刘访妹

社会的进步离不开各种资源，科技的发展也如此，在这些资源中，稀有金属更显得尤为重要，其作为重要材料，已经成为高科技领域不能替代的资源。更进一步从创造价值来说，其经济效益无法估量。在自然界中，稀有金属具有含量少、分布稀散、难于提取等，这些导致了其具备的特性是常见金属所没有的。

1 我国稀有金属的特点和面临的问题

目前来看这些稀有金属元素由几种构成，如钨、锑、钼，还包括了锡、铟、锗、镓、钽和锆。这些金属元素不光稀有，还有一个显著的特征就是其不会独立而生，常常与其他的矿产资源相伴在一起。所以对于勘查人员来说，测试出这些稀有金属元素类型和含量是他们面临的课题。在矿山工程中对不同的区域，要采用不同的检测方法对其金属含量进行检测，据此来开采，最终实现其真正的价值。早期的地质勘探工作，一直被市场所忽视，并且没有好的方法去测试稀有金属的含量和类型，导致花费了昂贵的成本去开采，开采都是价值低的地质矿物。这种情况导致了我国金属市场的建设始终处于亏损的状况。现如今的情况是矿产资源急缺，对于这种现状地质工作者也十分关注，尤其对于矿物中的金属含量，这些工作者提出了在开采前要完成对其检测工作，特别是对于这方面的化学分析。但在进行检测时，工作者们发现了金属元素会受到某些因素的影响，主要是来自不确定度因素方面的居多，这种现象对检测工作造成了困扰，因其负面性的影响会使检测的结果失去可准确性，为了保证检测结果的准确和地质矿物的价值，我们就要对金属元素有所了解。

2 金属元素特点

在以往人们对大宗元素比较熟悉，现在则不同，金属元素出现了新的特征，所以给这部分元素的分析工作带来了较大的难度。此类元素常常赋存在矿物中，在矿物中主要的成分是硅酸岩，但是其中还包含很多其他物质，如各种化合物，除了硫化物、氧化物之外，还有卤化物等，这些物质的存在使基体变的复杂和类型多变。成分的多样需要有不同的分析方法作为支持，就需要对矿种、矿床样品类型、各类元素进行区分。在实际上很多关键金属元素都不是独立存在的，其会与其他矿物一起共生，伴生的方式是类质同象，这样的现实决定了金属元素的含量分布具有不均匀性的特点，有些矿中，关键金属元素分布广、含量高，但在同一矿内，出现了关键金属元素一点都没有的情况。另外，不同的矿物中出现了差异性大的问题。例如，在辉钼矿中，铼元素含量会出现了巨大的差异，多的达到了5 个数量级,还会出现同一矿床的不同矿段也存在以上的情况，如同样的辉钼矿中，铼含量相差两个数量级的现象。因此这给分析测试工作带来了挑战，这要针对具体问题具体分析，如不同含量样品出现了交叉污染，含量不同的样品等。对于目前的实际情况，地质学家也一直十分重视，他们开始关注这些关键金属的情况和出现的问题，研究对象也转移到了难溶物质身上，如硫酸盐、氧化物，不再是硅酸岩和硫化物，这些改变给分析测试工作带来了可喜的改变，以往利用传统方法，因为测试仪器的量程范围无法达到，使部分元素无法检测出来。以前不需要考虑的干扰，现在却能使分析结果失去了精准度等，如今这些都成了研究的重点内容。

3 金属元素分析测试技术

3.1 电子探针分析

在地球科学中进行化学分析中，电子探针显微分析仪被广泛地应用，对于固体样品这种分析仪特别适合，其工作原理主要应用高能电子束，电子束在轰击样品的过程中会激发出X 射线，每种元素具有特定的X 射线波长，分析波长来分辨元素的种类，但是元素含量的多少就要依靠X 射线的强度来实现，这项工作需要通过与标准物质进行对比来完成。电子探针具有无损和基体效应小的优势，但是其最大的优势是其分辨率，其与LA－ICP－MS 和SIMS 等技术相比较，其具有更高的分辨率。一般的，LA－ICP－MS 与SIMS、电子探针利用的方式不同，前者是利用的是分析束斑，后者利用的是电子束，前者只能在10μm ～100μm 范围，而后者汇聚可以达到1μm，这样很容易看到后者的分辨率更高。同时电子探针可以保证样品的完整，同时电子探针还具有获取各种图像的优势，背散射和二次电子图像等可以显示出样品的特征，如表面形貌、元素分布等，这些优点是其他方法无法替代的，所以电子探针更适合微小、宝贵、有环带的样品，因为在这类微小的矿物中存在着大量的关键金属，所以这对寻找此类矿物及赋存形式帮助很大。

