礦產勘探水中金屬離子提取法

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礦產資源的嚴重短缺正在演變為經濟發展的制約因素，而找礦難度日益增大。如果能夠實現礦產勘查，讓礦產資源高效循環利用，將會為我國國民經濟健康快速協調發展做出重要的貢獻。水中部分金屬離子提取法是根據在人工電場的作用下，電子導體電極與離子溶液界面之間的電化學反應原理進行工作的。

1工作原理

水中部分金屬離子提取法是根據在人工電場的作用下，電子導體電極與離子溶液界面之間的電化學反應原理進行工作的。當外電場加于放在水中的兩個石墨電極時，水中帶負電的離子和膠體朝正極移動。在離子遷移的途中，放置一種選擇性吸附劑，將需要檢測的成礦元素和伴生元素吸附住。隨著電流的流動，所需元素在吸附劑上不斷聚集；當通電一段時間后，吸附劑上的金屬量足以滿足分析方法的需要時，取下吸附劑，并將它密封包裝，送實驗室檢測待測的金屬組分。最后根據吸附劑中金屬組分的異常特征，預測其深部是否有隱伏礦存在。在水溶液中，金屬離子一般為陽離子，理應富集在電極的負極上。無數試驗已經證明，在陽極上同樣有金屬離子聚集。這可能是帶負電的膠體在水中吸附了金屬離子的緣故。其詳細機理尚不十分清楚，但將正負電極上的金屬離子合并在一起，其測量結果更具有代表性，地質效果也較好。在陰極上，電極反應有：水分解反應和反應電位低于水化離子放電電位的金屬離子的放電。大多數金屬離子與氫氧離子結合，形成難溶于水的化合物。在陽極上，電極反應的主要產物是用于制造電極材料的離子。此外，在該電極上還形成水化氫離子和氧。在某些情況下，負離子也能放電，并形成相應的氣體(如鹵素、硫氣體等)。

2水中部分金屬離子提取的電極裝置

水中部分金屬提取的電極裝置必須滿足下列條件：不能因電極本身的電解，成為多種金屬的污染源。因此，要求電極的材料是高純度的石墨材料制成。若用金屬材料制作，會造成金屬材料的電解，其電解的金屬量大大高于地下水中與隱伏礦有關的金屬組分，將導致試驗完全失敗。此外，供電的導線，特別是導線與電極的連接點，絕不能與水接觸，否則，其后果和金屬電極相同。導線中的金屬材料不能直接與水接觸。所有隨電流流動的離子必須全部通過選擇吸附劑，并被吸附劑所吸附，并不再溶于水。電極間的距離必須保持固定不變。為了滿足上述要求，我們設計了電極裝置。兩個電極固定在電極架上，保持兩個電極間的距離一定和不容易短路。電極的外面用一多孔帽蓋上，可防止電極和吸附劑直接與泥土接觸。多孔帽蓋可以自由拆卸。吸附劑置于石墨電極和多孔帽蓋之間，可確保吸附劑不容易被玷污，同時也能確保隨電流流動的金屬離子必須經過吸附劑。

3恒流電源

為了使不同采樣點上所獲資料具有較高的對比性能，必須保持電流大小一致，電流恒定，是提高可對比性的重要因素之一?？赡茈妷汉愣ǜ鼮橹匾?，因為不同離子的氧化還原電位各不相同，只有當電極電位達到該元素所需的氧化還原電位時，才能將該元素捕集，但在同一電路內，既要穩壓，又要恒流，特別是對于電池電源而言，線路的難度較大，故采用恒流電路制作試驗儀器。

4野外工作方法

4．1采樣位置的選擇

水中部分金屬提取法的采樣位置應選擇在上升泉露頭，一級水系的地表徑流，裂隙水和民用水井等地下水的露頭處，不要在人為污染嚴重的位置采樣。

4．2采樣密度

由于水電化學測量的采樣位置受地下水露頭的嚴格限制。而且，地下水露頭的分布往往在不同地區是很不一樣的，極不均勻。設計的采樣密度過大，則無處采樣，采樣密度過稀，則達不到測量的目的。

4．3方法試驗

根據擬尋找礦床的成礦元素和主要伴生元素，選擇最有效的吸附劑，最佳工作電壓和電流，盡可能減少預富集時間，并能確保所用分析方法能檢測出待測的所有元素。這是方法試驗所要達到的目的。

4．4采樣步驟

將電池與恒流源連接好。將恒流源與采樣電極連接好。將吸附劑用水浸透，多次擠壓，排除泡塑孔隙內的氣體，并讓它吸足水，f所用水必須是采樣處的水)直接覆蓋在石墨電極上。再將多孔電極蓋蓋上，并擰緊，防止脫落。將電極架放人水中。打開電源開關，將電流從最小調至最大，并記下最大讀數，再由最大值調至所規定的數值，(__搬為20mA)保持預富集時間約15min。通電時間到后，將開關撥至關。將電極架從水中取出，擰開多孑L電極蓋帽，取下吸附劑，將水擠盡，用塑料袋包裝，并用記號筆編號?；伛v地后將塑料袋密封存放。將樣品送實驗室分析待測元素。

5樣品分析

樣品先在300~C爐溫下炭化，后在600~C爐溫下灰化?；一蟮臉悠?，加入少量鹽酸和雙氧水，使灰分中的金屬組分溶解，并稀釋到一定刻度的體積，用原子吸收或原子熒光法分析待測元素。由于吸附劑中某些待測元素的本底較高，而且含量不均勻，為了防止吸附劑本底對測定結果的干擾，可采用稀鹽酸加熱脫附法，既不破壞吸附劑，又可降低吸附劑對測定結果的干擾。同時，應當注意的是：樣品中金屬組分的含量甚微，所采用的化學試劑，必須是高純度的，而且在生產之前，必須做一定數量的空白試驗，以確保測量所需的靈敏度和精密度。

6異常源的追索

水電化學異常源的追索，與水化學異常源的追索相同。由于一個點所代表的面積較大，如一平方公里一個點，即使是一個點的異常，也有lkm的范圍，在lkm范圍內找礦已屬不容易了。如若有4~5個點的異常，代表了4~5km的范圍，這時，要追索隱伏礦在那里，如同大海撈針，該方法的原理是：地下水流是沿近于水平的方向流動的，而壤中氣和氣溶膠組分則是近于垂直的方向遷移的，這兩種遷移方式的遷移方向，為我們追索異常源提供了方便。水電化學異常，通過加密采樣后，把異常的中心作進一步圈定。在進一步圈定的水電化學異常的中心部位，布置壤中氣氣溶膠測量的十字剖面。若氣溶膠剖面上的異常組分與水電化學異常的組分一致，并且異常位置也疊合在一起，則該復合異常的位置可能就是隱伏礦的賦存位置，但埋藏深度尚難確定。為了進一步檢驗這種推斷是否正確，還可以在復合異常處，采集深層土壤樣或基巖樣。若土壤和基巖中，也存在著與水電化學異常相同的異常組分，則異常源的位置就確定無疑了。是不是礦，還需作進一步的勘探。