自动矿物分析技术在岩矿稀有金属元素鉴定中的具体运用探讨论文

　　摘要：随着工业化进程的加快，在生产工作中对于稀有金属的需求量也在逐年增长，如何在岩矿中对稀有金属元素实施快速、准确的鉴定，是目前工作中的主要难题。传统技术手段往往难以获得高质量的鉴定数据，对矿产开采人员的判断造成误导，不利于矿产行业的创新发展。自动矿物分析技术具有高度集成化的特点，对于稀有金属元素的鉴定效果更好，广泛应用于实践工作当中。本文将对矿物分析技术的发展历程加以介绍，分析自动矿物分析技术在岩矿稀有金属元素鉴定中的具体运用要点和实验研究方法。

 

　　关键词：自动矿物分析技术；岩矿；稀有金属元素；鉴定方法

 

　　我国稀有金属的储量较大，在太空工业等领域中的应用十分广泛，只有保障稀有金属开采利用的高效性，才能充分发挥其良好的应用价值。由于稀有金属矿物成分复杂、数量稀少，常规的矿物鉴别技术难以保证其鉴别和鉴别的准确性，而自动化矿物分析技术则是解决了这一问题的关键。矿物分析技术在岩矿稀有金属元素鉴定中发挥着关键作用，能够针对元素组成和分布特点等实施评估，以制定科学合理的鉴定报告，为后续资源开采和利用等提供依据。但是，传统矿物分析方法难以适应当前鉴定工作的要求，必须运用先进的自动矿物分析技术辅助工作，实现全过程的自动化分析和处理，尤其是计算机应用软件的融合应用，对于组分鉴定的效率更高，精确度有了明显的提升。为此，需要结合当前鉴定工作的相关标准和要求，制定切实可行的技术应用方案，突破传统鉴定技术和工艺的局限性。通过对样品的收集、制作、仪器的选择、实验环境的选择以及对实验流程的改进，对稀有金属元素的测定进行了研究。同时，还对矿石自动化技术与其它方法相比的优越性进行了分析。

 

 

 

　　在矿物分析的初期阶段往往采用人工分析的方式，该方法比如：采用肉眼观察、放大镜观察和显微镜观察等方式，难以获得矿物的详细信息，局限性较大，限制了后续鉴定和分析工作的实施。尤其是在地层状况日渐复杂的趋势下，该方法逐渐被淘汰。半自动分析方法的引入，为矿物分析工作提供了良好的帮助，大大提高了分析工作效率与准确性。比如采用XRD技术、XRF技术等等，能够获取更多的信息。半自动分析方法虽然能够大大提升工作效率，但是对于人工干预的依赖性仍旧较强，难以实现整个过程的自动化处理，在人为因素的影响下容易出现数据偏差。全自动分析技术是目前及未来矿物分析工作中的主要技术，符合稀有金属元素的分布特点和鉴定要求，可以解决传统人工分析和半自动分析的弊端，加快稀有金属开采行业的转型发展。QEMSCAN技术和RoqSCAN技术、AMICS-SEM-EDS分析技术等应用程度越来越高。比如当前QEMSCAN 650F系统逐渐完善，可以发挥X射线能谱分析仪和扫描电镜及相关软件的作用。

 

 

　　对于稀有金属元素含量的测定十分关键，采用自动矿物分析技术时能够有效保障测定的精确性，相较于其他鉴定技术而言也呈现出高效性的特点，充分发挥了联合物相信息的作用。为了能够获得良好的能谱分析图像，还应该在实践工作中引入扫描电镜系统。在计算机的帮助下，能够使工作人员更加全面的分析矿物元素形貌特征，而且呈现出完整性和清晰性的特点，在鉴定稀有金属元素的种类和形态时，也可以发挥背散射图像的作用，提高空间分布特征分析的实效性。在传统鉴定工作中，由于对矿石初始成分的了解程度不足，因此，难以精确化测定稀有金属元素的各项参数。引入自动矿物分析技术时，能够采用自动校正的功能对测试误差实施控制，从而得到更加可靠的鉴定结果，利用误差分析图能够进行可视化评估。整个分析和鉴定过程的自动化程度明显提升，切实保障了数据结果的实用价值。

