地质矿物样品化学成分分析方法研究

董 飞

（湖北省地质局第一地质大队，湖北 黄石 435100）

1 对多种矿物结合而成物质进行化学分析的意义

在对合成矿物进行定义时，首先要明确其组成，通过对岩矿物质进行分析、化验、鉴定等，有利于了解某种岩石矿物质中的矿物种类和该物质的具体化学。硅酸盐在地壳中分布较为广泛，除此之外，硅酸盐还是大多数岩石矿物的主要组成部分。硅酸盐由于具有稳定的化学性质，因此，在工业领域应用的范围比较广泛，但是也因为该性质，导致研究人员对其进行化学成分的具体分析的时候，具有更大的难度。但是我们要用科学的方法对于硅酸盐的化学成分进行分析，因为其不仅可以为地质工作当中的矿物质勘探提供一定的参考意见，而且还能对于矿石的成矿规律进一步进行探索，因此，分析硅酸盐的化学成分具有重要的研究意义。

通过开采与勘测发现地壳中目前已知的硅酸盐种类高达八百余种，由此可见，硅酸盐含量是非常巨大的，约占了地壳中矿物总量的1/3。所有含有硅酸盐的矿物最为常见的为云母，石英，高龄土。硅酸盐种类繁多的原因是由其结构决定的，因为硅酸分子中的x，y比例不相同，因此，硅酸的种类被分为正硅酸，偏硅酸以及多硅酸。另外，硅酸盐的体系受到硅酸分子中的氢离子被金属元素取代的影响，硅酸盐的体系也多种多样，而且这些硅酸盐体系的含量分布也不相同。因此，在这些不同的硅酸盐体系中，硅酸盐可以分为天然硅酸盐和人工硅酸盐[1]。

天然硅酸盐是地壳中岩石的重要组成部分，也是土壤以及各种不同的矿物的主要成分，其在自然界中所占的比重较大，达到地壳质量的95%左右，天然硅酸盐可以被细分为硅酸岩石和硅酸岩矿物。天然硅酸盐中除了云母、石英以及高领土，还有另外几种常见的天然硅酸盐，分别为正长石、钠长石、钙长石、石英以及蛋白石等等，这些均是比较常见的天然硅酸盐。

人工硅酸盐又叫硅酸盐制品，其是以天然硅酸盐为原料，并对其进行加工，加工之后形成各种硅酸盐材料以及硅酸盐成分。加工后的人工硅酸盐在日常生活中的应用是非常广泛的。比如，我们常见的硅酸盐水泥，用硅酸盐制成的玻璃制品，或者用硅酸盐制成的陶瓷制品。另外，还有一部分硅酸盐被应用于制作耐火材料。

总的来说，不论是天然硅酸盐，还是人工硅酸盐，均是日常生活中的工业领域中被应用较为广泛的一项工业材料，因此，我们在日后的硅酸盐开采过程当中，注意保护硅酸盐原有的成分，保持其天然属性，在后期加工的过程中，使硅酸盐的成分得到最大程度的利用。

2 地质矿物的化学成分分析过程及方法

按照测定样品的种类不同，在分析其化学成分的过程中，其方法也有不同之处。在对其化学成分分析时，首先通过称量的办法提取定量的样品，然后，根据不同类型样本的性质选择不同的提取方法进行提取。在此基础上，本文介绍不同种类样品化学成分分析所采用的不同方法。

2.1 碱溶快速分析法

碱溶快速分析法在分析前，需要先称取0.5g的硅酸盐样品，然后，按照定量的比例称取适当的碳酸钠，因为碳酸钠是碱性物质，所以加入碳酸钠之后，需要将称取的样品和碳酸钠一起放入银制的坩埚中进行熔融，特别需要注意强调的是，熔融的温度要控制适当，因为一旦温度控制不恰当，导致熔融效果的减弱，从而影响对相关成分的提取的精确度[2]。熔融完成之后，加入盐酸，对提取物进行再次加工，使其形成湿盐状，并且加入动物凝胶进行过滤，通过过滤可获得二氧化硅沉淀，以上操作流程仅仅为所有操作步骤的第一步，在第一步的基础上，提取湿盐250ml左右，在这些提取的定量的250ml左右的湿盐之中，分别加入适当的溶剂提取不同的元素，因为加入溶剂的种类不同，因此，提取出来的元素也不同。而且溶剂在添加的时候，并不是所有的溶剂添加的量都是相同的，因为添加溶剂的量是根据溶剂的具体作用而规定的，因此，在添加溶剂时，一定要注意其发挥的作用不同，所添加的溶剂的量也应该有所不同。将针对这些具体添加的溶剂进行具体分析。

