电子探针在工艺矿物学研究中的应用.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW457电子探针在工艺矿物学研究中的应用张凤英，黄巧燕广西壮族自治区地质矿产测试研究中心，南宁，5300231收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.199作者简介：张凤英，女，1983 年生，大学本科，高级工程师，主要从事岩矿鉴定及元素赋存状态研究；Email：。通讯作者：黄巧燕，女，1985 年生，大学本科，高级工程师，主要从事地质地球化学分析测试研究；Email：emmq-。关键词：关键词：电子探针分析；工艺矿物学；应用电子探针（简称 EPMA）是一种利用电子束作用于试样表面后产生的特征 X 射线进行微区成分 分 析 的 仪 器。本 文 所 用 的 电 子 探 针 为EPMA-1720 型电子探针，其可对式样中微小区域（微米级）的化学成分进行定性和定量分析，同时能够进行点、线、面分析，因其具单个微米级微区分析、无损分析等特点而受矿物学专家的喜爱，其成为研究元素分布状态及显微矿物鉴定的重要手段。本文主要以大田界铅锌银矿矿床为例，运用偏反光显微镜观察、X 射线衍射分析和电子探针分析等综合分析技术手段，并结合野外地质产状及特征和矿石与脉体等之间的穿插关系、观察矿物共生组合特征，对大田界铅锌银矿矿床的矿石进行工艺矿物学研究。1电子探针的结构特点1.1电子探针的结构电子探针 X 射线显微分析仪（EPMA）利用细焦电子束，在样品表层单个微米级的区域内内激发元素的特征 X 射线，根据特征 X 射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针主要由电子光学系统（镜筒）、X 射线谱仪和信息记录显示系统组成。EPMA-1720 型电子探针传承 52.5的高 X 射线取出角技术。可以进行高灵敏度的 X 射线分析，同时具高速稳定驱动的样品台，可以高精度设定分析区域与位置，从而对试样中单个微米级的区域的化学成分进行精准的定性或定量分析，同时还可以进行点、线扫描、面扫描分析，除了能得到试样化学成分外，还可得到化学成分的分布信息和其面分布图像。由于电子探针技术具有操作快捷简单、实验数据处理容易、无损分析、精度较高等特点，故广泛应用于地质、冶金、电子材料等领域中，是矿物鉴定的重要辅助手段（陈意等，2019）。1.2电子探针的优点（1）能进行微区分析。可分析数个m3内元素的成分，这对微细粒矿物的分析是比较理想的方法。（2）能进行无损分析。电子探针分析可直接对原块状试样表面某个区域进行分析，对试样无破坏现象。通过光学显微镜圈定出所关注的区域，运用电子探针对所圈定区域进行分析，把电子显微镜和电子探针结合，可把在显微镜下观察到的显微组织和元素成分联系起来。（3）电子探针除了能进行点分析外,还可以进行线扫描和面分析,这对了解样品中元素的分布规律、共生关系和赋存状态等提供了大量基础资料。（4）分析范围广。能对 BeU 之间的元素进行分析。（5）快速：因为电子探针一般都有三至四道谱仪同时对不同元素进行分析,并且都是由计算机自动操作和修正计算的,因而分析速度快,成本也较低。2确定分析方法矿石的工艺矿物学粒度研究的常规手段是运用偏反光显微镜观察矿物的光学性质和通过观察及测定手标本的其他物理性质来认识矿物成分及矿物间嵌布情况等。但要准确的确定矿物的名种类，仅根据其光学性质、物理性质等参数来判定，有时候证据不足，说服力度不够，而且一些不同种类的矿物之间其光性和物性往往非常相似，因此用常规地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1458的手段更难以准确地区别鉴定这类矿物，尤其是一些细微矿物，受光学显微镜放大倍速和分辨率的限制，很难直接通过光学显微镜下观察其光性来鉴定其具体矿物名称，比如在铅锌矿矿床中常见的一些乳滴状矿物，由于矿物粒度一般都很细微，难以准确测定其光性和物性。