便携式X 射线荧光光谱仪在尾砂样品分析中的应用研究——以安徽铜陵矿集区杨山冲尾矿库为例

周曙光

（铜陵有色金属集团股份有限公司矿产资源中心，安徽铜陵 244000）

0 引言

矿山尾矿库的综合利用是当前矿业全产业链研究的热点领域。矿山尾矿库中主要金属元素的迁移与分布规律研究，是进行综合开发利用的前提。目前国内外已采用不同方法对尾矿库的金属元素迁移规律开展研究，并取得了一定成果[1～3]；但受限于分析测试费用等因素，国内对尾矿库的研究多采用局部采样法，一个尾矿库采1～2 个柱状样，总体分析的样品数量较少，难以全面反映尾矿库的金属元素总体分布特征[3～5]。

便携式X 射线荧光光谱仪（p-XRF）因具有便携、快速和不损伤测试对象的特点，被广泛应用于地质勘查[6～8]、土壤质量评价[8-10]等领域，但p-XRF 是否可以用于快速检测尾矿砂样品的研究则尚未开展。前人尚未开展现场快速测定尾砂样品的数据可靠性分析研究，也缺乏与地质实验室常规室内分析结果的对比。为了研究p-XRF 在尾砂样品测试工作中的准确性及应用方法，为尾矿综合利用工作提供切实可行的方法指导故开展本研究。本次研究将p-XRF 技术应用于安徽省铜陵矿集区杨山冲尾矿库的尾砂样品元素含量测试，探讨尾砂的p-XRF分析结果与实验室常规分析结果之间的关系，确定p-XRF在尾矿库重金属污染调查和伴生元素综合利用工作中的可靠性，最终达到提高工作效率、降低成本的目的，为矿业公司对尾矿库中尾砂的综合利用提供决策依据。

1 杨山冲尾矿库现状和尾砂样品采集

杨山冲尾矿库位于铜陵市狮子山矿区南部偏东侧、铜陵有色冬瓜山铜矿东南，行政区划属铜陵市狮子山区及铜陵县天门镇曹山村管辖，由冬瓜山铜矿管理，距离冬瓜山铜矿直线距离约1.5 km，位于簸箕山、刺山、新华山和羊山尖之间，尾矿库东南方向为新华山铜矿。

目前库区周边三面环山，中间主要为平台地貌。库区东部为主坝，其上游有朝山金矿尾矿库，下游有大片农田和散居农户，距坝东部150 m 处有公路通往朱村镇、冬瓜山铜矿和铜陵市，再往下游为新桥河；东南部为副坝，其下游为鸡冠山铁矿的尾矿库，再往下为该矿的生活区、工业区以及新桥河。

杨山冲尾矿库坝坡目前已基本被植被覆盖，库内无水，大部分区域处于尾砂裸露的状态，少数区域植被长势良好。根据库区地形条件，按100 m 间距布置5 条勘探线，每条勘探线上按50 m 间距布置钻孔，形成100 m×50 m 的勘查网度，垂直尾矿坝钻孔间距约为100 m，平行尾矿坝钻孔间距约为50 m。钻探深度以穿透尾砂进入原状岩土层1.0 m 为基准，合计30 个钻孔。本次工作尾砂的粉末样共54件，均取自上述钻孔的砂心粉末样。具体采样位置如图1所示。

2 样品处理与p-XRF测试分析

将采集的样品破碎至200 目，烘干箱内烘干。将干燥的尾砂样品粉末（200 目）倒入塑料环（40 mm×34 mm×4.5 mm）内拨平压实，放置于粉末压样机内压成样片，置于密封袋内备用。

本次工作使用日本奥林巴斯（OLYMPUS）科技公司生产的VANTA 系列便携式X 射线荧光分析仪。该仪器可以测试从镁（Mg）到钚（Pu）之间的所有83 种元素含量，且大部分元素的检出限都在10-6级别。p-XRF 仪器各元素检出限见表1。将p-XRF 仪器固定在支架上，对处理好的样品进行分析，仪器工作模式设定为Geochem 模式。仪器开始分析时，第一个样品重复测量3 次，并核对三次分析测试结果的稳定性和可重复性，确保仪器的工作状态正常，每次测量时间设定为60 s。本次工作对安徽铜陵杨山冲尾矿的54 件尾砂样品进行了系统的p-XRF 测试分析，部分元素的p-XRF检出限见表1。

