碳化钨钵体研磨地质样品的元素污染研究.pdf

西北大学学报自然科学网络版 2005 年 3 月，第 3 卷，第 3 期 Science Journal of Northwest University Online Mar. 2005, Vol.3. No.2 收稿日期2004-10-11 审 稿 人董云鹏，男，西北大学地质学系教授。 碳化钨钵体研磨地质样品的元素污染研究 第五春荣，孙 勇，柳小明，刘 晔，袁洪林，王建其，胡兆初 西北大学 大陆动力学教育部重点实验室，陕西 西安，710069 摘要为了确定地质样品在碎样过程中的可靠性，选用酸性、中性、基性和超基性岩 4 种样品， 分别采用碳化钨钵体与玛瑙钵体进行研磨，然后利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定 其化学组成。结果表明碳化钨钵体研磨地质样品除了 Co 产生明显污染外，不会对其他所测定 的微量元素产生污染。认为在超基性、基性、中性、酸性岩中碳化钨钵体对不同 Co 含量岩类的 污染程度依次增强。 关键词碳化钨钵体；玛瑙钵体；元素污染 中图分类号P59 文献标识码A 文章编号1000-274X20050138-06 地质样品制备过程中的无污染是地球化学研究的基础。一般情况下，在进行化学分析之前，地质样 品的粉碎包括以下 2 个步骤。 第 1 步，粗碎，常采用带有刚玉颚板的破碎机。 第 2 步，细碎，主要有两种方式①以玛瑙钵和玛瑙球为容器的球磨机，优点是污染小，缺点是磨 样时间长且不易清洗；②以碳化钨钵（WC）和碳化钨棒构成的震动研磨机，优点是钵体易于清洗，碎 样快速，仅需要 25 min，但其污染问题尚有争议。 对于碳化钨钵体， 由于其材料的类型不同， 各元素的含量变化为 WC 93.5％91, Co 6.5％9, TaC 00.5和 V 0 1 800 g/g，除此之外,还含有微量的 Cr、Mo（15 g/g） 、Ni（10 g/g）和 Fe（50 g/g） 。 本实验室所用 CMT Co. LTD 生产的 WC 钵体，主要由 WC 91，Co 9和微量的 Cr 和 Ni 组成，为不 含 TaC 和 V 类型的材料。 前人用石英模拟地质样品，研究了碳化钨钵体碎样对样品中主微量元素的污染情况。结果显示，碳 化钨钵体除对样品造成严重的 W 和 Co 污染及对低 Cr 和 Ni 含量样品产生污染外，对所测定的其他微 量元素不会造成明显污染 [1]。但是，石英微量元素含量较低、测定过程不稳定等因素都可能造成结果的 偏差，而且地质样品微量元素丰度本底差异较大，对污染的反映灵敏程度也各不相同。因此，本文利用 酸性、中性、基性和超基性岩 4 种样品，分别采用碳化钨钵体与玛瑙钵体对样品进行碎制，利用西北大 学大陆动力学重点实验室电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定各种微量元素的化学组成，以确定碳 化钨钵体碎制不同岩石时的污染情况。 1 仪器与试剂 1.1 仪 器 碳化钨钵体碎样机，T1-100 型，日本 CMT Co. LTD 产；玛瑙研钵，国产；电感耦合等离子体质谱 - 2 - 仪，Elan6100 DRC 型 ICP-MS，美国 PE 公司生产。样品的溶解采用实验室自行设计加工的聚四氟乙烯 溶样弹（专利号ZL03218713.0）,实验中所用的水为法国 Millipore 公司生产的 Milli-Q Element 超纯水 系统制备的 18 MΩ/cm 高纯水。 1.2 试 剂 实验采用花岗岩、安山岩、玄武岩、橄榄岩 4 种样品。实验中用到的硝酸、氢氟酸和高氯酸分别是 用亚沸蒸馏法提纯优级纯试剂所得到的低本底高纯酸。 2 样品制备与分析 样品制备与分析 选取两份新鲜的花岗岩、安山岩、玄武岩、橄榄岩样品，先用带有刚玉颚板的破碎机粗碎，然后分 别用碳化钨钵体与玛瑙钵体细碎 6 min 至 200 m，将研磨好的样品 105℃烘 2 h，保存在干燥器中待用。 每份样品准确称取 50 mg，放入聚四氟乙烯溶样弹中，加入高纯的 HNO3 1mL、HF 2 mL 和 HClO4 0.01 mL，置于电热板上 140℃蒸干，以除去 SiO2。