3.2 电感耦合等离子体发射光谱法

在所有的方法中，电感耦合等离子体发射光谱法较常见。在激发时，每个原子回到基态时的波长不同，然后可以通过分析光谱的强弱来确定元素。在元素分析中应用ICP－OES 法最多，其具有抗干扰能力强、测定的元素多等优点，并且其线性宽、测定快、耐盐度高等，对于分析此类的样品和精确分析样品更适合，如其溶液中高含量元素。如白云鄂博稀土矿石中，不能使用质谱方法进行测定，因为会受到重稀土元素的干扰。这时最好使用离子交换树脂法，该方法能将轻、重稀土分离，然后对两种稀土进行测定，该方法的优点是检出限低，缺点是流程复杂，如果样品的回收率低该方法也不能适用。但是电感耦合等离子体质谱法可以对上面方法进行弥补，其可以测定出稀土矿中关键金属元素的含量，如Gd、Tb、Dy 等，可以将稀土元素的离子进行转化，一般情况下会转化成氧化物离子，这样不仅解决了一个难题，即谱线干扰重稀土元素的问题。但是动态反应的方法也有不足，需要进一步的研究，如Yb ＋氧化物产率低，两者的谱线会出现相交重叠，如GdO ＋与Yb ＋，这种方法不太适合测定Gd元素含量低的样品。经过消解后的样品可以采用ICP－OES 法，碱熔或酸溶可以完成消解，ICP－OES 法可以测定出15 种稀土元素，同时还解决了稀土中出现的干扰问题，ICP－OES 法更适合含量为几十μg/g 以上稀土元素。

3.3 微区原位分析

在地质样品中出现的关键金属元素，常是不均匀的，因为不同物相存在着差异，因为其形成时间和来源都不同，金属元素还能对地质过程做出反映，在传统的溶样法中，是无法反映出这些内容，如果想要进行分析，就需要利用微区原位分析方法。另外在现在，对于赋存机制、分布、提取的实际意义重大，因此对于赋存状态的研究就显得格外重要。目前，微区原位分析方法还存在很多不足，其无法替代传统溶液分析方法，特别是检测限和准确度方面。但对于地学信息，微区原位分析方法可以提供很重要的信息。随着发展已经出现了呈现出新的趋势，随着仪器和技术的研发、进步，在分析中，特别是高空间分辨率和快速高效的微区原位分析法优势很大。

3.4 野外现场分析

传统的大宗金属矿石，矿化特征突出。对于矿石矿物，通过肉眼就很清楚，简单观察进行判断，就能知道是否含矿、含矿多少。但关键金属矿石很难用肉眼进行观察，因为其呈现的是离子吸附态，在野外，为了能快速进行分析，可以在野外现场建立实验室，这样可以快速的获得的数据，虽然其没有实验室内分析的准确，尽管有些元素的分析结果是半定量的，但是，这样做可以指导野外找矿和提高生产效率。在未来野外现在，进步的技术能够解决快速分析样品和分析测试地质问题，特别是对复杂基体地质样品等。

3.5 多手段联合技术

关键金属元素的化学性质很独特，所以，单一的技术方法无法满足这方面的测定需要，对赋存状态的分析需要利用多种技术，宏观和微观都要利用上，可以从不同角度获取有用的信息。例如，针对矿物组成，选择X 射线衍射法，对于鉴别次生矿石的种类和比例，可以利用短波红外光谱技术，在观察岩相学、矿相学时，最好使用光学和电子显微镜，拍摄出各种图像，如背散射图像等；为了获得元素及矿物分布特征，矿物自动识别技术是好的选择；接下来要对特征矿物开展主量元素分析，这样电子微探针就派上了用场。对于含量小于0.1%和含有Li 和Be 的元素，EMPA 无能为力时，可以利用LA－ICP－MS，这种技术可以很好的获得元素含量及元素分布图；该技术还对矿物粒度较大的样品很适用。微区原位技术涉及了很多不同的领域，有光学显微镜和扫描电镜等，并且还可以进行跨平台的链接，最终实现了从矿物到元素，实现了多尺度和多信息的叠加，这都为进一步的研究打下了基础，特别是赋存状态和成矿机制两个方面。

4 材料与方法

4.1 实验对象

在不同地质矿物中，金属元素含量有很大的差异，为了对其进行不确定度化学分析，为了研究这个问题，以某地区矿山为对象，现随机进行采集，将采集的该矿物分成了五份，这五份不同的矿物是本次实验的研究对象，由此进行有关的化学分析，即金属元素含量不确定度化学分析。

4.2 材料与设备

在进行实验时，要对材料和设备进行准备，前者包括氯化钾溶液、缓冲溶液、显色剂等，后者包括流动分析仪、水平摇床、纯水机、电子天平等。首先要配制氯化钾溶液和缓冲溶液，将纯KCL 溶解后，将其溶液配成1L 提取液，溶液的浓度为1.5mol/L。然后是配备缓冲溶液，四水合酒石酸钾钠是主要成分，将其放入清水中经过溶解，本显色剂需要四水合酒石酸钾钠的质量为15g。还需要显色剂，该显色剂的主要成分是磺胺和盐酸，将两者进行混合。其中，磺胺5g、盐酸0.5g。流动分析仪的型号有很多种，本次实验的型号是FT6456-550，其电源、重量、测量精度和功率分别220V、5kg、0.01%和550W。另外还需要的辅助设备的相关信息为：本次实验的水平摇床属于高端款，该款的尺寸为260mm×210mm、型号是VSZD6854-40，其定时范围、旋转频率、摆振幅度分别为0min ～990min、15rpm ～240rpm、15mm。电子天平的型号为JA685640N，其读取精1 度为1mg。

