岩矿中稀有金属元素的化学分析

孙鹏(吉林省冶金研究院检测中心，吉林 长春 130000)

0 引言

岩矿中含有一定量的稀有金属元素，这些稀有金属元素对于工业和科研等领域有着较为重要的作用，因此也带动了化学分析方法的发展进步，当前已经存在关于稀有金属元素化学分析的多种方法，如：定性、半定量和定量方法等。但由于岩矿中的稀有金属元素成分较为复杂，且容易因外界因素而出现变化，因此仍需对化学分析方法做进一步研究，确保其得以有效应用。

1 岩矿中稀有金属元素化学分析的主要模式

1.1 全分析模式

全分析模式能够对岩矿中的所有化学成分进行分析测量，其在实际应用时，主要基于光谱法进行，以此实现对岩矿中各种化学元素的种类，以及各种元素含量占比等内容的分析，而后还可实现对稀有金属化学元素的重点分析。整体来看，这种分析模式的分析结果较为全面和准确，但由于其工作量较大，因此其需要较高的分析成本。对于很多实际情况而言，岩矿分析只需找出少数所需要的稀有金属元素，并不适用全分析模式，因此这种模式的实际应用相对较少[1]。

1.2 普通分析模式

相较于全分析模式而言，普通分析模式主要是针对岩矿中少数的特定化学元素进行分析，而对其他化学元素则不进行分析检测。在实际应用中，这种分析模式主要用于分析岩矿中较具有应用价值的稀有金属元素，以提高化学分析工作的效率。其亦可实现对多种岩矿样品中同种化学元素的分析[2]。

1.3 组合分析模式

组合分析模式是上述两种模式的有机结合，属于一种较具系统性的分析模式，在这种分析模式下，其能够对岩矿中的稀有金属元素成分及分布情况等进行较为准确的分析，这对一些成分较为复杂的岩矿分析工作而言较有优势，其分析准确性较高，不仅能够实现高效的分析，而且还能为后续的岩矿勘测和开采提供指导性意见[3]。

2 岩矿中稀有金属元素的化学分析方法和过程

2.1 稀土元素的化学分析方法和过程

稀土元素指的是镧系元素以及钪、钇两种元素，共计这17种元素的统称，其在各种高精尖领域的研发生产等多个环节都发挥着至关重要的作用，同时其也有助于研究土壤形成岩石这一过程的机理。一般来说，如果岩石中的钠含量较高，则岩石中的稀土元素含量也相对较多。在以往的ICP-MS法检测中，研究人员发现，稀土元素在地壳中的含量大约在0.01%～0.02%，主要集中于浅层和中层岩矿中，如黑稀金矿和独居石等，而在深层酸性岩石中的含量则相对较低。

目前，岩矿中稀土元素总量的化学分析方法已经相对较多，主要为以下三种方法：(1)使用高温熔融状态下的过氧化钠，对矿样进行分解处理，而后去除矿样中的杂质；(2)使用草酸盐分离重量法，该方法所采用的试剂较多，包括盐酸、氨水、草酸、丙酮、硝酸和氯化铵等；(3)将岩矿样品使用酸溶解后，再使用PMBP-苯萃取，而后使用铀试剂3进行比色，准备六次甲基四胺缓冲液(pH值为5.5)，让PMBP与稀土金属元素的离子进行反应，生成络合物后再进行萃取。当然，在萃取过程中，除了稀土金属元素之外，还包括一些重金属元素离子及其水解物等。同时，为了避免钛和锆对化学分析结果造成影响，通常采用磺基水杨酸作为掩蔽剂，并调节pH值，消除这两种金属离子的干扰，对于铅离子的干扰则通常加入铜试剂予以解决。在解决以上问题后，再使用甲酸溶液对反应体系进行反萃取，在反萃取过程中，各种稀土元素将转入水层，而其他金属元素则停留在有机层中，由此则实现了有效分离稀土元素的目标，进而可以实现准确的化学分析。

当然，在实际的测定过程中，如果稀土元素的含量低于0.1%，则上述方法的局限性就较为凸显，很难得出准确结果。因此在这种特殊情况下，通常采用比色法、光谱法或X光谱法进行[4]。

2.2 锂元素的化学分析方法和过程

相对于稀土元素而言，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则存在较大的差异。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搅拌，待三种成分全部搅拌均匀后，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，反复过滤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。

3 提高分析岩矿稀有金属元素化学能力及水平的有关策略

3.1 完善岩矿稀有金属元素化学分析制度体系

要确保岩矿稀有金属元素化学分析工作能够有条不紊进行，相关制度体系的约束性作用是必不可少的。通过建立科学合理的制度体系，能够引导化学分析工作始终按照相应标准规范加以开展，以实现化学分析工作的标准化和规范化。因此，完善岩矿稀有金属元素化学分析制度体系已成为当前的一项重要任务。具体来看，一方面，要始终以科学的角度着手构建制度体系，基于当前科学技术发展的实际状况来制定完善的化学分析制度体系，做到“与时俱进”；另一方面，要基于当前的化学研究现状，对现有的稀有金属元素化学分析制度结构进行适当的优化调整，剔除已经明显与时代不符的内容，添加适当的新内容，确保能够始终满足岩矿稀有金属化学分析工作的实际要求[5]。

3.2 提高科研人员的化学分析专业能力水平

岩矿中稀有金属元素的化学分析效果还在很大程度上取决于科研人员的化学分析专业能力。因此，有关单位要注重科研人员能力水平的提升，通过这种方式，能够不断解决我国分析岩矿稀有金属化学成分工作中存在的不足之处，同时，在部分核心技术受到限制的背景下，这种方式更具实用性。具体来看，在提升科研人员能力水平的工作中，应当着重考虑以下四方面的内容：(1)科研人员应当对稀有金属元素的化学分析有较多的了解，能够根据分析结果判断分析结果是否准确，以及其他可能出现的影响；(2)当部分稀有金属元素分析设备因特殊情况无法使用时，应当能够及时采取替代方式，将影响程度降到最低；(3)科研人员应当具备预防危险事故和解决危险问题的能力；(4)在化学分析过程中，要严格根据标准规范进行操作。

4 结语

总的来看，随着科学技术的不断发展，当前针对岩矿稀有金属元素的化学分析方法已经相对较多，但这些化学分析方法的适应范围存在差异，且分析的效率和准确性也各不相同。因此，在实际工作中，要进行更为深入的研究，将更多的先进技术和先进工艺应用到化学分析环节当中，以提高工作效率和分析的准确性，以加强对稀有金属元素的提取和利用，为中国的工业和科研等领域的发展建设提供更加有力的保障。