金属矿床矿物化学成分特征分析

2021-12-28武永梅

中国金属通报 2021年15期

武永梅

（辽宁省第四地质大队有限责任公司，辽宁阜新 123100）

近些年来，我国对于矿物化学成分的分析越发地重视，分析矿物化学成分可以有效分析矿山组成，矿床特点等，为找矿和采矿都提供了诸多新的思路和方法。矿物化学成分就是矿物的组成，从矿床中挖掘到的矿物都是由各种各样的元素组成的，其中包括硅、硫、铁、钾、钠、镁、钙等，这些元素在矿物中含量不同组成的矿物也不同。但由于传统的检测方法存在耗时过久，且精准度不高的问题，导致检测矿物化学成分时工作效率低下，不能高效的完成检测工作，对矿体的分析工作也产生了一定的阻碍。目前，外国对于矿物化学成分的研究已取得一定的进展，而我国的分析方法还存在一定的不足。针对以上问题，提出金属矿床矿物化学成分特征分析。为分析矿物化学成文特征提供新方法。

1 金属矿床矿物化学成分特征分析方法

1.1 选择激光剥蚀条件

分析金属矿床矿物化学成分特征，选用LA-ICP-MS分析法。在检测不同的矿物化学成分元素时，由于元素特性不同，在激光剥蚀过程中反应的条件也不同，因此针对不同的元素选择不同的激光剥蚀条件[1]。而激光剥蚀的各条件之间也存在一定的关系，我们可以用下列公式（1）表达。

其中，w代表在一定时间内激光剥蚀的样品矿物体积；h代表为激光剥蚀频率；l代表的为激光剥蚀速率；j代表为矿物样品的化学密度；t则代表为激光剥蚀中束斑直径。首先从剥蚀速率来看，不同矿物所含的化学成分由于含量不同，其剥蚀速率也不同，但剥蚀速率与矿物化学成分的密度关系是成正向比例的。若在同等密度下，含有硅酸盐成分的矿物剥蚀速率远低于其他矿物，例如橄榄石。其次剥蚀深度的不同也会影响剥蚀的矿物孔径[2]。因此需要使用激光脉冲，降低剥蚀深度对矿物孔径的影响，同时降低剥蚀坑的直径比，这可以有效改善分馏效应，使检测矿物化学成分更加准确。然后在进行激光作用时，需要保持矿物样品的表面有足够强的能力密度，并采取激光能力较高的激光束作用，这种选择可以降低样品的基体效应，避免基体效应影响检测结果造成数据误差的出现，但同时选择激光能力较高的激光束作用会出现气溶胶颗粒变大的可能[3]。最后需确定检测时的载气类型，载气类型可以影响LA-ICP-MS分析法的灵敏度，例如在189nm波长下，检测的灵敏度最好，但矿物颗粒直径会变大。因此，本文选择线扫描剥蚀的方法，可以有效稳定灵敏度以及控制分析的信号稳定。

1.2 校正灵敏度漂移

校正灵敏度漂移是LA-ICP-MS定量分析法中极为重要的一个环节，灵敏度漂移对确定元素含量有极大的影响。主要的灵敏度漂移影响有两点，一是在上文论述中的激光剥蚀过程，在激光剥蚀过程中离子透镜会发生沉积现象，这就需要人工进行擦拭，保证离子透镜不发生沉积，这种沉积就会造成灵敏度漂移行为[4]。还有聚焦程度以及激光强度，聚焦程度不足，激光强度弱或者是过强也均会造成灵敏度漂移的效果。一般情况下，校正灵敏度漂移采用的都是添加同位素的方法，但灵敏度漂移与质量数有关系，添加同位素的方法并不适用LA-ICP-MS定量分析法[5]。因此在LA-ICP-MS定量分析法测量金属矿床矿物化学成分特征中，选择适当聚焦程度和激光强度，根据元素的不同，确定内标校正。在分析前，需要连续不断的根据校正标准进行灵敏度漂移校正，也可以通过校正信号强度来进行。采用拟合多项插值的方法，对关于质量数的灵敏度进行校正[6]。

