高，能達到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)生化學反應而得。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、碲元素與氧結合產(chǎn)生了氧化反應所得。雖然分析硒元素和碲元素的方法有很多種，但是目前來說，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體狀態(tài)。將溶液放入垂熔玻璃坩堝過濾，將過濾后所得溶液加熱到110℃～125℃，再進行烘干操作，然后用量器對烘干所得的固體進行稱重。另外，比色法也可以用于元素硒、元素碲的測量，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膠、動物膠或者銅鹽的情況。比色法雖然使用范圍小，但是操作時，同樣需要將元素硒、元素碲還原成個體狀態(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，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溶解難溶于酸的巖礦樣本，以便能巖礦樣本轉化成溶于水的鹽類物質(zhì)。雖然熔融法也能處理巖礦樣本，但在實際操作中使用頻率比較低。

4 小結

綜合上面所述，得益于這幾年國家地質(zhì)勘測開發(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分析方法也得到了改善。我國地大物博，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。只有不斷對稀有金屬的測定方法和分析技術創(chuàng)新和完善，國家的資源開采項目才能得到更好的發(fā)展，促進科學合理的地質(zhì)勘探，提高總體技術水平有利于我國稀有金屬和金屬總量的穩(wěn)定增長，以便增強我國的科技力量。