表1 奥林巴斯p-XRF地球化学模式仪器检出限Table 1. Detection limits of Olympus p-XRF in the geochemical mode

3 p-XRF与全岩主微量分析结果对比

本次工作采集杨山冲尾矿库尾砂样品的主微量分析在广州澳实分析检测有限公司完成。分别采用三种测试方法测定样品中的不同元素含量，四酸消解法电感耦合等离子体发射光谱与质谱测定超痕量元素和稀土元素含量、熔融法电感耦合等离子体质谱测定稀土元素的含量和X 射线荧光光谱仪低硫低氟测定岩石主量元素含量。

3.1 Fe、Cu、S数据对比结果

尾砂样品的主要元素铜、铁、硫的p-XRF 测试分析结果和全岩分析结果对比表明，两种方法测试的铜、硫、铁三种元素分析数据吻合性均较好，相关系数在0.9 以上，其中铜和铁的p-XRF 分析结果均稍低于实验室全岩分析结果，而硫元素的p-XRF分析结果稍高于实验室全岩分析结果。尾砂样品的Fe、Cu、S 三种元素的矫正曲线见图2。

图2 尾砂样品的铁、铜、硫元素测试矫正曲线Figure 2. Calibration curves of determinations of iron, copper and sulfur elements in tailings samples

3.2 微量元素数据对比结果

本次工作对杨山冲尾矿样品的Co、Ni、V、Zn、Se、Ti、Sr、Cd、Ag、Zr、Y等微量元素的p-XRF分析结果和实验室全岩分析结果进行了对比分析（表2）。通过对比分析可知，p-XRF对于微量元素分析结果可以分为以下三种情况：

（1）p-XRF分析结果和实验室全岩分析结果基本一致。p-XRF 对于Se、Ti、Sr、Zn、Mn、As、Rb、Mo 几种微量元素测试结果具有较高的准确度，上述元素的相关系数均大于0.95（表2）。以Sr 元素为例，p-XRF分析结果和实验室全岩分析结果几乎一致（图3）。因此，可以用p-XRF直接在野外测量尾砂的上述几种微量元素含量。

图3 Sr元素p-XRF分析结果和湿化学分析结果对比图Figure 3. Comparison between p-XRF analysis results and wet chemical analysis results of Sr element

表2 部分元素p-XRF分析结果和全岩分析结果校正曲线方程Table 2. Calibration-curve equations of p-XRF analysis results and whole-rock analysis results of some elements

（2）p-XRF分析结果可以定性分析元素含量的变化趋势。p-XRF 分析尾砂样品的Ni、Zr 等元素普遍高于实验室全岩分析结果，且变化趋势一致（图4）。在野外快速分析时，可以用p-XRF 直接测量，通过矫正曲线换算后得出可靠的数值，或直接用p-XRF分析结果来确定上述元素的高低变化趋势。

图4 Ni元素p-XRF分析结果和全岩分析结果对比Figure 4. Comparison between p-XRF analysis results and whole-rock analysis results of Ni element

（3）p-XRF反映测量元素的有无。尾砂的p-XRF分析得出的Co、Cr、V、Nb、Ag 等微量元素含量，与实验室全岩分析结果无相关性。如两种测试方法的Co元素含量对比表明（图5），p-XRF 分析结果均大于实验室全岩分析结果，但二者之间无相关性，p-XRF 分析结果既不能反映元素含量的具体数值，也不能反映相应的趋势变化。对于这些微量元素，p-XRF只能得出尾砂中有无该元素的结论，如果需要关注尾砂中上述元素，则需要采用其他分析测试方法。

图5 Co元素p-XRF分析结果和全岩分析结果对比Figure 5. Comparison between p-XRF analysis results and whole-rock analysis results of Co element

4 结论

（1）尾砂样品的主要元素p-XRF分析结果与实验室全岩分析结果具有较好的相关性，p-XRF可用于尾砂样品的主要元素快速定量分析。

（2）p-XRF 对于尾砂中Se、Ti、Sr、Zn、Mn、As、Rb、Mo等微量元素的测试结果具有较高的准确度，可用于野外快速分析。

（3）p-XRF 对于尾砂中Co、Cr、V、Nb、Ag 等微量元素的测试结果误差较大，只能给出定性的分析结果。