因此，要对这类进行精准定性其矿物类别，必须对其单矿物进行微区定性分析及对其晶体结构等特征进行深入研究。而电子探针的微区分析（纳米级）、无损分析等特点正好弥补了常规鉴定手段的不足，这一特点也使得使电子探针分析技术越来越受地质工作者的喜爱，成为最为有效和常用的矿物鉴定辅助手段。同时，而电子探针的分析技术与光学显微镜分析技术、X 射线衍射分析技术等现代分析技术相结合形成的综合技术手段，弥补了矿物鉴定手段单一、不够深入的不足，也让一些原来无法精准识别的矿物得到准确的鉴定，并纠正了此前一些模糊或不甚准确的认识（谢菱芳，2011）。本文主要以大田界铅锌银矿矿床为例，将电子探针与光学显微镜、X 射线衍射分析相结合，对该矿床中的有用矿物进行工艺矿物学研究。3大田界矿床区域地质特征大田界铅锌银矿矿床属于中-低温热液型充填矿床，矿区位于岑溪大断裂北侧，受断层、构造影响，有岩体侵蚀而导致一些褶皱不完整，三组断裂较为发育。向斜东南翼较完整；西北翼，在鸡六坪之北东，核部、翼部被岩体侵入，在大田界之西，罗东组、罗洪组残缺不全，其中罗洪组缺失下段。区域矿产主要为银、铅、锌、铁等；出露的地层主要为奥陶系罗洪组（O1l）、罗东组（O2l）和东冲组（O2d）。4大田界矿床矿石工艺矿物学特征4.1样品处理本次样品为大田界银铅锌矿石实验室流程试验的样品，样品包含了贫富矿石，样品总重量 300500 公斤，分别在贫富样品中选取具有代表性的矿石样品进行光薄片磨制，以备光学显微镜下进行矿物鉴定；对已按一定比例配矿的综合样品碾磨至200 目，以备 X 射线衍射分析。4.2矿石化学成分运用 XRF、ICP 等对矿区中矿石进行化学成分图 1 大田界铅锌银矿床样品 X 射线衍射分析图谱地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1459分析，可知矿区中矿石的主要化学成分为 Al2O3、SiO2等，主要有用元素为 Ag，次为 Pb 和 Zn，其中Ag 的品位为 370g/t，Pb 的品位为 2.7%，Zn 的品位1.8%。4.3矿石矿物组成矿石由高品位、中品位样品组成，呈块状，矿石标本外皮多呈黑灰色，少量呈灰白色，内部颜色多为灰色或灰色中夹白色脉体或团块，综合光学显微镜下对矿石的薄片、光片的鉴定结果（图 2）及X 射线衍射分析结果（图 1）可知，矿石的矿物成份比较简单，不同矿石块体中的矿物成份及含量、分布有明显变化，矿石中主要矿物有石英、绢云母、铁白云石、高岭石等，有用矿物主要是是闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、辉银矿。4.4矿石结构构造通过运用偏、反光显微镜对矿石的光、薄片进行显微镜镜下观察可知矿物的组成及矿物间的嵌布关系，从而确定该矿床矿石原岩为泥岩或石英杂砂岩，而少部分矿石原岩蚀变较为强烈，其主要由热液适应嵌布组成，形成热液石英岩，还有少量矿石受动力作用影响，原岩被压碎压裂，形成大量的角砾、碎粒错位且无定向地排布，同时也有少量主要由闪锌矿、方铅矿、黄铁矿或单独或共同嵌布组成，形成次块状或者块状构造。由以上可知，该矿床矿区内矿石的主要结构有变余显微鳞片泥质结构、变余砂质结构、他形粒状变晶结构、半自形粒状变晶结构、碎裂结构、角砾结构等；矿石具块状构造、稀疏浸染状构造、星散浸染构造、脉状穿插构造、斑杂状构造、斑点状构造、次块状构造、乳滴状构造。4.5大田界矿床矿物的形态、分布状况及粒度嵌布根据偏反光显微镜的鉴定结果，可知，该矿床中矿石主要由碎屑物和绢云母、高岭石嵌布组成，其中碎屑物 主 要 为 石 英 碎 屑，大 小 多 在0.0040.3 mm，以 0.060.25 mm 居多，0.010.06 mm 也有一定含量；绢云母多呈显微鳞片状，高岭石呈隐晶质状或显微鳞片状，它们常不均匀地嵌布在一起且无定向分布。一些蚀变作用形成的矿物聚集形成各种矿物成份变化的不规则斑块、斑点或脉体、微纹穿插分布于原岩中，另外还有蚀变作用形成的矿物不均匀地浸染原岩分布。