引言

选矿前对矿石的分析与检测是确定是否有必要对矿石进行开采的一个重要因素。金、锌、铅作为主要的工业原料的原材料，不同的矿石成分分析对于确定勘探的科学价值，合理的选择开采程序与金属精炼过程都会产生一定的影响，因此针对不同的矿石采用相应的矿物成分分析方法是一个亟需考虑的问题。比较现有的矿物成分测定方法以及矿物成分分析器的原理和分析性能，可以发现矿产成分分析有不同的分析方法和技术，那么它们究竟有哪些区别，应如何进行合理的选择及运用。通过矿物成分的分析可知每种方法的优势与缺陷，为矿产的分析方法选择提供科学依据。

1原矿石成份测定研究的重要性

矿产的原矿石成分测量是矿产资源勘探、采矿、选冶全过程必不可少的重要环节。在勘探过程中，准确的成分分析直接决定矿石矿体的经济评价结果及开采适宜性。一个矿体品位的差别，可导致该矿项目经济价值由“很有开采利用价值”变为“根本无利用价值”。一个铅锌矿床中有价伴生矿元素的品位含量不同，可决定采用的选冶方法不同。在采矿中，及时准确的成分测量可科学制订采矿方案，防止和避免不必要的资源浪费，如在锌矿开采过程中，利用其成分的及时快测结果，即可科学地制订采矿的方案顺序，先采高品位部分，经济效益成倍提高。在选冶中，成分测量要求更高，金矿石中的0.1g/t的品位误差，在大量生产量，就造成大量的经济损失，铅锌矿中的有害元素分析的误差影响到铅锌矿的选冶方法和冶炼的成品纯度。由于在冶炼过程中对原料矿石成分的要求也越来越高，原料成分的误差会造成冶炼的整条生产线不能正常运行。

2原矿石成份测定的主要方法

2.1传统化学分析法

在矿产成分测定领域，传统化学分析法作为经典手段，至今仍在特定场景中保持着不可替代的地位。

(1)火试金法。火试金法是目前分析金矿石的国际规范方法，其基本原理是利用高温熔融使金与其他部分元素分离。加入一定熔剂将试样在1200℃熔融，用铅作为吸金剂富集其中金、银等，同时灰吹除去铅后留有金银合粒进行称量测定，其工作时间6～8h，可用于处理复杂基体试样，对含硫、含砷等较难处理的金矿的准确测定有一定优势。

（2）滴定法。在锌、铅等金属的测定中展现独特价值。EDTA络合滴定法通过选择不同的掩蔽剂和指示剂，可以实现铅锌矿中主要成分的分别测定^[1]。以铅的测定为例，在pH5-6的乙酸-乙酸钠缓冲体系中，以二甲酚橙为指示剂，用EDTA标准溶液直接滴定铅离子，终点由紫红色变为亮黄色，方法相对误差可控制在0.5%以内。锌的测定，则需先在酸性条件下沉淀分离干扰元素，再调节pH至5-6进行滴定。这些方法虽然操作繁琐，但无需昂贵仪器，在缺乏先进设备的矿区实验室仍具实用价值。

传统化学分析方法具有原理直观，结果可靠的优点，也不受仪器校正偏差的影响。火试金法对复杂样的适应性、滴定法对主量成分的分析准确度都是现代仪器方法所不能完全替代的。同时，存在一定的缺陷：需要较长的工作时间，火试金法分析每批样品的时间都在8h以上；人为因素的影响较大，滴定法滴终点的判断很大程度地依赖操作人员的经验；试剂用量大，火试金法每次分析都需加入100～200g左右熔剂；工作环境要求高，火试金法工作需要使用特殊的耐火材料以及通风装置。

2.2仪器分析法

（1）原子吸收法（AAS）。原子吸收法由于灵敏度高、选择性好，是主要分析方法，以原子蒸气吸收待测元素特征辐射为基础，利用待测元素特征辐射源的特征辐射，利用空心阴极灯作为特征辐射源，在测定频率内，针对空芯阴极灯发射出该元素的特征辐射，测定原子化后的原子对特征辐射的吸收量来进行定性和定量分析。在金的测定中通常采用石墨炉原子化法，检出限为0.1μg/L，适合于低品位金的分析；锌、铅测定常用火焰原子化方法，锌元素检测所用空芯阴极灯的特征辐射波长是213.9nm，铅的特征辐射波长是283.3nm。在实际分析中，金矿石分析均需经王水消解、富集后才能用AAS测定，铅锌矿样分析可直接用混合酸消解（盐酸-硝酸）。AAS法最大的优点在于干扰小，可广泛用于主量元素的测定，但由于只能测定一种元素的特征辐射，因此测定的效率有所局限。