4.3 实验方法

在进行分析时，主要使用了化学方法对研究对象进行测定后获得测定结果，然后对比结果，对比时要参照相关标准，实验结果的分散性也是其中的一部分，其不能高于合理的区间，这样就完成了不确定度的分析。取样结束后，按照I 相关标准进行对照，提取1.5mol/LKCL 的提取液，将矿物15g 加入到提取液中，提取液的容量为45mL，并且水和矿物的比例也有要求，一般为4：1。接下来将样品放置在摇床中进行振荡，摇床的转速要保持在150r/min，这样连续1.5h 的振荡，将样品进行过滤，得到实验需要的提取液，最后利用流动分析仪完成测定工作。在进行实验时还要注意，环境温度和湿度都有相关要求，温度要在20℃～25℃之间，而湿度不能超过75%。对于实验需要的仪器也有要求，仪器的测定条件，对于取样、冲洗和隔离空气的时间要设置好，分别为50s、55s 和1.5s，加热时的温度要保持在45℃。在本次实验中，主要是利用ICP-OES 法进行测定。

在实验中，w/%、C、V、m 分别表示着金属元素的不同单位，分别代表着含量、浓度、定容体积、质量。只要明确三部分信息，就能完成含量的测定工作。

4.4 实验结果分析

在对本次实验进行金属元素含量的测定过程中，各种仪器、试剂和ICP-OES法都是经过精心安排，使测定结果有了准确性。为了方便接下来的分析工作，必须要做好记录工作，特别是要保存好实验结果，使用Excel软件将实验结果绘制成表。实验中测定了5 次，金属元素I 测定结果分别为：24.23μg/mL、24.23μg/mL、24.15μg/mL、24.25μg/mL、24.56μg/mL；金属元素II测定结果分别为：65.23μg/mL、67.23μg/mL、66.23μg/mL、67.26μg/mL、66.24μg/mL；金属元素III测定结果分别为：91.23μg/mL、89.23μg/mL、90.23μg/mL、89.42μg/mL、90.26μg/mL。

通过5 次测定实验获得的测定结果显示，标准偏差的计算可以保证数据的真实，最后得出有代表性的不确定度计算公式。

对于本次实验样品S、Ci、P 也代表着不同的值，其分别表示为标准偏差、浓度、浓度平均值、测定次数。在本次实验中，P的值为5，该值表示的是样品重复测定的次数，本实验一共测定了5 次。根据5 次测定所得的公式进行计算，在本次实验中利用ICP-OES 法完成了测定，最后得出了金属元素的不确定度的值，其值的大小依次为0.824μg/mL、0.264μg/mL 和0.352μg/mL。

4.5 实验结果讨论

按照以上的操作步骤完成了关于不确定度的计算，接下来需要分析整个实验的过程，这样就能找到影响其值的因素。从操作方面看存在三个处可以影响到不确定度，一是在称取样品时，二是使用电子天平进行在测量时，三是在提取液体进行测量时。从化学因素来看，主要来两个方面，一是消煮过程中，发生了化学反应，增加的可能性出在消煮液定容时，二是测定稀释也有增加的可能，综合以上的影响，最终得出了一个范围，即在0.264μg/mL ～0.824μg/mL 之间。对本次实验结果及内容进行总结，在本次实验中，对于地质矿物，利用了ICP-OES 法测定出三种金属元素，在进行称量时，电子天平读数可以造成不确定度的出现，在进行浓度测定时，相对来说，重复测量的影响会更大一些。

因此，为了保证测定结果要减小误差，控制测试仪器是最好的办法，以此来保证最后测定的效果，这样才能使测定结果符合线性范围。并且，在进行测定时还要注意对环境温度的控制，一般情况下，保证在15℃最佳。在使用ICP-OES 法时，要控制好相关参数。另外在进行测量时，对于容易出现不确定度的地方，可以通过使用补偿机制来降低影响，这样去除掉了对不确定度产生的影响，保证了测定结果的准确性，由此提高了相关检测的精准度。

5 结论

自然界为我们人类赋存了各种各样的资源，在这些资源中，地质矿物资源最为丰富，在其中存有大量的金属元素，经济发展使市场需要不断扩大，传统的测试方法已经无法满足现实的需要，因此本文进行这方面的分析，主要是关于不确定度进行了化学分析，希望此次研究能使这部分的探讨更深一步，因为，我国矿产资源的利用率较低，另外，我国市场经济的快速发展离不开各种矿产资源。