 

 

　　3.1 QEMSCAN技术

 

　　QEMSCAN是一种综合自动矿物岩石学检测方法的简称，全称为Quantitative Evaluation of Minerals by SCANning electron microscopy，即扫描电镜矿物定量评价。这种检测方法能够对矿物、岩石、人工合成材料进行定量分析。QEMSCAN能够通过沿预先设定的光栅扫描模式加速的高能电子束对样品表面进行扫描，并得出矿物集合体嵌布特征的彩图。仪器能够发出X射线能谱并在每个测量点上提供出元素含量的信息。通过背散射电子图像灰度与X射线的强度相结合能够得出元素的含量，并转化为矿物相。

 

　　QEMSCAN技术就是当前实践中应用效果较好的一种鉴定方法，可以针对稀有金属矿物的表征实施精确化鉴定，采用了定量分析和定性分析相结合的方式，能够得到更加可靠的分析结果。比如：在定性分析中则可以充分发挥二次电子扫描的作用，明确稀有金属元素的储层情况，帮助相关工作人员全面了解具体的古气候条件、成岩环境和沉积环境等等，此外在痕量确定中也十分精确。QEMSCAN技术也可以背散射城乡展示岩石界面嵌布特征，不同矿物的粒度有所差异，运用该技术也可以对其实施分级处理，在了解水动力特点的基础上制定切实可行的开采计划和方案。在传统工作模式下，XRF设备的应用较多，但是对于元素鉴定的范围受到限制，而运用QEMSCAN技术则能够有效拓展鉴定范围，可以获得更多的稀有金属元素信息。在描述储层的空间特点时，采用该技术也可以更加细致和精确，包括：有效孔隙表征和无效孔隙表征、孔隙度、分布特征等等。岩石的塑性特点和脆性特点等，也是决定稀有金属元素开采质量的关键，运用QEMSCAN技术可以实施定量计算，因此，计算结果的误差相对更小。在目前物性分析、成岩分析和岩性分析中，采用该技术可以取得更好的效果，参数应用范围得到全面拓展，对于岩相和岩性等参数的分析也十分科学合理。另一方面，随着计算机软件开发设计水平的提升，借助于专用处理软件也可以加快稀有金属元素鉴定的速度，在未来发展中需要对样品预处理时效性进行改进，同时要降低技术和设备的成本，以达到全面推广应用的目的。

 

　　3.2 RoqSCAN技术

 

　　RoqSCAN是辉固·罗宾逊公司和卡尔·蔡司公司共同研发设计的便携式扫描电子显微镜系统。该设备由卡尔·蔡司公司扫描电镜、布鲁克公司X射线检测器与布鲁克脉冲处理器构成，其中X射线检测器可以根据需要扩充到4个。设备配备SmartPITM软件系统，该软件系统将元素、矿物与电镜扫描图片数据整合在一起，提供了图像分析与样品成分计算功能，便于数据与成果的展示。

 

　　对于稀有金属元素所在地层的快速、精准化识别，RoqSCAN技术可以发挥关键作用，而且能够更加可靠的评价稀有金属元素的储层特点，呈现出精细化的特征，包括：具体的矿物成分、孔隙结构、岩石基质和微裂缝状况等等，尤其是在碳酸盐岩类地层中的应用效果更好。同时，运用RoqSCAN技术能够针对不同的矿物差异实施评估，比如：石灰质矿物和白云质矿物等等，全面了解有机质的实际情况。在电缆测井中获取相关数据后，也可以运用该技术获取的光谱学数据进行对比分析，了解其中的差异性，为稀有金属元素的鉴定提供更加可靠的数据保障。采用RoqSCAN技术时，可以运用随钻生物硅曲线、岩石脆度评价分析报告和塑性指数曲线等，以满足多方面的分析工作要求，提高矿物分析的整体水平。在直井钻探工作中，能够及时校正深度，确保鉴定工作中能够获得更具代表性的数据信息，准确定位取芯深度等，而且对于地球化学特征的分析呈现出可视化的特点。相较于QEMSCAN技术而言，RoqSCAN技术的分析效率更高，而且解释效果更好，但是在推广工作中也会受到分析周期等因素的限制。

