矿产勘探水中金属离子提取法

矿产资源的严重短缺正在演变为经济发展的制约因素，而找矿难度日益增大。如果能够实现矿产勘查，让矿产资源高效循环利用，将会为我国国民经济健康快速协调发展做出重要的贡献。水中部分金属离子提取法是根据在人工电场的作用下，电子导体电极与离子溶液界面之间的电化学反应原理进行工作的。

1工作原理

水中部分金属离子提取法是根据在人工电场的作用下，电子导体电极与离子溶液界面之间的电化学反应原理进行工作的。当外电场加于放在水中的两个石墨电极时，水中带负电的离子和胶体朝正极移动。在离子迁移的途中，放置一种选择性吸附剂，将需要检测的成矿元素和伴生元素吸附住。随着电流的流动，所需元素在吸附剂上不断聚集；当通电一段时间后，吸附剂上的金属量足以满足分析方法的需要时，取下吸附剂，并将它密封包装，送实验室检测待测的金属组分。最后根据吸附剂中金属组分的异常特征，预测其深部是否有隐伏矿存在。在水溶液中，金属离子一般为阳离子，理应富集在电极的负极上。无数试验已经证明，在阳极上同样有金属离子聚集。这可能是带负电的胶体在水中吸附了金属离子的缘故。其详细机理尚不十分清楚，但将正负电极上的金属离子合并在一起，其测量结果更具有代表性，地质效果也较好。在阴极上，电极反应有：水分解反应和反应电位低于水化离子放电电位的金属离子的放电。大多数金属离子与氢氧离子结合，形成难溶于水的化合物。在阳极上，电极反应的主要产物是用于制造电极材料的离子。此外，在该电极上还形成水化氢离子和氧。在某些情况下，负离子也能放电，并形成相应的气体(如卤素、硫气体等)。

2水中部分金属离子提取的电极装置

水中部分金属提取的电极装置必须满足下列条件：不能因电极本身的电解，成为多种金属的污染源。因此，要求电极的材料是高纯度的石墨材料制成。若用金属材料制作，会造成金属材料的电解，其电解的金属量大大高于地下水中与隐伏矿有关的金属组分，将导致试验完全失败。此外，供电的导线，特别是导线与电极的连接点，绝不能与水接触，否则，其后果和金属电极相同。导线中的金属材料不能直接与水接触。所有随电流流动的离子必须全部通过选择吸附剂，并被吸附剂所吸附，并不再溶于水。电极间的距离必须保持固定不变。为了满足上述要求，我们设计了电极装置。两个电极固定在电极架上，保持两个电极间的距离一定和不容易短路。电极的外面用一多孔帽盖上，可防止电极和吸附剂直接与泥土接触。多孔帽盖可以自由拆卸。吸附剂置于石墨电极和多孔帽盖之间，可确保吸附剂不容易被玷污，同时也能确保随电流流动的金属离子必须经过吸附剂。

3恒流电源

为了使不同采样点上所获资料具有较高的对比性能，必须保持电流大小一致，电流恒定，是提高可对比性的重要因素之一。可能电压恒定更为重要，因为不同离子的氧化还原电位各不相同，只有当电极电位达到该元素所需的氧化还原电位时，才能将该元素捕集，但在同一电路内，既要稳压，又要恒流，特别是对于电池电源而言，线路的难度较大，故采用恒流电路制作试验仪器。

4野外工作方法

4．1采样位置的选择

水中部分金属提取法的采样位置应选择在上升泉露头，一级水系的地表径流，裂隙水和民用水井等地下水的露头处，不要在人为污染严重的位置采样。

4．2采样密度

由于水电化学测量的采样位置受地下水露头的严格限制。而且，地下水露头的分布往往在不同地区是很不一样的，极不均匀。设计的采样密度过大，则无处采样，采样密度过稀，则达不到测量的目的。

4．3方法试验

根据拟寻找矿床的成矿元素和主要伴生元素，选择最有效的吸附剂，最佳工作电压和电流，尽可能减少预富集时间，并能确保所用分析方法能检测出待测的所有元素。这是方法试验所要达到的目的。

4．4采样步骤

将电池与恒流源连接好。将恒流源与采样电极连接好。将吸附剂用水浸透，多次挤压，排除泡塑孔隙内的气体，并让它吸足水，f所用水必须是采样处的水)直接覆盖在石墨电极上。再将多孔电极盖盖上，并拧紧，防止脱落。将电极架放人水中。打开电源开关，将电流从最小调至最大，并记下最大读数，再由最大值调至所规定的数值，(__搬为20mA)保持预富集时间约15min。通电时间到后，将开关拨至关。将电极架从水中取出，拧开多孑L电极盖帽，取下吸附剂，将水挤尽，用塑料袋包装，并用记号笔编号。回驻地后将塑料袋密封存放。将样品送实验室分析待测元素。

5样品分析

样品先在300~C炉温下炭化，后在600~C炉温下灰化。灰化后的样品，加入少量盐酸和双氧水，使灰分中的金属组分溶解，并稀释到一定刻度的体积，用原子吸收或原子荧光法分析待测元素。由于吸附剂中某些待测元素的本底较高，而且含量不均匀，为了防止吸附剂本底对测定结果的干扰，可采用稀盐酸加热脱附法，既不破坏吸附剂，又可降低吸附剂对测定结果的干扰。同时，应当注意的是：样品中金属组分的含量甚微，所采用的化学试剂，必须是高纯度的，而且在生产之前，必须做一定数量的空白试验，以确保测量所需的灵敏度和精密度。

6异常源的追索

水电化学异常源的追索，与水化学异常源的追索相同。由于一个点所代表的面积较大，如一平方公里一个点，即使是一个点的异常，也有lkm的范围，在lkm范围内找矿已属不容易了。如若有4~5个点的异常，代表了4~5km的范围，这时，要追索隐伏矿在那里，如同大海捞针，该方法的原理是：地下水流是沿近于水平的方向流动的，而壤中气和气溶胶组分则是近于垂直的方向迁移的，这两种迁移方式的迁移方向，为我们追索异常源提供了方便。水电化学异常，通过加密采样后，把异常的中心作进一步圈定。在进一步圈定的水电化学异常的中心部位，布置壤中气气溶胶测量的十字剖面。若气溶胶剖面上的异常组分与水电化学异常的组分一致，并且异常位置也叠合在一起，则该复合异常的位置可能就是隐伏矿的赋存位置，但埋藏深度尚难确定。为了进一步检验这种推断是否正确，还可以在复合异常处，采集深层土壤样或基岩样。若土壤和基岩中，也存在着与水电化学异常相同的异常组分，则异常源的位置就确定无疑了。是不是矿，还需作进一步的勘探。