矿石中微量元素的测试分析方法探讨

矿石中微量元素的测试分析方法探讨
李 洁
（山东省第一地质矿产勘查院，山东　济南　２５００１４）
摘 要：在地球化学领域中微量元素起着与同位素同等重要的作用。

微量元素在成岩成矿作用中扮演重要角色。

研究表明，矿物微量元素特征研究已经成为研究矿床成因的一种新方法。

在有些矿床中，矿石矿物成矿含有的金属元素过高，对其微量元素分析产生困难。

找出与矿石微量元素测试分析相对应的方法及仪器设备是本文讨论的重点。

关键词：地球化学领域；微量元素；矿石及围岩；成因意义；
中图分类号：Ｐ６１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１６）１９－０１３１－２
Discussion on the test and analysis method of trace elements in ore
LI Jie
（Ｎｏ．１　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉ＇ｎａｎ　２５００１４，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｐｌａｙ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．　Ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｐｌａｙ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｉａｇｅｎｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ．　Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｓｉｓ　ｏｆ　ｏｒｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｓ．　Ｉｎ　ｓｏｍｅ　ｏｒｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｓ，　ｔｈｅ　ｏｒｅ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｃｏｎｔａｉｎ　ｈｉｇｈ　ｍｅｔａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｏｒｅｓ．
Keywords: ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｆｉｅｌｄ；　ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ；　ｏｒｅ　ａｎｄ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ；　ｇｅｎｅｔｉｃ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ；
微量元素地球化学是近现代地球化学一个比较重要的分支学科，也是地球化学领域不可缺少的部分。

微量元素在矿石中含量极其微少，其浓度在地球化学中可发生明显变化，因此可作为地球化学“示踪剂”。

将矿石与围岩中微量元素信息特征相关性进行比较，可推测矿床的成矿物质来源。

人们通过近现代手段检测矿石在构造和特性的细微差异，可分析和推测矿石形成的物理及化学条件和地质条件，由于许多成因类型的矿床中都有同一矿石产出，对矿石标型特征分析意义重大[1]。

对矿石中微量元素的分析方法有：电子探针分析法、中子活化分析法、等离子体光谱法、质谱法及同位素稀释质谱法。

本文着重论述常用的离子体光谱法与电子探针分析法在矿石微量元素检测当中的实际应用。

1 地球化学中微量元素
地壳中O、 Si、Al 、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等九种元素的总重量丰度占99%左右，除此九种外的其它元素都称作微量元素或（痕量元素、杂质元素、副元素、稀有元素、次要元素等）。

微量元素在矿石中含量在0.1%-1%之间。

主要元素与微量元素的区分因研究对象的不同而主次各异，对微量元素公认的特征是它的低浓度，不能单独成矿。

1.1 微量元素的赋存状态和地质作用
微量元素存在的主要形式有①独立矿物：如独立矿物锆石中Zr元素。

②类质同象混入物：如Ta主要置换Nb存在于铌的独立矿物中。

③非类质同象混入物：又称作规则连晶混入物，如金属花岗岩中Nb、Ta、Sn等元素以细小矿物的形式被包裹于造岩矿物中。

④吸附：微量元素以离子状态吸附在矿物表层。

微量元素在成矿成岩的作用表现在鉴别元素活动性、变质岩的原岩恢复和沉积岩的物源、判别岩浆分异演化过程、计算成岩成矿作用的物理及化学条件、提供矿质来源成因等信息、地质体含矿性评价及成岩成矿的构造环境判断[2]。

1.2 微量元素的应用
微量元素在成岩成矿研究中发挥了非常重要的作用。

在矿床学的应用中也占据着非常重要位置。

对矿床的微量元素含量及分布进行测量研究，除了提供了矿床成因及矿质来源等信息外还表明了矿床中金属硫化物及稀有元素矿物的分布特征。

1.3 微量元素变化控制因素
导致微量元素变化的主要原因是原岩组成不均一和退变质作用。

原岩组成不均是因为岩浆的分离结晶。

在很多学者研究中较著名的是钙碱性系列的鲍温反应趋势、拉板玄武岩系列的分异趋势等。

而所有退变质作用影响了物质成分的迁移，在元素迁移的过程中伴发着退变质矿物的组合转化[3]。

作为元素载体的流体在退变质过程中帮助完成了物质迁移和扩散，并在流体渗滤过程中进行大量元素交换以达到平衡。

结果表明，主、微量元素受到流体和矿物相组合控制发生变化。

2 矿石微量元素检测方法
矿石微量元素的检测技术有：电子探针分析法、中子活化分析法、等离子体光谱法、质谱法及同位素稀释质谱法。

2.1 离子体光谱法
离子体光谱法测定实验的精度很高，在线性范围内数据精确度可达到0.0001，然而，光谱法也是一种容易受到干扰的测定方法，常见的干扰因素有基体效应和谱线干扰。

离子体进行矿石鉴定是一种常见的鉴定方法，该方法具有简单、便捷、准确率高等优点，在地质研究、矿物勘探等领域有着广泛的应用。

（下转133页）
收稿日期：２０１６－０９
作者简介：李洁，生于１９８２年，女，新疆人，本科，地质实验工程师，研究方向：岩矿测试。

开采能够更加高效，为煤矿开采企业带来更多的收益，因此半连续开采工艺在实际的煤矿开采作业中要如何应用，成为了一大难题，下文将针对这一问题进行说明。

2.1 半连续开采工艺的应用
在我国的煤矿资源中，露天煤矿占有着一定的比例，而且这个比例正在不断的提高，而在露天煤矿中，使用半连续开采工艺往往会收获到意想不到的效果，因此越来越多的煤矿开采企业选择了这一方式进行煤矿开采。