 

 

　　4.1样品采集

 

　　样品采集质量是决定后续鉴定质量的关键，因此应该确定稀有金属元素所在矿区的实际情况并做好科学划分工作，了解具体的矿脉走向特点等。通常情况下，矿脉中各类矿石的组成成分呈现出多样性和复杂性的特点，比如黄铜矿、方解石、磷灰石和黄铁矿等等，呈现出透镜状和条带状的特点。在实验过程中需要对矿石实施研磨并实施喷碳处理，确保导电性符合后续实验工作要求，达到自动矿物分析的标准。

 

　　4.2实验仪器与实验环境

 

　　稀有金属元素鉴定工作对于设备仪器性能要求较高，因此在工作中需要明确其基本使用方法和原理，其中测试系统可以选择场发射扫描电镜，而分析系统则可以选择矿物自动定量分析仪等，尤其是AMICS系统软件在实践中的应用十分广泛，是满足自动鉴定要求的重要仪器，需要将加速电压控制在10KV以上，而且合理控制仪器和矿石间距，一般在9.3mm~11.4mm左右，物镜光度采用高真空模式，设置在65μm左右。在相应的鉴定位置按照要求设置镜头，对样品开展分析。在稀有金属元素鉴定中，对于电制冷能谱仪的要求也较高，激发电压不能低于16.5kV，严格控制工作套和稀有金属矿石的间距，一般在7.6mm~10.9mm左右。对于固定节点而言，在分析过程中应该确定具体的时间要求，一般在300kcps以内，如果时间超过阈值则停止采集工作，同时要确保电制冷能谱仪的良好工作环境，使其处于高真空模式下。通过上述方法，能够快速获取元素种类图像，从而分析其中稀有金属元素的组成特点，对于具体含量的测定还要依赖于矿物自动定量分析仪。对于稀有金属元素特征的分析则需要采用高倍镜头，帮助相关人员了解具体粒度和形态等。在此过程中，工作距离最大不能超过12.3mm且维持在9.6mm以上，加速电压不能低于18KV。电子探针也是工作中的主要仪器，直径和束流分别为6.7μm和10nA，做好含量信息的校正工作。

 

 

　　4.3实验过程

 

　　在实验前需要做好预处理工作，维持高真空状态实施全面扫描。首先，实验人员应该对放大倍数加以合理设定，确保在视野内能够看到矿石样本的整体状况。采用扫描电镜实施分析时，对于矿物特征的确定也十分关键，在此过程中要规范使用AMICS软件，对于稀有金属元素的分布特点进行确定，也要准确定位单点位置信息。在实验过程中往往会遇到分散性的状况，这会对整体判断和鉴定结果产生一定的干扰。因此，应该对局部缺失信息进行分析，结合实际情况对电镜的参数实施优化，从而避免对扫描处理的效果产生严重影响；其次，为了能够保障鉴定影像的良好效果，需要进一步开展局部扫描工作，防止数据中出现较大的误差。实验人员需要做好区域选择工作，为局部扫描创造良好的条件，在文件夹中添加影像并安装放大物镜，能够快速获取稀有金属元素的基本类别和含量情况等。在此过程中，除了要分析稀有金属元素的基本情况外，还应该对其伴生元素实施测定，借助于AMICS软件对其内在联系进行评估。如果在扫描区域中含有极少的稀有金属元素，那么可能无法获取良好的结果，难以快速识别目标对象。因此，需要对参数实施调整，同时更换扫描区域，以防止对最终的鉴定结果产生干扰；最后，需要对分析图实施对比。明确各个分析图中的差异性，同时以能谱数据为重点了解鉴定中可能存在的问题，确定稀有金属元素的含量值。

 

　　4.4结果分析

 

　　在实验中对石英石、方解石、萤石和黄铁矿等矿石中各类元素的含量进行了鉴定，其中，石英石中铁元素、镓元素、钨元素的含量分别为10.5%、12.2%和13.1%；方解石中铝元素的含量为24.8%；萤石中硒元素和碲元素的含量分别为8.9%和11.4%；黄铁矿中银元素、铅元素和铁元素的含量分别为10.8%、2.4%和5.9%。