加入 HF 和 HNO3 各 1.5 mL，加盖及钢套密闭，放入烘 箱中 190℃保持 36 h，待冷却后蒸干，再加入 3 mL HNO3,蒸干，以除去残余的 HF。加入体积分数为 50％的 HNO3 3 mL，加盖及钢套密闭，140℃保持 12 h，以保证对样品的完全提取。冷却后将提取液加 入内标Rh，用高纯水稀释至 80.00 g，待测。 3 结果与讨论 8 件样品的微量元素分析结果列于表 1。相对而言，由于玛瑙钵体主要的 SiO2组成不含其他微量元 素，样品在碎样过程中不会因碎样器而造成污染。本研究以玛瑙钵体为标准，对比碳化钨钵体的污染情 况。将碳化钨碎制样品的分析数据用该样品的玛瑙钵体分析数据标准化，其结果见图 14。 由图 14 可见用碳化钨钵体碎样除对 Co 产生明显污染外，对所测定的其他微量元素不会产生污 染。Co 在不同岩浆中的含量相差很大，在超基性岩、基性岩和花岗类岩中平均含量分别为 150～200、 45～48、1～7 ng/g，其中超基性岩中 Co 含量为花岗类岩的 38 或 40 倍 [2]，所以 Co 对花岗类岩的污染 比基性、超基性岩更为严重。这是由于花岗岩成分中含量最大的是石英（石英硬度为 7） ，是造岩矿物 中硬度最大的矿物，所以用花岗岩作为实验样品，代表了碎样过程中可能带来的最大污染。 从表 1 数据分析结果可看出， 玛瑙钵体研磨样测得的数值略高于碳化钨钵体研磨样得到的数值， 最 为明显的是稀土元素，这可能是由于玛瑙钵体含有包裹体或其他的矿物颗粒。 0 1 10 100 LiBeScVCrCrCoNi CuZn Ga Ge RbSrYZrNb CsBa LaCePrNd Sm Eu GdTbDy HoEr Tm YbLuHfTa PbThU c碳化钨/c玛瑙 花岗岩1 花岗岩2 图 1 花岗岩各种元素污染的对比 Fig.1 Comparison of elements contamination in granite with different mortar - 3 - 0 1 10 LiBeScVCrCr CoNiCuZn Ga GeRbSrYZrNbCsBaLaCePrNd Sm Eu GdTbDy HoErTmYbLuHfTaPbThU c碳化钨/c玛瑙 安山岩1 安山岩2 图 2 安山岩各种元素污染的对比 Fig.2 Comparison of elements contamination in andesite with different mortar 0 1 10 LiBeScVCrCrCoNiCuZnGaGeRbSrYZrNbCsBaLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuHfTaPbThU c碳化钨/c玛瑙 玄武岩1 玄武岩2 图 3 玄武岩各种元素污染的对比 Fig.3 Comparison of elements contamination in basalt with different mortar 0 1 10 LiBeScVCrCrCoNiCu Zn Ga Ge RbSrYZrNb Cs BaLaCePrNd Sm Eu Gd TbDy HoErTm YbLuHfTaPbThU c碳化钨/c玛瑙 橄榄岩1 橄榄岩2 图 4 橄榄岩各种元素污染的对比 Fig.4 Comparison of elements contamination in peridotite with different mor 表 1 地质样品分析数据 Tab.1 Analytical data of geology sample 10-9 石英 花岗岩样品 1 花岗岩样品 2 安山岩样品 1 安山岩样品 2 元素 Q WC Q WC Q WC Q WC Q WC Li 1 538 1 520 91.4 93.3 61.5 60.8 25.2 28.1 12.0 12.1 Be 33.7 0.68 4.1 4.0 4.2 4.2 1.8 1.9 2.2 2.2 Sc 4.7 4.4 2.9 2.7 15.4 15.3 6.5 