岩矿中稀有金属元素化学分析探析

摘要：稀有金属已经成为我国各行业中必不可少的元素之一，而大多数稀有金属元素来自岩矿中。研究者可通过一定的化学分析方法检测岩石矿物中稀有金属元素的组成与含量，这为勘察岩矿中稀有金属提供了便利。由于化学分析方式相对较为便捷，现已成为勘察岩矿中稀有金属元素的主要方式之一。

关键词：岩矿；稀有金属元素；化学分析1稀有金属元素化学分析方法的重难点

本文阐述了岩石矿物中稀有金属元素的化学分析中存在的两大困难，其中稀有金属元素的化学分析技术和锂元素分离困难是亟待解决的两大难题。首先，如何选取合适的组合分析法是目前国内外学者普遍关注的一个问题，也是目前稀有金属元素化学分析中的一个难点；其次，由于稀有金属元素的分离难度很大，因此其分离问题一直没有得到有效的解决。另一方面，由于化学分析技术的不断发展，使得锂离子的分离成为人们关注的焦点。通过对锂离子分离技术的探讨与研究，研究者们提出了有针对性的开发和创新技术，使其能够更好地分离出锂元素，从而极大地提升了分离效率。目前通过化学分析技术方法解决上述两大问题还较为困难。

2分析岩矿使用的化学方法

2.1全面检测分析法

目前，岩矿的全面检测分析法是一种综合分析法，是一种精度要求较高的测试方法。它的主要测试步骤是：将原矿碾碎，磨碎，再用ICPAES、IR荧光光谱仪等光谱仪，对岩石中的元素进行全面的分析。这种方法需要对岩石中所有元素进行全面的分析，而岩矿中的稀有元素一般只有一两种，这就导致了整个测试和分析的成本都很高。全面检测分析法通常是在岩石样品未通过化学手段处理之前，对岩石的成分进行分析的，结果见表1。由此可见，在对各种元素进行测定时，全面检测分析法具有很大的优势，这也是岩矿分析过程中所使用的主要分析方法。而在对少数稀有金属元素进行测试时，全面检测分析法并非最佳分析手段。

2.2普通检测法

相比于全面检测分析法，普通检测法主要是将岩石中的某一种特定的化学元素进行分析，忽略其他不需要的化学元素，这种方法在工业上有很高的应用价值。不同的元素，其化学检测方法也不同。通过普通检测方法可以更加系统地分析每一种岩石矿物的成分，并对其中的有用成分进行定量测定。

2.3组合检测比较法

组合检测比较法也可以说是一个比较系统的取样分析法，它能够更全方位地掌握矿石中最有价值的元素、成分的组成与分布情况，和其他的方式比较，组合检测比较法更适用于各种微量元素的检测，并且其结果的精确度也较高。在地壳中，钒、锆、钛的含量要高于普通有色金属铜、锌、镍、钴、铅、锡。稀有金属的分布分散，通常会和其他金属伴生，这就导致了需要用到组合检测比较法进行研究。比如，在分析金银矿时，金银矿中往往含有大量的伴生元素，这些元素的储量很大，在分析金、银的时候，还需要对其进行分析，以提高矿石的利用率。通过组合检测比较分析法得到检测结果见表2。

3分析锂元素的方法研究

3.1分离锂元素的方法

要从矿石中提取出锂，首先需要将其分离出来。锂元素的化学稳定性本身就较差，容易受到其他因素干扰，导致最终的检测结果出现偏差。因此最严谨的提取方法是将其从矿石锂中分离出来。近年来，有机溶剂萃取分离、化学氯化等特种冶金技术在有色金属冶炼中的应用不断成熟。利用有机溶剂纯化技术和独特的离子交换技术，分离净化了铍、锂、铷、铯、钽、钨、钼、镓、锗等稀有金属元素；另外，采用熔盐电解法和金属热还原法制备生产钴、铍、铋、钒等，并对其他稀土元素进行了研究。

一般来说，对于不同的金属，其溶液中的氯化物溶解度也有不同，如锂的氯化物溶解性很高，但是氯化锂的立体性结构和氯化钾的结构却十分相似，并且氯化锂之间不存在强离子键，因此，100 mL水能完全溶解67 g氯化锂，但其在有机溶剂，例如乙醇、丙酮、吡啶中难以溶解。由于金属锂和其他氯化反应物在有机溶剂和水溶液中的溶解度具有显著的差异，因此可以通过这种方式进行分离。从而达到较高的分离效率。试验结果显示，在戊醇中，金属氯化锂（LiCl）的溶解率为65.4 g/100 mL，而其余的金属氯化物（来自锂辉石伟晶矿）在戊醇中的溶解性一般为0.007 8 g/100 mL。这样，通过利用有机溶剂和水溶液密度区别以及互不相溶的原理，就能实现锂物质的有效分离。在元素周期表中，硒和碲是比较典型的亲铜元素，而硫是岩浆中的主要元素。诺达克氏试验结果显示，在原始岩浆中，硒的含量是196 g/t，碲的含量大约是2 g/t。采用化学熔融的方法，可与铅、铜、银等元素进行复合，生成各种硒化物。碲还可以和银、金、汞、铁等元素进行物理化学结合，从而生成各种碲化物。根据研究，火山喷发产生的自然硫化物中，含硒量在3%～5%。另外，硒、碲在自然界中的分布也是非常广泛的，并且它们可以稀散游离的状态存在，当游离的硒和碲被空气中的氧气氧化，就会形成氧化硒和氧化碲。

