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        金屬礦床礦物化學成分特征分析

        2021-12-28 02:29:06武永梅
        中國金屬通報 2021年15期
        關鍵詞:閃鋅礦黃鐵礦校正

        武永梅

        (遼寧省第四地質大隊有限責任公司,遼寧 阜新 123100)

        近些年來,我國對于礦物化學成分的分析越發(fā)地重視,分析礦物化學成分可以有效分析礦山組成,礦床特點等,為找礦和采礦都提供了諸多新的思路和方法。礦物化學成分就是礦物的組成,從礦床中挖掘到的礦物都是由各種各樣的元素組成的,其中包括硅、硫、鐵、鉀、鈉、鎂、鈣等,這些元素在礦物中含量不同組成的礦物也不同。但由于傳統(tǒng)的檢測方法存在耗時過久,且精準度不高的問題,導致檢測礦物化學成分時工作效率低下,不能高效的完成檢測工作,對礦體的分析工作也產生了一定的阻礙。目前,外國對于礦物化學成分的研究已取得一定的進展,而我國的分析方法還存在一定的不足。針對以上問題,提出金屬礦床礦物化學成分特征分析。為分析礦物化學成文特征提供新方法。

        1 金屬礦床礦物化學成分特征分析方法

        1.1 選擇激光剝蝕條件

        分析金屬礦床礦物化學成分特征,選用LA-ICP-MS分析法。在檢測不同的礦物化學成分元素時,由于元素特性不同,在激光剝蝕過程中反應的條件也不同,因此針對不同的元素選擇不同的激光剝蝕條件[1]。而激光剝蝕的各條件之間也存在一定的關系,我們可以用下列公式(1)表達。

        其中,w代表在一定時間內激光剝蝕的樣品礦物體積;h代表為激光剝蝕頻率;l代表的為激光剝蝕速率;j代表為礦物樣品的化學密度;t則代表為激光剝蝕中束斑直徑。首先從剝蝕速率來看,不同礦物所含的化學成分由于含量不同,其剝蝕速率也不同,但剝蝕速率與礦物化學成分的密度關系是成正向比例的。若在同等密度下,含有硅酸鹽成分的礦物剝蝕速率遠低于其他礦物,例如橄欖石。其次剝蝕深度的不同也會影響剝蝕的礦物孔徑[2]。因此需要使用激光脈沖,降低剝蝕深度對礦物孔徑的影響,同時降低剝蝕坑的直徑比,這可以有效改善分餾效應,使檢測礦物化學成分更加準確。然后在進行激光作用時,需要保持礦物樣品的表面有足夠強的能力密度,并采取激光能力較高的激光束作用,這種選擇可以降低樣品的基體效應,避免基體效應影響檢測結果造成數(shù)據(jù)誤差的出現(xiàn),但同時選擇激光能力較高的激光束作用會出現(xiàn)氣溶膠顆粒變大的可能[3]。最后需確定檢測時的載氣類型,載氣類型可以影響LA-ICP-MS分析法的靈敏度,例如在189nm波長下,檢測的靈敏度最好,但礦物顆粒直徑會變大。因此,本文選擇線掃描剝蝕的方法,可以有效穩(wěn)定靈敏度以及控制分析的信號穩(wěn)定。

        1.2 校正靈敏度漂移

        校正靈敏度漂移是LA-ICP-MS定量分析法中極為重要的一個環(huán)節(jié),靈敏度漂移對確定元素含量有極大的影響。主要的靈敏度漂移影響有兩點,一是在上文論述中的激光剝蝕過程,在激光剝蝕過程中離子透鏡會發(fā)生沉積現(xiàn)象,這就需要人工進行擦拭,保證離子透鏡不發(fā)生沉積,這種沉積就會造成靈敏度漂移行為[4]。還有聚焦程度以及激光強度,聚焦程度不足,激光強度弱或者是過強也均會造成靈敏度漂移的效果。一般情況下,校正靈敏度漂移采用的都是添加同位素的方法,但靈敏度漂移與質量數(shù)有關系,添加同位素的方法并不適用LA-ICP-MS定量分析法[5]。因此在LA-ICP-MS定量分析法測量金屬礦床礦物化學成分特征中,選擇適當聚焦程度和激光強度,根據(jù)元素的不同,確定內標校正。在分析前,需要連續(xù)不斷的根據(jù)校正標準進行靈敏度漂移校正,也可以通過校正信號強度來進行。采用擬合多項插值的方法,對關于質量數(shù)的靈敏度進行校正[6]。

