简议层析法提取土壤样品中活动态铀及其找矿

近年来, 深穿透地球化学找矿方法:包括地电化学方法、地气方法、元素活动态测量等方法有了很大的进展。地电化学方法是地球物理与地球化学相结合的一种物理化学或电化学找矿方法, 主要通过研究活动态金属离子的迁移和分布规律, 采用有效的探测设备和方法捕获活动态金属离子异常。地气测量法即对地气携带的纳米级微金属颗粒测量是近年来用于找隐伏矿的新方法。该方法是基于地球深部存在上升的气流, 该气流经过矿体及其所形成的高含量地球化学块体时, 可把成矿元素及伴生元素的活动态部分 (纳米级颗粒、胶体、离子和各种络合物) 带到地表, 采集气体样品, 根据其中元素活动态含量异常指示深部矿体。土壤中金属元素活动态方法是将土壤样品采集回实验室后, 分别用由弱到强的不同试剂进行提取, 以土壤元素活动态异常确定靶区的方法。笔者进行了上述方法提取铀试验, 认为地电化学方法和地气方法野外工作周期长;土壤元素活动态方法野外工作周期虽短, 但室内工作强度较大。笔者在进行土壤元素活动态方法中的水溶态铀提取时, 发现方法重现性较差, 平均相对标准偏差达64%, 使得分析人员必须进行100%的检查分析, 因而造成不必要的浪费。因此, 研发一种野外工作周期短, 室内工作强度小的快速、简便且方法相对标准偏差较小的金属元素活动态提取方法是提高找矿效果的关键。

1层析法原理

在分析化学中, 反相萃取层析法概念为:将有机溶剂吸附在惰性支持体上作为固定相, 水溶液作为流动相, 以此来进行元素的相互分离。反相萃取层析法已在环境、医学、地质、化工等领域用于元素的相互分离, 得到了广泛的应用。

为提取元素活动态信息, 可将一定粒度的土壤样品作为固定相, 层析液作为流动相, 在短时间内, 将土壤样品的活动态元素解析下来, 进行化学测试, 从而提高提取效率。本文中层析液是指以不同质量的化学试剂为溶质、水溶液为溶剂配成的溶液;解析液是指用层析液解析了土壤样品的活动态元素后的溶液。据此, 层析法是指以一定量的层液分次将一定粒度和质量的土壤样品中活动态元素解析下来的方法。

2层析法解析铀试验

2.1铀的层析曲线

分别称10g南方土壤和北方土壤样品置于叠有中速定量滤纸的漏斗中, 以3种不同强度的层析液由弱到强逐级解析, 解析液进行化学处理后用微量铀测试仪测试。层析曲线见图1。

从图1可见:层析液可将活动态铀解析下来, 且当试样粒度一定时, 每种层析液解析铀的规律是相同的。当试样与层析液的固液比为1∶2时, 铀的解析量达到最大值, 层析曲线达到峰值, 随着层析液量的增加, 铀的解析量逐渐减小;当试样与层析液的固液比为1∶12时, 铀的解析量趋于稳定。选定层析条件, 将解析液与分析测试有机结合, 可省去野外或室内费工费时的操作过程, 因此层析提取法是一种能快速有效提取土壤样品中活动态铀的新方法。

2.2解析液的处理

层析液将活动态铀解析下来后, 笔者分别进行了直接测定和蒸干有机物后的试验, 用微量铀测试仪测试 (表1) 。

由表1可知, 层析液将活动态铀解析下来后, 随之有机物也解析下来, 解析液如直接用激光荧光仪测定, 会由于有机物产生荧光而干扰测定, 但在用少量氢氟酸、硝酸和高氯酸处理解析液后, 干扰即消除。

2.3试样粒度、用量和层析时间

试样粒度过40目筛即可。试样用量根据地区土壤铀的背景值不同而决定, 一般北方地区为1g, 南方地区为0.2～0.5g。以一批60个试样计, 北方地区试样层析时间小于10min, 南方地区试样层析时间小于5min。

3层析法有效性及与其它方法比较

3.1层析法提取土壤样品中活动态铀

3.1.1不同强度层析液层析试验

采取北方地区0号勘探线土壤样品30个 (点距为100m, 剖面长2900m) 分别用水溶液和3种由弱到强不同强度的层析液逐级进行铀的层析试验, 试验结果如图2所示。由图2可知, 用水溶液作层析液时, 在矿体上方ZK00—11和ZK00—10之间显示出一较弱的峰值, 其衬度为2.3。而用层析液I即可获得较好的异常。然而, 随着层析液强度的增加, 样品中非活动态铀也随之被解析, 掩盖了层析液l获得的弱异常。层析液Ⅱ解析铀的曲线呈背景值, 且高于层析液I条件下的铀背景值。而层析液Ⅲ解析铀的曲线则出现铀背景值明显增高的现象。据此, 我们选用层析液I提取土壤样品中活动态铀。

