摘要：我国矿产资源丰富，总储量占据世界领先地位，为践行资源友好型社会构建的理念，在对矿产资源进行利用的过程中需要保证利用率，因此需要通过多种先进的技术将矿产资源中所包含的元素和物质加以分析和分解，实现资源最大化利用。本文以化学稳定性较强的铝土矿为例，简要阐述目前针对样品使用的分解方法和分析测试技术，以期通过阐释的内容为其他人员研究这一课题提供有效参考。

　　关键词：铝土矿；分解方法；分析测试技术

　　针对铝土矿中矿物组成的研究逐渐增多，原因在于此类矿产中含有多种矿物，并且所含矿物中大部分为可利用的常见资源，因此在开展铝土矿的相关研究中运用多种技术和方法，分解样品，从而获取物质构成的分析结果。基于此，下文将从矿物组成出发，给出两种分解方法(熔融分解、酸溶分解)和多种分析测试技术(IPC-MS、IPC-AES、LIBS、XRF等)，对铝土矿样品的分析和分解方法展开叙述。

　　1铝土矿的分布及矿物组成

　　1.1分布

　　自2017年欧盟修订有关关键原材料的列表后，铝土矿的价值逐渐增高，我国将三稀资源作为战略资源，由此可知，铝土矿的应用价值。铝土矿已然在27种关键资源的清单当中，其形成的气候条件要求较为湿热，经过富集改造和化学风化等较为强烈的化学变化，从而成矿。在成矿的过程中有多种杂质被活化并滤除，保证了矿产元素的富集状态。作为三稀资源中较为重要的资源之一，铝土矿主要分布于南美洲、大洋洲、非洲和亚洲，中国作为世界上为数不多拥有丰富的铝土矿资源的国家之一，其在矿产资源生产量上位居世界第二位，仅次于澳大利亚。在我国广西、河南、贵州和山西是铝土矿的重要资源分布区域，其占据了整个国家总储量的90%以上。

　　1.2矿物组成

　　岩溶型和红土型是根据基岩不同对铝土矿的分类，其中红土型是全球铝土矿中分布最广的铝土矿类型，二者的区别在于以硅酸盐岩和喀斯特岩溶碳酸岩为基岩。红土型中含量最大的矿物是三水矿石，岩溶型中含量最大的矿物是硬水铝石和一水硬铝石，我国储量较为丰富的铝土矿是岩溶型铝土矿。受到物质来源、基底、时空等因素的影响，铝土矿中的矿物含量有所区别，但物质组成方面差异性较小，主要矿物是黄铁矿、锆石、金红石、三水铝石和一水硬铝石，多种矿物中所含的元素种类基本相同，较为有价值的元素包括：锂、铯、铌、锆、稀有地质元素、铪、钽元素等。

　　2铝土矿样品的分解方法

　　在测定铝土矿样品中的矿物种类前，需要分解样品，因铝土矿本身的稳定性，在选用分解方法时要结合混合物中物质可能组成确定。目前常用的分解方法为熔融分解和酸溶分解，为准确将铝土矿中的电气石、钛矿石、独居石、金红石、伊利石、一水软铝石和一水硬铝石分解，需要根据各类物质的特性合理选定使用的分解方法。

　　2.1熔融分解

　　熔融分解方法更为适合样品量较大的分析中，其可达成批量处理的目标，具备操作简单、分解完全和能力强的优势，将温度升高到可将样品熔融的水平上即可实现物质的分解，因此需要一定的熔剂加速熔融的过程。