       4.5方法优劣性分析

 

　　很多矿物的粒度较小，赋存形式也呈现出多种多样的特点，呈现出分散性的特征，采用单一化的鉴定方式往往难以得到可靠的结果。因此，需要采用多种手段提高数据可靠性，防止鉴定结果中存在严重偏差。放射性照相法是稀有金属元素鉴定中的主要方法，可以在胶片中设置光片后接受矿物辐照，从而获得稀有金属元素的特征，了解相关区域内的赋存情况。但是，该方法往往会对薄片的成像效果产生一定干扰，实验周期较长，一般在30d以上，虽然能了解具体的赋存状态，但是对于各类伴生矿物的了解程度不足，对于电子探针的依赖性较强，加大了鉴定工作的成本。

 

　　电子探针法具有良好的优势，可以在背散射图像下实现逐区扫描，分析不同矿物的基本情况，为稀有金属元素的测定提供了可靠条件，对于矿物类型的测定效果较好，也满足了后续波普分析的要求。电子探针的应用，也可以提高能谱分析的精确性，即使稀有金属元素的含量较少，也可以获得可靠的鉴定结果。采用该方法时可以选择200倍~300倍镜，扫描时间和波谱分析时间分别在3h和20min左右，对于稀有金属元素含量的测定十分准确。然而，该方法也呈现出一定的局限性，尤其是当亮度一致时会对最终的判断造成干扰，难以鉴定伴生矿物的情况。

 

　　在AMICS软件的帮助下可以有效发挥能谱仪和扫描电镜的作用，整个扫描过程呈现出自动化的特点，而且对于X射线能谱数据的获取速度较快，在物相鉴定中的可靠性程度更高，尤其是AMICS矿物标准库逐渐完善，为鉴定工作提供了可靠支持。计算机系统可以满足拟处理要求，对于稀有金属元素形态和粒度等特点的分析十分直观，降低了鉴定过程中的误差。在开始扫描阶段需要适当降低倍数，以便能够获取矿物的整体信息，扫描时间在30min左右，如果出现较多的稀有金属元素则可以提高倍数开展进一步的扫描，进而确定具体的含量情况，如果矿物的复杂性不高，则整个扫描分析工作在30min左右就能完成，如果矿物的组成成分十分复杂，处理时间也不超过3h。近年来，AMICS-SEM-EDS分析技术联用模式逐渐得到广泛应用，可以充分发挥各类设备和软件的性能优势，解决了传统单一化技术的弊端问题。该技术不仅能够帮助实验人员明确物相的基本信息，而且对于稀有金属元素含量的测定更加精确，整个操作过程更加便捷和高效，借助于AMICS软件和能谱仪可以进行快速测定，了解矿物类型和形貌特点等，而且对于背散射图像的获取也十分高效，准确判断稀有金属元素在矿物中的空间分布形态，同时也可以了解其他矿物对稀有金属元素的影响特征，在未来开发中获得更多的参考信息。局部信息的识别会受到诸多因素的影响，包括设备参数和样品表面特性等等，给归类和定名等工作造成困难，应该在明确样品类型的基础上，对设备的各项参数实施针对性设置和调整，防止数据精确性受到影响。当矿物的边缘呈现出一定复杂性时，也会对AMICS-SEM-EDS分析技术的应用产生一定程度的干扰，需要对各类图像实施对比分析。

 

 

　　岩矿稀有金属元素鉴定是一项复杂性的工作，只有采用先进的分析技术，才能确定稀有金属元素的具体类型和分布特点等。矿物分析技术经历了人工分析、半自动分析和全自动分析三个阶段，全自动分析技术的优势十分显著，主要包括：QEMSCAN技术和RoqSCAN技术、AMICS-SEM-EDS分析技术等，能够有效加快分析工作的进度，而且保障良好的数据精度，符合当前矿产开采行业的发展需求。在采用自动矿物分析技术时，应该掌握样品采集、实验仪器与实验环境、实验过程和结果分析等各个环节的技术要点，以充分发挥技术优势，得到更加可靠的鉴定结果。