根据野外观察及相关地质资料可知，该矿床具构造带，矿区内矿石受动力作用影响，原岩被压碎压裂，有时甚至形成角砾状结构，原岩裂隙及角砾间不均匀地充填着蚀变作用形成的他形粒状的闪锌矿（工艺矿物学粒度0.0051.6 mm，常见在0.050.8 mm，其次在 0.81 mm）及方铅矿（工艺矿物学粒度最小为 0.005 mm，最大为 2.5 mm，常见在 0.040.8 mm，其次在 0.81 mm）、五角十二面体状及立方体状、他形粒状的黄铁矿（工艺矿物学粒度最小为 0.001 mm，最大为 3.6 mm，常见在0.040.6 mm，0.61.2 mm 也有一定量）、柱粒状的石英、半自形及他形粒状的铁白云石。这些蚀变作用形成的闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、石英、铁白云石常聚集形成各种矿物成份变化的不规则斑块、斑点，有时还形成一些脉体或微纹（而铁白云石多单独或与其他蚀变矿物共同聚集成脉体、团块），另外还有少量闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、石英、铁图 2 大田界铅锌银矿矿床样品偏光显微镜下照片地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1460白云石不均匀地浸染原岩分布。有用矿物闪锌矿、方铅矿、黄铁矿常相互嵌布，部分方铅矿、黄铁矿不均匀地分布于较为粗大的闪锌矿中，且还可见很少量黄铁矿、方铅矿呈极细微的乳滴、微纹不均匀分布于闪锌矿中。黄铜矿部分呈细小他形粒状，部分呈乳滴状，不均匀地分布于闪锌矿中。辉银矿、黝铜矿、砷铜矿呈细微粒状或乳滴状，它们常不均匀的嵌布于闪锌矿中。4.6微细粒矿物的探针分析及特征研究方法主要是通过光学显微镜、X 射线衍射仪并并结合通过野外、手标本的观察，确定了样品的结构构造、矿物组成及矿物间的嵌布关系，为了更准确的对矿石中一些光性较为类似且粒度很细的矿物进行矿物定性分析，本次研究运用EPMA-1720 型电子探针对大田界铅锌铜矿床主要矿石矿物进行了成分分析，同时对粒度较小的显微镜下无法观察到的矿物利用背散射电子图像进行研究并进行定性分析，确定微细粒矿物的具体类型及其特征。通过电子探针分析结果可知，矿石中的微细粒矿物及闪锌矿中嵌布的细微矿物主要为辉银矿、黝铜矿、砷铜矿、黄铜矿，其中辉银矿呈半自形显微粒状、乳滴状，黝铜矿、砷铜矿、黄铜矿多呈显微粒状及乳滴状。具体见图 3。5结论通过在已磨制的光片的镜下鉴定及电子探针分析，可知矿石中 Pb、Zn、Ag、Cu 的赋存状态如下：（1）矿石中 Pb 主要以方铅矿（PbS）的形式出现；（2）矿石中的 Zn 主要以闪锌矿（ZnS）的形式出现；（3）矿石中的Ag主要存在于辉银矿（Ag2S）中；（4）矿石中的 Cu 主要以黄铜矿（CuFeS2）的形式存在，微量赋存于黝铜矿、砷铜矿矿中；电子探针问世至今，已经被广泛的应用于材料学、地学等学科的研究中，用其研究并产生的新发现、新成果更是不计其数，而且在地质学研究中的应用也不仅限于工艺矿物学研究，还包括在地质体测年、固溶体分离矿物研究中、环带结构研究等方面的应用，总之，电子探针分析在地质学研究中的应用非常广泛，并且具有更广泛的应用前景。但电子探针也具一定的局限性，单靠电子探针分析技术不能一支独大，它不但不能完全取代其他的分析测试手段，还需要与其他分析技术手段相互配合，相辅互助，才能发挥其最大的优势。参考文献/References陈意、张迪、贾丽辉、毛骞.2019.电子探针分析技术进展及应用，中国矿物岩石地球化学学会学术年会，2019-04-19.李琳洁.2017.电子探针在地质学研究中的应用.大科技,157158.谢菱芳.2011.电子探针在工艺矿物学中的应用.云南冶金,40(1):6265.ZHANGFengying,HUANGQiaoyan:Applicationofelectron probe in technological mineralogy；Keyword:EPMA;process mineralogy;application图 3 大田界铅锌银矿矿床辉银矿背散色电子图及电子探针定性分析(a)(b)