　　常见的熔剂包括以下几种：①氟化氢铵、氟化铵：此种熔剂显酸性，在温度升高到239.5℃、260℃后能够沸腾，在使用的过程中为保证分解的完全和操作的安全性需要使用敞开的容器，并逐渐提高温度，观察熔融的程度，以此提升分解的完全性。结合大量的资料和实验数据可以总结出，使用以上两种熔剂进行分解可将时间缩短为5h，相较于高压密闭法能够将不溶性氟化物直接溶解，并随着高氯酸挥发逸出容器，确保在溶解时不会残留半透明物和沉淀物，对于压力的要求较低，有效消除酸溶法中的弊端，提升样品分解的完全度，应当在实际使用加以推广；②纯化蒸馏法：此种方法满足电感耦合等离子体质谱技术在分析物质中的使用需求，可有效使溶白值降低，属于一种较为高效的分解方法；③氟化钠、氟化氢钾混合熔剂：以上两种熔剂单独使用的效果不佳，需要按照1：3的比例混合使用，如此能够大幅度降低固体含量，使得总含量维持在0.2%左右，基本上可达成完全分解铝土矿的目标。主要用于电感耦合等离子体原子发射光谱法测定中，可为测定主次量成分奠定基础；④无水碳酸钠：此种物质作为分解铝土矿的重要溶剂之一，其在实际使用中的利用频率较高，但也存在一定的技术弊端。我国铝土矿中以一水硬铝石为主要组成，使用无水碳酸钠难以将此物质分解完全，经过大量实验，研究人员在使用无水碳酸钠的过程中加入了四硼酸钠和硼酸，通过相互结合使用形成混合可大幅度降低分解后的固体含量。除此以外，也可使用同为碱性的氢氧化钠和氢氧化钾，但同样面临着分解不完全的问题，需要将偏硼酸锂、过氧化钠加入其中，并且氢氧化钠和氢氧化钾属于强碱，在使用后会残留于承装容器中，带来杂质，因此为保证分解效果，要在加入碱性分解后，借助酸化操作将其中剩余的碱性物质中和。所使用的酸液也应当采取高倍稀释的办法，尽可能降低对测试设备的损坏。实际操作中温度较高，使用坩埚能保证被分解的物质被完全收集，但坩埚的使用会提高空白值，降低了微量元素测定的精准度，加入的偏硼酸锂也存在着已形成玻璃体的弊端，在温度逐渐升高的过程中将逐渐产生难以溶解和提取的玻璃体，也会为分解操作带来误差。

　　2.2酸溶分解

　　顾名思义，此种分解方法要使用酸类物质，一般多为无机酸，此类物质在高温的环境下使得矿物晶格被破坏，从而达成分解要求。酸溶分解法在实际应用中具备着空白值低、杂质含量低和操作简单的优势，无需将铝土矿置于高温环境即可实现提纯，能够满足多种大型仪器，例如：IPC-MS、IPC-AES等分析测试的需求。现阶段较为常见的无机酸分为以下几种：硫酸、高氯酸、氢氟酸、硝酸和盐酸，每种酸类所起到的作用也存在差异，例如：在针对硅酸盐矿物时，要使用氢氟酸，其能够展示出相应的分解特性；在针对磷灰石、硫化矿物时，使用硝酸可提升分解水平；而针对铁矿物、碳酸盐矿物时，使用盐酸提升分解速度，并且在使用一些含氟元素的酸溶剂时，要配以冒烟除去的办法，将残留的氟离子去除。

　　酸溶剂在面对不同的矿物种类时需要借助多种辅助办法，其中高压密闭法、微波消解法和敞开酸溶法是目前使用频率较高的几种分解办法。具体来讲每种办法所对应的操作流程和注意事项如下：