（2）电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）。突破了单元素测定的限制，其工作原理是将样品溶液通过雾化器形成气溶胶，在高温等离子体（6000-10000K）中原子化和激发，通过检测各元素特征发射谱线的强度进行定量分析。这种方法可实现金、锌、铅等多种元素的同步测定，分析时间仅需2-3分钟。在金矿分析中，ICP-OES可同时测定金及伴生的银、铜等元素；在铅锌矿分析中，除主量元素外还能准确测定镉、砷等有害杂质。ICP-OES的线性范围宽达4-6个数量级，既能测定百分含量的铅锌，又能检测μg/L级的痕量金，且基体干扰较小。然而，该方法对样品前处理要求严格，需要完全消解样品，且运行成本较高，氩气消耗量大^[2]。

（3）X射线荧光光谱法（XRF）。作为一种无损分析技术，其原理是用高能X射线激发样品中原子的内层电子，通过测量各元素特征X射线荧光的能量和强度，进行定性和定量分析。能量色散型XRF（ED-XRF）仪器便携性好，可直接对固体样品进行检测，非常适合矿山现场的快速筛查。对于铅锌矿石，XRF能在数分钟内获得Pb、Zn、Fe等主要元素的含量；对于金矿石，虽然对金的直接检测能力有限（检测限约5-10g/t），但可通过关联元素分析间接评估金矿潜力。现代波长色散型XRF（WD-XRF）的精度接近化学分析法，已广泛应用于矿山质检部门。XRF的最大优势在于前处理简单，粉末压片或熔融制片后即可分析，但其准确度受样品均匀性和粒度影响较大，通常需要建立针对特定矿种的经验校准曲线^[3]。

2.3其他现代技术

在矿石成分分析领域，激光诱导击穿光谱（LIBS）和中子活化分析（NAA）作为新兴技术，正在突破传统分析方法的局限。

(1)激光诱导击穿光谱(laserinducedbreakdownspectroscopy，LIBS)法采用高能脉冲激光对样品表面进行冲击并诱发等离子体的形成，然后采集等离子体冷却退化过程中发射的特征光谱进行光谱分析。该方法无需样品制备，可在矿石表面直接测试，可适用于矿山现场的秒级超快分析。目前研究显示采用紫外(266nm)激光并采用多元校正的方法进行LIBS检测铅锌矿中主元素时可达到ppm水平。对金元素的分析，采用激光烧蚀富集法，测得水平可以到达1g/t。激光能量不稳定的影响和基体效应对LIBS测量精度影响较大，测量数据重复性较差，LIBS方法目前仅被用于勘探阶段对矿床的半定量筛查。

(2)NAA是痕量元素测样技术中的最尖端技术。NAA以核反应堆中的中子束照射样品，将待测元素转化为放射性同位素，再利用γ能谱仪测量特征放射线。NAA是分析金矿独特的技术，检测下限可达0.1ppb，可以分析其他的分析技术无法检出的品位较低的金矿，对于铅锌矿测样来说，也可以同时测定50余种微量元素和稀土元素的配分，为矿床成因研究提供珍贵的资料。但是，NAA技术的使用受到了很多限制：需要核反应堆等大型的设备，分析周期长，有时长达数周，而且不能分析像铅等中子俘获截面低的元素。由于小型化的中子源技术的进步，便携式NAA装置正在开发中，未来也会改变这种分析手段的面貌。

3金、锌、铅矿石测定方法的对比分析

3.1金矿石测定方法对比

通过对几种金矿石测定方法的比对分析，可以看出各种测定方法在实际运用上存在一定的差异。由于火试金法是经典的基准方法，金检测的下限可达到0.01g/t，比较适合含硫、砷等干扰元素金矿石的测定，但分析时间长(8h以上)、单样试剂费用高、操作人员需要经验丰富的技术员等。采用石墨炉技术的AAS，金的分析检测限0.1μg/L，折合矿石中金检测下限0.05g/t，分析时间为30min，要求待测定的样品必须完全消解，且易出现基体干扰，单样成本比较高。ICP-OES具有灵敏度介于二者之间、检测下限约0.5g/t的优点，最大的优势在于能在5min内同时测定测定金和其他伴随元素，但是设备价格昂贵，单样氩气消耗高^[4]。