        1.3 定量算法獲取成分特征

        使用LA-ICP-MS定量分析法測量金屬礦床礦物化學成分特征,需要先確定內標歸一和保證外標準確,在此之下將內標與外標結合,再進行定量計算,其公式如下列式子所示。

        其中,Yic表示為元素定量;表示為樣品i中元素c的表達信號;表示為樣品i中校正物質的表達信號;表示為樣品i中代表元素ic的含量;表示為樣品i中校正物質中元素ic的含量[7]。在使用LA-ICP-MS定量分析法測量金屬礦床礦物化學成分特征時,還需要注意剝蝕過程中的各項比值,某些元素比值會根據(jù)時間產生變化,所以控制檢測時間,采用獨立方法檢測[8]。而且,若樣品中校正物質不同,對礦物化學成分特征的檢測結果也會發(fā)生變化,因此也要保證樣品中校正物質相同。通過內外標法進行定量分析,例如測量閃鋅礦中Zn成分,若測量Zn元素的同位素校正物質存在雜質,則通常測量結果會比正常測量含量要低。而若是檢測含水礦物時,就需要先通過礦物成分的分子式,計算所揮發(fā)的大致含量,測量外標校正物質的礦物含量。使用LA-ICP-MS定量分析法檢測全巖化學成分特征時,還可以選擇稀釋同位素,這就避免了使用外標的標準液物質,可以對流體包裹體進行定量分析,從而獲取該礦物的成分,用來分析確定包裹體中同位素含量,從而分析礦物化學成分[9]。因此,LA-ICP-MS定量分析法可以有效獲取礦物化學成分特征。

        2 實驗論證分析

        2.1 實驗準備

        根據(jù)上述的LA-ICP-MS定量分析法,測試閃鋅礦的主要成分,本文選取兩種傳統(tǒng)方法作為對照組A和對照組B,本文方法作為實驗組。為保證實驗結果準確,首先對采集的閃鋅礦和黃鐵礦進行碎樣,此過程保持無污染狀態(tài),然后去除脈石礦物,保證單礦物顆粒。在使用電分離的方法,分離出閃鋅礦與黃鐵礦,最后對雜質進行分離,得到閃鋅礦顆粒和黃鐵礦顆粒。之后采用酸溶法,在電感耦合等離子體質譜儀中進行檢測。

        2.2 測試結果

        對該單礦物顆粒分別進行20組測試,并記錄數(shù)據(jù)。對比本文方法與傳統(tǒng)方法的測試所耗時間。下表1為檢測閃鋅礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表。

        表1 檢測閃鋅礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表(s)

        根據(jù)上述表1數(shù)據(jù)所示,經過20組實驗測試,發(fā)現(xiàn)代表第一種傳統(tǒng)方法的對照組A檢測閃鋅礦成分平均所耗時間為60.856s;代表第二種傳統(tǒng)方法的對照組B檢測閃鋅礦成分平均耗時為33.585s;代表本文方法的實驗組檢測閃鋅礦成分平均耗時為1.690s;計算對比三組數(shù)據(jù)的平均所耗時間,實驗組比對照組A和對照組B檢測閃鋅礦所耗時間分別少了59.166s和31.625s。下表2是三組方法檢測黃鐵礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表。

        表2 檢測黃鐵礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表(s)

        根據(jù)上述表2數(shù)據(jù)來看,檢測黃鐵礦化學成分比檢測閃鋅礦化學成分整體所耗時間延長。對照組A檢測黃鐵礦化學成分所耗時間在88.165s~105.664s,對照組B檢測黃鐵礦化學成分所耗時間在50.551s~68.456s之間,實驗組檢測黃鐵礦化學成分所耗時間在2.001s~6.818s之間。經計算得知,對照組A、對照組B、實驗組檢測黃鐵礦化學成分平均耗時分別為95.396s、56.642s以及5.042s,可以看出,代表本文方法的實驗組比代表兩種傳統(tǒng)方法的對照組分別快了90.354s和51.600s。通過上述對閃鋅礦和黃鐵礦兩種礦物化學成分的檢測,本文方法所耗時間最少,說明本文方法更為優(yōu)秀。

        3 結語

        分析礦物化學成分對找礦測礦具有極其深遠的影響,通過研究LA-ICP-MS定量分析法的激光剝蝕條件和靈敏度,分析金屬礦床礦物化學成分特征,得到了較為快速的檢測方法。但本文方法忽略了實驗準備環(huán)節(jié),導致文章不夠完善,今后應對實驗準備環(huán)節(jié)進行更多敘述,進一步完善實驗。為分析礦物化學成文特征提供新方法。

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