　　(1)高压密闭法：此种方法在使用时要求将矿物质放置于密闭的容器中，酸溶液在温度升高的环境下将逐渐挥发，整个密闭容器内的压强随之变大，在此种高压密闭的空间内，铝土矿将逐渐分解。为保证分解过程的安全性能，所使用的密闭容器要具备耐高压的特性，从而保证消解更为彻底。对比在常压中使用酸溶剂分解，高压密闭环境提升了分解率，可保证所分解的物质更能代表原铝土矿的组成。结合近几年研究人员使用高压密闭法分解铝土矿的结果来看，将温度升高到临近186℃后，氢氟酸和硝酸同时作用的环境中可保证铝土矿直接分解，为提升分解的效果，要维持24h的密闭消解环境，待氢氟酸被后，使用稀硝酸作用3h，维持135℃的温度环境，以此在密闭复溶后可直接测定出铝土矿中的锂、铯、铌、锆、铪、钽等元素。运用高压密闭法只需使用少量的酸溶剂即可达成效果，说明在此种环境下，酸溶剂的溶解能力大大增强，并且密闭空间下，不会出现酸液逸出的情况，保证有些易挥发的矿物质留存于密闭容器中，提升了测定的准确性。但此种方法所需要的时间较长，当样本数量较大时不适合利用此法，并且在长时间的作用下，会带来难溶性氟化物杂质，这将降低对溶解物测定的精准度，需要在之后的实验中继续针对现实存在的弊端加以分析，找到解决方案。随着技术的升级，在运用高压密闭法时要结合实验操作和对应的结果进行总结，说明在具体测定前要如何设计酸溶剂的比例以及所使用的混合酸溶剂的物质组成。例如，在将氢氟酸和硝酸共同作用于分解操作中，其能够分解铝元素和镁钙元素比值大于1的样品，此类样品所含的铝元素质量较大，常会出现高氯酸无法分解氟化铝物质的情况，氟化铝以沉淀物的形式存在，因此会降低测定稀土元素、铯和铪的具体含量，降低了实验的准确率。基于以上问题，其他科研人员发现在酸溶剂中加入氧化镁能够很好的解决这一问题，通过引入镁元素，将铝元素与镁钙元素的含量比趋近1，此时能够阻碍氟化铝的生成，因此目前应用氢氟酸和硝酸混合酸剂时加入氧化镁粉末，可直接测定出37种存在于铝土矿中的元素，但经过研究发现会造成过渡元素锌、镍的出现，污染了原样品，不利于空白度的控制，因此如何在加入氧化镁后保持原样品的纯净是今后研究的重点。

　　(2)微波消解法：此种方法具备空白值控制效果佳、试剂损耗低、溶解速度快的优势，将被酸溶剂溶解的样品置于微波环境下即可加速分解，提高分解速度。但此种方式并非完美无缺，面对难溶矿物会带来分解不彻底的问题，因此在使用中结合具体情况配以相应的处理方案。目前，已经可将铝土矿加入到盐酸和硝酸的混合溶剂中，二者的比例为3：7，温度升高到150℃后，可测定铝土矿中物质的含量，并在温度下降后继续加入盐酸完成提取任务。在实际操作中，使用此种方法所测定的含量低于真实值，经过改良加入了高氯酸和氢氟酸，运用预处理的办法，将铝土矿置于微波环境中，提高温度升至100℃，能够有效提升溶解率，进而在冷却后运用固相萃取分离富集的办法，可测定出样品中镓元素的含量。

　　(3)敞开酸溶法：此种方法需要使用聚四氟乙烯坩埚，因加热温度超过200℃，要保证选用的承装设备具备耐高温的特性。敞开酸溶法的操作过程较为简便，可针对批量测定作业发挥实效，但由于我国铝土矿的主要成分是一水硬铝石，其在此种环境下并不能全部溶解，说明在后续测定中会出现含量偏低的情况，因而在实际中频次不高。

　　3铝土矿样品的分析测试技术

　　3.1 IPC-MS

　　此种方式为电感耦合等离子体质谱法，其在测定物质含量方面具备着分析时间短、检出限低、灵敏度较高的优势，因此常用于对稀土元素、镓、锂、铯、铌、锆、铪、钽元素的测定中，能够实现资源的合理利用，对于保障成矿机制分析结果的准确性起到了促进作用。在使用IPC-MS技术时，要聚焦于分解样品的具体办法，着力消除非质谱和质谱对铝土矿样品的干扰，同时要提升试液盐分和试剂空白的控制力度，使得测定过程更为严谨。经过敞开酸溶法作用后，构建坐标，生成标准物质溶液曲线，其中内标消除基体效应为铑元素，所含的铟元素与铝元素存在着类质同象的问题，会带来误差，在确定内标时要将此元素剔除。运用数学校正法能消除碱溶液和酸溶液在溶解铝土矿时所受到的干扰，质谱作用不明显、Y坐标由铑元素校正，以铼元素校正其余元素，以此保证测定结果的真实度。运用加入镁元素的办法可将铟元素作为内标，测定钆、铽、铕等三十多种元素，为铝土矿标准物质测定实验的开展详细给出了测定值。