对于镉元素和碲元素的研究方法有很多种，例如目前最常用的质量法，一般是在浓盐酸溶液中将二氧化硅（或它的饱和溶液）和二氨盐酸盐搅拌，使得镉元素和碲元素还原至单体状态，然后置于熔融的玻璃坩埚内，以110～125 ℃烘干，进行称重计数。硒和碲的含量也可以采用比色法来计算，一般在添加少许的动物胶、阿拉伯胶和少许铜盐的前提下，用10%SnCl2溶液把硒和碲各自还原成单体状态，然后再利用紫外光进行比色鉴定。此外，硫化矿、金银矿中普遍存在硒、碲，通常采用硝酸初步分解处理。若矿石中存在大量硫化物，则可加入少量KI加速其分解。对于一些不能溶于酸的矿物，可以在高温下用碱或酸溶液将其转化为可以溶于水的盐类物质，一般不使用也不能使用熔化工艺。

3.2确定分析检测方法

本文中主要是使用质量法来测定金属锂的浓度。即通过对最终产物Li2SO4进行称量，从而确定锂元素的含量。首先，用碳酸钙（CaCO3）和氯化铵（NH4Cl）将岩石试样分解，以便除去Ca元素，得到碱金属的混合氯化物；然后，通过加热气化的手段除去其中的无水丙酮（CH3COCH3）；按照金属氯化物的溶解度差异（物理特性），将锂分离，置于丙酮中，在高温下进行蒸馏，再以1∶1的比例加入盐酸（HCl）、H2SO4中，再将其转变为硫酸锂，经过滤，烘干，称重。

3.3化学分析流程

锂元素在岩矿中的含量较高，分布范围也较广，但其在不同类型的岩矿中的分布程度存在较大的差异。根据以往的研究表明，锂元素含量最高的岩矿为花岗岩，同时花岗岩中还含有诸如硅酸盐和磷酸盐等一系列的独立矿物。目前，对锂元素的化学分析方法较多，包括质量法、光谱分析法、色谱和质谱分析法等。在这些方法中，以质量法的应用最为广泛。在应用质量法对锂元素进行化学分析时，将少量的岩矿样品与同等质量的氯化铵进行混合，研磨均匀后再加入适量的碳酸钙粉末继续进行研磨，待3种成分全部混合均匀，将混合物放置于坩埚中，先低温加热10 min，再升温至900 ℃左右，继续加热1 h后再进行冷却。待坩埚冷却至室温后，使用相应工具取出坩埚中已结块的产物，再对其进行研磨，待其研磨完成后放入烧杯中，向烧杯中加入50 mL去离子水，煮沸15 min，冷却至室温后进行过滤，过滤后得到的液体按照上述步骤重复操作2次，取过滤后的清液，加入适量的氢氧化钙饱和溶液。上述工作结束后，将现有的反应体系再次加热至沸点，使之持续沸腾，直至剩余10～15 mL液体时停止加热，向剩余液体中加入少量氯化铵、浓氨水和饱和碳酸铵溶液，对混合溶液继续加热5 min后，再进行沉淀和过滤操作，这步所得到的滤液则放置于坩埚中，在450 ℃条件下进行加热，并在加热时不断滴加浓氨水和草酸铵的饱和溶液，充分进行混合搅拌，反应完成后继续进行过滤处理，取过滤后剩余的沉淀物，放置于蒸发皿中进行蒸发，并在蒸发的过程中加入适量盐酸，以除去其中残余的水分，通过以上步骤处理后，即可得到碱金属混合氯化物。在得到碱金属混合氯化物后，将其研磨为粉末，加入无水丙酮和少量浓盐酸充分搅拌后进行过滤，取过滤后的固体物用无水丙酮进行反复处理后，对固体物进行灼烧处理，再加入过量的硫酸去除氯化物后，即可得到硫酸锂，分析硫酸锂的质量即可推导出锂元素的质量。当然，这种分析方法步骤较多，极为繁琐，也就导致一些误差几乎难以避免。对此，研究人员也致力于对色谱、质谱分析法等进行更为深入的研究。

4结语

我国幅员辽阔，矿产资源种类颇多，储量丰富，分布广泛，其中珍稀贵重金属资源丰富。珍稀贵重金属资源的开发与利用，对于我国的经济、社会发展有着重要的作用。但目前，我国对岩矿中稀有金属元素的分析技术研究还比较薄弱，存在着许多问题，限制了我国的经济发展。围绕岩矿中稀有金属，对其常见的分析方法进行了介绍，并指出现阶段岩矿中稀有金属元素的测定存在的问题和不足之处。随着地质勘查和采矿工作的开展，对稀有金属含量的分析和测量的需要不断增加，推动着相关技术水平的提升，因此稀有金属含量检测分析变得越来越重要。因此，加强对稀有金属的检测和分析，对于提高地质勘探工作的效率和增加社会经济效益具有十分重要的作用。

参考文献：

［1］孙鹏.岩矿中稀有金属元素的化学分析［J］.化工管理，2021（35）：7980.DOI：10.19900/j.cnki.ISSN10084800.2021.35.040.

［2］程学芹，李强，刘二情，等.岩矿中稀有金属元素化学分析方法浅探［J］.世界有色金属，2021（21）：152153.

［3］苏波，施春梅.岩矿中稀有金属元素的化学特性及分析构建［J］.

作者简介：廖兰科，男，湖南益阳人，工程师，本科，研究方向：岩矿分析。