3.1.2层析法与元素活动态方法的比较

用元素活动态方法中的水溶态法提取北方地区0号勘探线地表土壤粒度为80目中活动态铀时, 在ZK00—10和ZK00—11之间获得了清晰的活动态铀异常, 异常衬度达4.5。但在实验中发现, 用水提取铀时, 若水溶液经过滤, 因滤纸对纳克级离子有吸附作用, 可能影响提取效果, 这与文献的结论是一致的。采用的是水提取液澄清数天后取其清液处理后测定, 虽然效果明显, 但从称样一提取一测定时问需5d。采用层析液I提取, 可消除滤纸对纳克级离子的吸附作用, 且可强化异常。从称样一层析一解析液处理一仪器测定, 一个工作日可分析60个样品。用层析液I法同用水溶态法一样, 在ZKOO一10和ZK00一11之间获得了活动态铀异常, 异常衬度达3.0, 而无矿地段则主要显示为背景值。

3.1.3层析法提取土壤样品活动态铀分析流程

称取40目的土壤样0.2000g～1.0000g置于25mL干烧杯中, 倒入叠有9cm定量滤纸的漏斗中。用定量加液器加入1mL水, 漏干。根据称样量, 按试样与层析液的比例1∶15用定量加液器分3次加入层析液工, 若称样为1.0000g, 则每次加入5mL, 每次必须漏干。3次解析液均用聚四氟乙烯坩埚承接。于解析液中加入3滴氢氟酸, 2滴硝酸, 2滴高氯酸, 于低温电炉上冒烟蒸干后制成4%的硝酸溶液。按方法EJ/T55O一2000于微量铀测试仪上测定铀量。

3.2层析法在已知矿床上的找铀试验

3.2.1某区内构造发育, 其中NE向和NNE向构造断裂带最为发育, 是主要的控矿含矿构造。这些构造的夹持交汇处、构造变异部位, 控制了区内铀矿床、铀矿 (化) 点及异常点带的分布。

在某矿床2号剖面进行了层析法找铀试验 (图3) 。由图3可知, 在矿体上方90m～230m区段的土壤中, 获得了清晰的层析法活动态铀异常, 尤其在富矿体上方异常连续性好, 异常强度大, 最高异常衬度高达l5。表明了该方法异常指示深部铀矿的有效性。

3.3方法精密度试验

为评价层析法提取活动态铀的精密度, 随机选取7个土壤样品, 用层析液I进行层析法精密度试验, 每个样品的6次重复测定结果见表2。结果表明, 每一样品测定结果的相对标准偏差均小于20%。可见, 该方法的精密度较好, 明显优于水溶态提取法。

4结论和讨论

层析液可瞬时将活动态铀解析下来, 且当试样粒度及其它条件一定时, 每种层析液解析铀的规律相同、解析的铀量趋于稳定。

层析法提取某土壤中活动态铀的结果表明, 在矿体上方呈现清晰的活动态铀异常, 异常形态与元素活动态方法中的水溶态提取法基本一致。应用该方法提取某矿床2号线土壤样品中活动态铀的结果显示, 矿体上方异常明显。该方法在此矿床上的试验结果表明, 土壤活动态铀异常带与9号含矿硅化断裂带吻合较好。方法精密度试验结果显示, 层析法的相对标准偏差小于20%, 明显优于水溶态法。笔者认为, 层析法的优势在于既可省去地电化学野外富集的繁琐过程, 又可大大缩短元素活动态室内提取的费时过程 (只需将少量瞬时解析液处理后即可用灵敏度高的仪器测定) ;层析法快速、简便、找矿效果较明显, 是一种前景广阔、值得推广的提取土壤活动态铀及其他元素的新方法。

摘要：本文主要论述了层析法提取土壤中金属活动态元素的原理、层析法提取土壤活动态铀的测试结果, 将层析法与元素活动态方法中的水溶态铀提取法作了比较, 结果表明:两者找矿效果基本相同, 但层析法的精密度较好。

关键词：层析法,活动态铀,铀矿床