1.3 定量算法获取成分特征

使用LA-ICP-MS定量分析法测量金属矿床矿物化学成分特征，需要先确定内标归一和保证外标准确，在此之下将内标与外标结合，再进行定量计算，其公式如下列式子所示。

其中，Yic表示为元素定量；表示为样品i中元素c的表达信号；表示为样品i中校正物质的表达信号；表示为样品i中代表元素ic的含量；表示为样品i中校正物质中元素ic的含量[7]。在使用LA-ICP-MS定量分析法测量金属矿床矿物化学成分特征时，还需要注意剥蚀过程中的各项比值，某些元素比值会根据时间产生变化，所以控制检测时间，采用独立方法检测[8]。而且，若样品中校正物质不同，对矿物化学成分特征的检测结果也会发生变化，因此也要保证样品中校正物质相同。通过内外标法进行定量分析，例如测量闪锌矿中Zn成分，若测量Zn元素的同位素校正物质存在杂质，则通常测量结果会比正常测量含量要低。而若是检测含水矿物时，就需要先通过矿物成分的分子式，计算所挥发的大致含量，测量外标校正物质的矿物含量。使用LA-ICP-MS定量分析法检测全岩化学成分特征时，还可以选择稀释同位素，这就避免了使用外标的标准液物质，可以对流体包裹体进行定量分析，从而获取该矿物的成分，用来分析确定包裹体中同位素含量，从而分析矿物化学成分[9]。因此，LA-ICP-MS定量分析法可以有效获取矿物化学成分特征。

2 实验论证分析

2.1 实验准备

根据上述的LA-ICP-MS定量分析法，测试闪锌矿的主要成分，本文选取两种传统方法作为对照组A和对照组B，本文方法作为实验组。为保证实验结果准确，首先对采集的闪锌矿和黄铁矿进行碎样，此过程保持无污染状态，然后去除脉石矿物，保证单矿物颗粒。在使用电分离的方法，分离出闪锌矿与黄铁矿，最后对杂质进行分离，得到闪锌矿颗粒和黄铁矿颗粒。之后采用酸溶法，在电感耦合等离子体质谱仪中进行检测。

2.2 测试结果

对该单矿物颗粒分别进行20组测试，并记录数据。对比本文方法与传统方法的测试所耗时间。下表1为检测闪锌矿化学成分所耗时间数据表。

表1 检测闪锌矿化学成分所耗时间数据表（s）

根据上述表1数据所示，经过20组实验测试，发现代表第一种传统方法的对照组A检测闪锌矿成分平均所耗时间为60.856s；代表第二种传统方法的对照组B检测闪锌矿成分平均耗时为33.585s；代表本文方法的实验组检测闪锌矿成分平均耗时为1.690s；计算对比三组数据的平均所耗时间，实验组比对照组A和对照组B检测闪锌矿所耗时间分别少了59.166s和31.625s。下表2是三组方法检测黄铁矿化学成分所耗时间数据表。

表2 检测黄铁矿化学成分所耗时间数据表（s）

根据上述表2数据来看，检测黄铁矿化学成分比检测闪锌矿化学成分整体所耗时间延长。对照组A检测黄铁矿化学成分所耗时间在88.165s~105.664s，对照组B检测黄铁矿化学成分所耗时间在50.551s~68.456s之间，实验组检测黄铁矿化学成分所耗时间在2.001s~6.818s之间。经计算得知，对照组A、对照组B、实验组检测黄铁矿化学成分平均耗时分别为95.396s、56.642s以及5.042s，可以看出，代表本文方法的实验组比代表两种传统方法的对照组分别快了90.354s和51.600s。通过上述对闪锌矿和黄铁矿两种矿物化学成分的检测，本文方法所耗时间最少，说明本文方法更为优秀。