其次为干扰问题，火试金法高温熔融，很好地消除了对硫化物、有机物的干扰，但对高铅的火试金法样品还需再制备。AAS的干扰来自分子吸收和光散射，需要做背景校正，同时高铜、高铁会影响金的检测。ICP-OES不仅谱线干扰多，金与铂族共存时影响测定的峰位比较多，只能依靠高分辨率光谱仪或采用干扰校正方程。

综上所述，火试金法比较适合作为仲裁分析方法及标准物质的定值分析；AAS更适合实验室日常大批量的常规检测；而ICP-OES比较适合多元素分析及大批量样品的分析。

值得注意的是，随着微波消解技术的普及，ICP-OES的样品前处理时间已大幅缩短，正在蚕食AAS的传统应用领域。但对于超低含量金的测定，火试金法仍保持着不可替代的地位，这与其近乎完全的贵金属回收率密切相关。

3.2锌、铅矿石测定方法对比

锌、铅矿石的测定方法选择，需要综合考虑分析精度、应用场景和操作效率等多个维度。

经典的化学分析方法——EDTA络合滴定法测铅锌含量相对误差可以控制在0.5%以内，用于高品位矿Pb>1%或Zn>5%的矿石测定最为合适，但需要对样品进行复杂的前处理，如酸消化、过滤、掩蔽等，一个样品分析时间约2h且对操作人员技术要求较高。物理分析方法——XRF的分析精度相对差一些，相对误差0.5%～3%，但却可以直接对固体样品进行无损测定，分析时间仅需3～5min，且可以直接分析不规则样品，在矿山现场分析有其优势。ICP-OES方法精度最好，相对误差可以优于0.2%，线性范围ppm～%级均可，可以测定矿石中铅锌主量和镉、砷等有害杂质。样品前处理需要完全消解，但是使用微波消解，可以极大提高分析效率^[5]。

XRF操作最简便，基本不需要试样预处理，ICP-OES次之，需要经常校核及维护，最复杂的是滴定法；而对于复杂矿物的铅锌矿试样，使用XRF容易受到矿物效应干扰，需要建立相应校正曲线，而ICP-OES对基体效应不敏感，但仪器运转成本偏高、用氩偏多。

而实际检测工作中，采矿质检部门对矿山样品的快速筛查基本上都是采用XRF方法，实验室仲裁试验还是首选ICP-OES进行，而不稳定的偏远地区矿山滴定法依然具有可行性。

3.3综合性能评估

对于准确度，传统的化学分析方法是权威性高的准确分析方法，火试金法测定金的相对误差在±2%内，滴定法测定铅锌的相对误差在±0.5%内；仪器分析方法中ICP-OES由于等离子体的稳定性以及高分辨光谱仪的使用，主量元素测定的准确度在±0.1～0.3%内，比AAS的±0.5～1%，XRF±1～3%，更准确。NAA由于痕量元素分析的准确度最准，但应用受限制。

方法灵敏度有较大的差别。Au：NAA达到0.1ppb的灵敏度，火试金为10ppb，GFAAS为50ppb，ICP-OES在500ppb的数量级。ICP-OES对Pb和Zn的检测限为1和0.5ppb，XRF分别为10ppm和20ppm，滴定法为百分含量的测定。

最后是分析效率的比较。XRF用时3～5min/样，ICP-OES为5～10min/样(含前处理)，AAS为15～30min/样，而常规化学分析技术则高达2～8h/样。分析效率的差速，反过来会因倍增效应大大地延后项目决策的时间。

结语

对矿石的定性定量分析，还促进了合理开采矿产。本文证明传统方法和现代仪器检测法同样都有其重要地位和作用：火试金法的可靠性，ICP-OES多元素快速分析技术，XRF的就地快速检测特点，都为矿产勘查开发提供了技术支持。笔者也建议在实验室中，根据需要挑选不同的方法进行分析，并关注新方法的标准化研究工作，从而更好地提高矿产检测方法的使用效率和准确性，促进矿业发展。

参考文献：

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