要在实际的开采作业中使用这个工艺，首先需要确定煤矿的开采条件，根据实际开采条件，选取合适的开采方式进行作业。

开采方式的不同主要体现在了开采方式、运输方式、破碎机选择上，而这三者的选取以及简单的选取方式在上文中已经有所说明，在此不再进行说明。

2.2 半连续开采工艺的发展
在目前的煤矿开采中，越来越多的企业选择了半连续开采工艺，然而该工艺技术的使用有一定的条件限制，不仅仅
是其对环境有所要求而造成的限制，还有造价对经济效益的影响。

半连续开采工艺本身的技术要求比较高，因此很多设备都需要购买、养护，因此建立这一系统就需要一定的造价，另一方面，在使用这一工艺模式时，造价投资与经济收益之[1] 王海君,李克民,陈树召等.内排条件下露天矿剥离半连续工艺应用范
围研究[J].采矿与安全工程学报.2013,13(5):761-765.
[2] 苏迁军,李小双,朱建新等.高寒气候条件下露天矿实施半连续采煤工
艺措施降本增效[J].露天采矿技术.2015,15(12):32-35
[3] 张洪,贺永军,刘梅等.露天煤矿剥离半连续开采工艺系统及其应用的
研究[J].
露天采矿技术.2013,18(1):9-13.
间的平衡需要进行一定的评估，不能由于前期太多的投资造成后期的资金跟进不上，从而影响企业的经济收益，因此半连续开采工艺的发展与其经济收益有一定的关系。

3 结语
通过上文，可以看出有越来越多的煤矿开采企业开始选择半连续工艺进行煤矿开采，半连续工艺技术的使用使开采效率大大提升，然而半连续工艺的使用本身的成本就比较高，而且技术含量要求也同样不低，因此在建立这一开采模式之前，务必要针对煤矿的开采情况进行分析评估，另一方面由于针对设备的引进、维修同样需要大量的人力物力，因此半连续工艺虽然能够为煤矿开采带来诸多好处，但是由于其造价成本较高，依旧需要一定的改善，相信未来在这一技术上能够得以突破，能够在我国的煤矿开采上得到更普遍的应用。

（上接131页）
离子体发射光谱法需要电感耦合等离子体发射光谱仪一台，以美国Thermo公司的ICAP6300型电感耦合等离子体发射光谱仪为例，该仪器工作功率1200w，长、短波曝光时间分别为3s和5s,辅助气流量0.5L/min,可用于多种矿石、岩石的鉴定，且测量效率很高，能够同时进行多组实验，适合大批量的样本测试。

一般用来对矿石中的铜铅锌进行测定。

首先，将实验矿石样本取出，清除表面杂物，后用烘干机干1h,待样本完全干燥后，将矿石样本粉碎，准确称取0.2500g(样品于100mL烧杯中，加少量水润湿，再加入20mL稀盐酸溶液进行酸化，进行摇匀，待溶液稳定后，盖上表面皿，将样本放置在加热板上加热25-35min,然后取出实验样本，缓慢注入20mL王水，再次盖上表面皿。

将样本再次加热、蒸干、蒸至体积为3-5mL左右时停止加热，用容器的余热继续蒸干，直至样本剩余2mL左右时停止，然后，加入2mL浓盐酸提取，用水转移至50mL容量瓶，定容，摇匀，放置过夜。

第二天即可使用上述电感耦合等离子体发射光谱仪用ICP-OES进行光谱测定，测定时要采取适当的误差消除措施。

2.2 电子探针分析法
电子探针分析法：以动能为10~30千电子伏的细聚焦电子束轰击试样表面然后对微区成分进行定量分析的一种材料物理试验。

其分析的范围在1微米之内的所有元素。

可全方位方便的进行元素分析获得元素分布图像。

定性分析：①点分析，测试样上指定点的化学成分。

②线分析，测定元素沿直线分布情况。

③面分析，测定元素面分布情况。

定量分析：先测得试样中元素的强度。

同条件下测出已知纯元素的特征，扣除背底对所测值的影响，相除两个相应的强度值得到强度比，最后进行原子序数效应、吸收效应和荧光效应的修正。

电子探针最早应用于金属学。

它还用于研究金属材料的氧化和腐蚀、测定薄膜、渗层或镀层的厚度及成分等。

2.3 矿石分析仪的产品应用
在对矿石元素的分析上能够①快速普查大范围的矿区，实时的勘察。

②发现异常状况找出富矿区。

③有效地寻找矿体边界地带。

④建立高效开采和富集的过程。

⑤判定开采带走向，避免错误开采。

⑥提供矿石采集和收购价值的依据。

⑦对残存的矿石元素分析，再判定其价值。

⑧对矿石浓缩和熔炼过程中进行品检，确定品位。

⑨对污染控制和补救方法的深度分析提供理论依据。

3 结语
对矿石中的微量元素进行测试与分析，得到不同来源的成矿物质由特定的微量元素组成，通过微量元素比值及其相互间关系，可指示成矿物质来源既微量元素成岩成矿物质来源示踪（application of trace element ore-rock-forming）。

对矿石的微量元素进行分析，对开采与评估具有重要的指导意义，选取方便经济快捷的测试方法是本文讨论的主要目的。

[1] 岑况.共存矿物溶解度与硫化物金属成矿作用.地质学报，
1999,73(3):243-249.
[2] 储国正，吴言昌，刘光华，等.安徽铜陵鸡冠石银(金)矿床地质地球化
学特征.地质地球化学，2000,28(3):31-40.
[3] Arthur WR and Donald MB.Hydrothermal alteration.
Geochemistry ofhydrothermal oredeposits.1979:173-236.。