基于地质岩石矿物分析测试技术的探讨

徐 浩（湖南省地质矿产勘查开发局402队，湖南长沙410014）

基于地质岩石矿物分析测试技术的探讨

徐 浩（湖南省地质矿产勘查开发局402队，湖南长沙410014）

国民经济的不断发展，矿产资源所具有的作用也越来越突出，为了更好的开展矿产资源的勘查工作，需要分析好地质岩石矿物的特点和规律。本文则对岩石矿物的种类和特征进行了分析，并阐明了岩石矿物分析工作的重要性，而后着重探讨了X射线衍射法在分析矿物成分中的具体应用，并以供相关人员参考。

地质岩石；矿物分析；测试技术

1 引言

矿产资源是一种重要的经济资源，其分布范围较广，但是分布的均匀程度不是很高。因此，为了提升矿产资源的开发利用效率，做好测试和分析工作已经成为研究人员的工作重点。

2 岩石矿物的种类及特征分析

岩石矿物是一种由多种元素构成的聚合物，主要在地壳内部运动。岩石矿物的产生主要是以地质作用为主，由于不同地区的地质作用和地质活动类型各异，所以说，岩石矿物的种类繁多。同时，由于化学元素的组合形式也各有差异，岩石矿产资源的含量以及分布情况也就存在着一定的不确定性。从目前已有的矿产资源的研究成果上看，矿物类型以及经达到三千余种，但是人们日常所能够接触到的和可以充分利用的矿产仅仅有几百种。其中，含氧的矿物有赤铁矿、石英等等，碳酸盐类的矿物以方解石为主，另外，还有云母晶石以及各类金属元素。这些都是人们耳熟能详的矿物类型，那些人们不太了解，或者是有待开发的矿物资源更为丰富。

3 矿物成分的分析测试技术及应用

3.1 矿物成分分析常用的几种测试方式

3.1.1 经典化学成分分析

其是以化学反应定律为基础，对样品的化学组成进行定性的和定量的系统分析，常称“湿法分析”，包括重量法、容量法和比色法。该方法分析灵敏度不是很高，但准确度高，样品用量较多，分析周期长，不适合用于稀土元素的分析。

3.1.2 发射光谱分析（AES）

令试样在电弧、火花、等离子体等激发光源的作用下转变为气态原子，并使气态原子的外层电子从基态激发至高能级。而由于矿石中各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱。光谱定性分析一般多采用摄谱法。试样中所含元素只要达到一定的含量，都可以有谱线摄谱在感光板上。摄谱法操作简单，价格便宜，快速，在几小时内可将含有的数十种元素定性检出。它是目前进行元素定性检出的最好方法。用其进行矿石中的元素测定时，主要需要从三点着手：①利用标准试样的光谱进行比较，在同一光板上并列的将需要检出的元素的纯物质以及纯化合物的试样进行摄取，在映谱仪上讲试样光谱以及纯物质的光谱进行显示。若同一波长位置上有两者谱线存着，则表明在某条谱线中有某一元素存在。此方法更适合用来对试样中的指定元素进行定性，但不适合用来对光谱进行全面的分析。②铁光谱比较法也可以称之为元素标准光谱比较法，此方法主要是并列对试样以及纯铁进行摄谱。而铁光谱的谱线较多，大约有4600条谱线，并且每条谱线的波长都已得到了较为精准的测定，并且在谱线表内有所记载。通常在铁光谱图总标插波长位置时都是根据元素的分析线长短而定的，而后对谱线的强度进行定量以及定性分析时也会根据元素的特有特征线以及谱线强度来分析，此方法也称之为原子发射光谱法，一般被用于分析地质、钢铁合金以及环境保护等试样，分别对其进行定性、半定量以及定量的分析，利用此方法所测得的元素光谱图具体如图1所示。

3.1.3 原子吸收光谱（AAS）

该法是依椐处于气态的被测元素基态原子对该元素的原子共振辐射有强烈的吸收作用而建立的，主要用于测定水溶液中金属离子及部分非金属离子含量，应用较广。该法具有检出限低、准确度高、选择性好（即干扰少）、分析速度快等优点，可达到10-6或10-9数量级，也可以进行常量分析，适宜于测定沸点低、易原子化的金属元素。但是，每次分析只能测定一种元素。

图1 元素光谱图

3.1.4 X射线衍射（XRD）

X射线是一种短波长 （0.005～10nm）、高能量 （2.5×105～1.2×102eV）的电磁波。它是原子内层电子在高速运动电子流冲击下，产生跃迁而发射的电磁辐射。X射线衍射分析法就是用适当的方法把这些衍射线记录下来，得到花样各异的X射线衍射图谱，分析样品对X射线衍射产生的图谱，解读这些图谱，便可以对样品的多项特征进行研究测定，如物质材料的元素组成、构造、组织、晶体结构、元素的电子结构、缺陷结构，结构应变、晶粒尺寸、结晶度等。