　　基于以上测定技术，目前已经能够达成SRM、GBW07181的测定目标，技术得以准确应用。运用湿法分解的手段能够提升IPC-MS技术作用的实效性，电感耦合和激光剥蚀固体进样技术联合使用能降低多原子离子对结果的影响程度，整个流程较为简洁，适用于原位微区分析中，也可将此技术拓展至整体分析元素的实验中，但要注意的是，在使用中要针对基体匹配缺失、方法校正和分馏问题提出有效的控制举措。离子体质谱法的联用要求将样品切分成薄片或者粉末状，制备过程中引入助熔剂熔融玻璃法，使用经过稀释硼酸盐溶液，从而将相对误差管控在20%以内。

　　3.2 IPC-AES

　　此项技术应用范围较广，目前能够完成对钡、镓元素、锰元素、磷元素、钠元素、钾元素、钛元素、铝元素的测定，主次微量元素的比例可由结果获得。IPC-AES技术的优点是能够避免因分光光度法、滴定法带来的误差，消除不足因素，精准的将三水铝土矿中可衡量产品质量的指标指出，给出活性硅、有效铝的含量。同时，具备重现性优良、线性范围宽等优势，是一种常见的可用于多种元素同时测量的技术类型。在对样品进行测定前，需应用熔融分解或者酸溶分解的方法，使用耐高盐分雾化器、加大稀释比例的办法，避免在样品中含有过量的盐分。

　　3.3 LIBS

　　此种方法是激光诱导击穿光谱法，作为一种新兴技术，其具备着同步率高、速度快、前置预处理简便的优点，因此在多个行业以及领域都发挥着重要的作用。相较于光谱分析技术，此种技术在简单的样品处理后即可进入到铝土矿元素测定的步骤，运用粉末压片制备办法，无需提供标准样品，在数据处理过程中运用玻尔兹曼方程自由定标，以此可将钛、钾、铁、铝、硅元素的含量予以测定，属于半定量分析的范畴。

　　3.4 XRF

　　此种方法是X射线荧光光谱法，能够在大批量测定元素种类和含量时加以使用，具有成本低、制样过程、精度水平高、分析较快的特点，已经成为测定铝土矿中元素种类和比例的规范办法，其符合YS/T573.23-2009的行业标准，值得推广使用。在预处理阶段，使用熔融片法和粉末压片法，根据对样品制样要求的不同，选定合适的制样办法。研究人员已经通过使用湿法超细粉碎的办法，消除因矿物效应所带来的误差，检测试样趋近微米级，避免因粒度效应带来不良影响，可准确测定10种元素。使用此种办法满足环保要求，不产生废料，不使用多余的化学试剂，缓解了环境负担。

　　熔融片法使用中要将纯氧化物加入到标准物质中，以此将曲线的校准范围拓宽。运用LIBS测定元素种类时要注意准备校准样品和烧失量问题，由于不同的铝土矿所含有物质有所不同，三水型铝土矿和一水型铝土矿烧失量差距大，为保证主次量测定的精准性，要求维持待测样品烧失量和标准物在制备校准曲线上的统一性，亦或是采取先灼烧后制备的办法，以此来提升精准度。X射线荧光光谱法无需使用湿法分解的形式即可直接与化学分析法测定的精准度比肩，但不完美之处在于灵敏度略低，因此不适用于微量元素的测量。测定铯、铌、锆、铪元素时要使样品粒度小于200目，消除重元素测定的不利因素。

　　3.5其他技术

　　其他技术引入的目的是测定特定元素，常用的技术难以符合检出的需要，因此要使用选择性优良和灵敏度高的技术。例如，在测定硫元素的作业中，使用高频燃烧—红外吸收法，固体状态也可进样，具备着精准度高的优势。但由于测定中会产生二氧化硫，需要加入钨锡、纯铁等，帮助熔融；在测定汞元素的过程中，需使用CV-AAS冷原子吸收光谱法，在经过微波消解法将样品处理完全后，可还原原物质中的汞原子，从而将汞元素的含量显示在流动注射—冷原子吸收光谱曲线上。

　　4结语

　　综上所述，在铝土矿样品分解和分析测定操作中需要考量的影响要素较多，实际操作环节要根据具体的主次量元素类型和特定元素的种类合理选用分解办法和分析测定技术，但因我国铝土矿勘查和综合利用的发展时间较短，仍旧期待精尖人才开展技术研究，为我国矿产资源的开采与利用夯实基础，提升国际地位。