在进行碱溶快速分析法时，以第一步操作过程之中得到沉淀的二氧化硅为基础，首先，溶剂是二胺四乙酸，该溶剂在添加时，规定的量为25ml，并且在添加的时候，采用不断的按压滴定的手法，通过添加二胺四乙酸获得氧化钙、氧化锰以及三氧化二铁。通常采用差减法区分氧化钙和氧化锰，该方法往往是利用差量关系来对于化学反应后的生成物的一种计算方法。差减法不仅仅可以用来区分氧化钙和氧化锰，也可以分离三氧化二铁。其次，溶剂为过氧化氢时，过氧化氢在添加的时候，加入的量为25ml，过氧化氢添加入后，通过比色法得到二氧化钛。除此之外，氧化锰在分离时，加入的试剂为25ml～50ml的高碘液钾，五氧化二磷也是利用比色法分离得到，但是五氧化二磷在分离时，添加的溶剂为25ml的磷矾铜黄。以上步骤完成之后，第二步操作到此结束。接下来进行第三步操作，首先对样品进行第二次称取药品称取之后，加入0.1g的试剂。首先，加入的试剂是具有分解作用的氟化氢和硫酸，其次，加入亚硝酸溶液进行分解反应，最后通过火焰光度法获取氧化钾和氧化钠。以上操作步骤为完整的操作过程[3]。

2.2 酸溶快速分析法

酸溶快速分析法与碱溶快速分析法相似，首先，称取0.5g的样本，然后，在样本中依次加入硫酸、高氯酸以及氟化氢对样本进行分解，在碱溶快速分析法中，加入的物质为具备碱性物质的碳酸钠，而在酸溶快速分析法中，加入的则是具备酸性的硫酸、高氯酸以及氟化氢。完成加入试剂后，制成250ml的溶液，将其作为准备的代用物质。酸溶快速分析发与碱溶快速分析法的做法步骤相似，在250ml的溶液制成之后，第一步的操作步骤到此结束。第二步的做法是加入不同的试剂来对溶液中含有的元素，进行提取与分离。在加入试剂的时候，首先，加入的试剂为5ml的邻咖罗啉，然后，通过比色法确定溶剂中含有的三氧化二铁，同样利用比色法加入25ml过氧化氢试剂分离出溶剂中的二氧化钛。而在分析溶剂中的氧化钙、氧化锰以及三氧化二铝时，通过乙二胺四乙酸试剂分离试剂中的五氧化二磷时，采用的试剂为25ml的磷镭蓝，而高锰酸钾试剂则用于分离氧化锰。最后分离氧化钠和氧化钾，采用亚硝酸溶液试剂，通过火焰光度法[4]完成分离。上述操作完成之后，第二步的所有操作到此结束，第三步的操作方法与上述酸溶快速分析法中的做法一致。

2.3 原子分光光度法对矿物中金属元素的测定

原子分光光度法被简称为原子吸收法，其原理四是明确原子吸收法的测量对象，测量对象一定是呈现原子状态等，金属元素或者部分非金属元素，然后，利用被测元素的基态原子蒸汽对该元素的共振辐射线的吸收特征进行定量元素分析的一种方法，简单来说，其是被测元素的两种特征之间的一种相互关系。另外，采用这种方法进行分析时，需要明确该方法具备的几项特征。第一特征为灵敏性，该方法的灵活性较高，通常情况下，其对于大多数元素的分析可以精确到元素浓度的百万分之一，甚至对溶液的浓度精确到十万分之一。第二特征为精确度高。第三个特征为应用范围广泛，无论是金属、非金属还是放射性元素，此方法可以被应用到元素周期表当中大约70多种的元素中[5]。第四个特征为受干扰的影响较小，因为原子所吸收的光谱为分离的锐性光谱，因此，彼此之间以及自己与外界之间受到干扰的可能性大大降低，使得其受到的干扰性被控制在最小范围之内。第五个特征为操作过程更加简洁自动化，操作简便。该方法与前两种方法相比，省略了前两种方法当中的第二个步骤，不需要额外加入不同的试剂，可以直接对液体试样进行分离。

此种方法的具体操作步骤为：首先称取试剂0.1g，然后加入氟化氢并将试剂加入密封的塑料容器当中进行分解，而且在分解之后，还需要加热试剂，在加热时，温度控制在120℃～130℃之间，在温度达到指定标准时，分别配置百分之二的硼酸与盐酸溶液。然后，对其进行熔解，溶解的配料为铝、硅以及氯化钠，通过乙块火焰和空气的互相配合来进行。通过此方法一次性得出氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁。该方法一次性分离出较多的氧化物，由此可见其减速度非常快，分解效率非常高。最后，通过比色法来依次析出氧化钛以及五氧化二磷，则整个析出过程到此结束。

上述三种方法作为日常生活中最为常见的地质矿物化学成分分析方法，虽然各有方法均具备特色和优点，但是方法均存在不足之处，因此，对矿物化学成分进行分析时，我们需要不断创新和探索，进而发现新的方法，在此过程中，以上述三种方法为基础，结合三种方法不断完善化学成分分析方法，进而得到更高效、更科学性的分析方法[6]。

3 结语

随着社会的不断发展，地质学科领域的理论与实践相结合的趋势愈加明显。然而，地质学领域中的化学成分分析方法一直是困扰研究人员的难题，而地质矿物的化学研究作为一项重要研究内容，是矿物成分进行探究与分析必不可少的环节，因此，我们需要不断的探寻并创新方法，使得地质矿物化学成分研究过程具备合理性的同时，凸显新意。