3.1.5 电子探针显微分析（EPMA）

电子探针分析是利用高能电子束作用于物质，使其产生特征X射线、俄歇电子等二次电子而进行的一种表面、微区分析方法。该方法可以分析试样表面微米级及微区内的物质成分。结合显微图象分析，可找出微观性质对材料宏观性能的影响因素，适用范围为5B-92U（波谱分析）或11Na-92U（能谱分析），可以直接对岩石、矿物薄片或光片中选定的微区进行分析，不破坏样品，电子探针可视为一种试样的无损分析法。例如其在测试硅硼钠石矿物时，能够将定性分析与定量分析结合起来，使研究者能够针对BSEI高倍率显示的微区显微结构（可达几个微米级甚至纳米级的微区），原位定量分析测试该区化学成分（检测限理论值0.05%，不同元素检测限不同，稳定元素可低于0.01%），分析结果准确、客观。所用试样通常制成标准薄片（即光薄片，双面抛光，厚20μm，一片多用时厚度可加大。实体样与粉末样都可分析），它与普遍薄片作用一致，可进行矿物常规光学特征研究。电子探针分析之前，首先要通过光学显微镜，观察、确定薄片中的待研究目标，诸如某矿物等，然后对样品进行镀碳。镀碳后在样品表面形成一层碳膜，随后通过高倍率BSEI进行该矿物显微结构观察。这样光学图像与电子图像建立起对应关系，有利于对比、深化研究。此后，在BSEI上，首先针对具备均质精细结构与成分的微区（面平，灰度一致）进行能谱定性分析或者波谱定性分析，以此初步判断矿物元素组成，接着进行波谱定量成分分析，精确测试该矿物。最终根据所得矿物元素化学成分，综合矿物的其它特征，进行识别与鉴定。整个过程中样品不受损害，可反复使用，优势非常明显。

3.1.6 光电子能谱分析

X光电子能谱分析（XPS）就是一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子，主要应用是测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析。

3.2 分析测试法在地质岩石矿物分析中的具体应用

3.2.1 工程案例

某金矿是一个与砷硫化镍矿床伴生并含有Ag．CoSe铂族元素等有益组分韵热液床。长期以来，该矿床被认为受金厂背斜倒转的一翼所控制。该矿床严格受金厂逆冲推覆构造的控制，它的次级北西向及早期东西向构造储矿，早期贫金石英脉受北西向次级断裂，节理、层间滑动面的控制。中期富金石英脉受控于早期东西向构造在成矿期的再次活动。晚期无金石英脉受控于南北向张节理。本文主要对中期和晚期的矿样进行了分析，发现中、晚期的矿样均为褐色砂状矿样，以氧化物为主。

3.2.2 X衍射具体的工作方法以及分析步骤

（1）对矿样的特征进行分析。此金矿的中期、晚期的矿样都是褐色的砂状矿样，主要都是氧化物，利用水析分离法对中期矿石风化的程度进行分析发现其此阶段的矿石风化程度较高。

（2）光谱分析。利用光谱分析的方式分析矿样的平均样品，对矿样总包含的元素种类进行确定。分析结果表明此矿产总硅、铝、镁以及铁含量较多，并且还含有一些微量元素以及其他元素等。此方法一般还会被应用到晶体结构的测定方面，而X射线衍射（XRD）图见图2。

图2 X射线衍射（XRD）图

（3）化学分析。分析含量较高的元素，明确矿样中不同元素的具体含量。而利用此方法进行分析，矿样中的主要元素为二氧化硅，铁、氧化铝以及氧化镁为次要元素，中期矿石中含有较低的硫元素，跟其他的金属元素的含量也不同。

（4）X衍射分析。挑选矿物和单矿物进行XRD实验分析。使用仪器为日本理学3015升级型X射线衍射仪。XRD分析，按照矿样的外貌特征和颜色特征方面进行挑选，务求将每种单矿物都筛选出来，之后进行对单矿物的XRD试验，得出衍射图谱。应用X射线衍射测量技术进行矿物物相定性分析和定量分析是目前X衍射仪的主要工作，虽然X衍射定量分析只能称为半定量的方法，而且局限性较大，但足以满足地质、矿岩方面的需求。

4 结语

总而言之，在具体的分析和测试工作中，要充分地了解到地质矿产的分布特点以及实际的储存量，提升矿产资源采集的规模，从而在某种程度上促进社会经济的高效发展。

[1]赵 妮，武春霖，徐粉燕.浅谈地质岩石矿物分析测试技术[J].地球，2015（1）：56.

[2]张 洁.岩石矿物分析测试技术探讨[J].大科技，2012（7）：218～219.

[3]翁丰平.关于地质岩石矿物测试分析的探讨[J].文摘版：工程技术，2015（35）：244.

P575

A

2095-2066（2016）33-0118-02

2016-11-2

徐 浩（1972-），男，工程师，本科，主要从事地质实验测试等工作。