6.3 V 148 224 36.5 36.3 27.1 25.0 115.9117.155.9 55.2 Cr 14.3 18.8 5.1 4.6 214.9217.347.9 49.0 Cr 746 1436 13.3 18.3 4.7 4.0 209.5212.149.5 49.2 Co 322 40 3243 3.8 17 1.92.5 1 95.227.4 48.1 11.6 43.3 Ni 171 1 001 6.8 9.2 2.6 2.2 124.7125.131.4 30.1 Cu 189 183 4.4 3.9 3.9 3.5 17.4 17.3 11.3 11.1 Zn 414 153 68.8 63.2 48.5 45.4 79.4 78.0 58.5 55.6 Ga 21.1 8.91 21.9 21.0 19.5 18.7 18.3 18.1 19.0 19.2 Ge 483 426 1.2 1.1 1.0 1.0 1.3 1.2 1.2 1.2 Rb 59 37 146.7 147.2 137.0135.2 79.5 77.3 114.8 103.9 Sr 310 256 451.2 432.8 447.0423.9 606.3596.7796.9 785.4 - 4 - Y 5.24 2.4 14.7 11.6 9.8 7.8 16.7 16.4 12.3 11.7 Zr 36.4 22.6 220.9 211.9 156.8149.9 177.8174.2195.7 202.9 Nb 3.23 1.32 20.5 17.8 13.5 11.2 12.7 12.4 16.3 15.4 Cs 4.5 4.2 5.7 5.3 4.5 4.2 1.3 1.2 1.8 1.7 Ba 1 491 1 145 458.0 450.6 577.8542.2 858.7835.91 436.2 1 354.6 La 5 4.7 68.3 51.5 43.4 35.7 29.0 28.6 51.9 48.4 Ce 8.9 7 117.9 92.0 78.2 63.3 56.3 55.4 74.9 68.7 Pr 1.49 1.05 12.4 9.1 7.8 6.1 6.2 6.0 8.5 7.9 Nd 4.6 3.55 43.1 32.5 27.1 22.0 24.3 24.0 29.9 27.7 Sm 0.94 0.52 6.4 4.8 4.1 3.2 4.3 4.2 4.3 4.0 Eu 0.38 0.26 0.9 0.9 0.8 0.8 1.3 1.3 1.3 1.3 Gd 1.09 0.56 5.3 4.1 3.4 2.7 4.0 3.9 3.9 3.6 Tb 0.12 0.069 0.6 0.4 0.4 0.3 0.5 0.5 0.4 0.4 Dy 0.77 0.42 2.6 2.0 1.6 1.3 2.8 2.8 2.1 2.0 Ho 0.16 0.07 0.4 0.3 0.3 0.2 0.5 0.5 0.4 0.4 Er 0.5 0.23 1.0 0.8 0.7 0.6 1.4 1.4 1.0 1.0 Tm 0.103 0.035 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1 Yb 0.85 0.24 0.8 0.7 0.6 0.5 1.3 1.3 0.9 0.8 Lu 0.16 0.042 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1 Hf 2.39 2.32 5.4 5.3 3.8 3.7 4.0 3.9 4.6 4.6 Ta 0.28 3.51 1.2 1.2 1.0 0.9 0.7 0.7 1.1 1.0 Pb 62 44 29.6 29.3 33.4 31.7 14.3 13.8 21.1 20.4 Th 0.01 0.08 37.7 28.7 26.1 20.3 4.9 4.8 7.7 7.3 U 16.1 0.01 3.8 3.2 2.6 2.4 1.1 1.1 1.7 1.6 续表 1 玄武岩样品 1 玄武岩样品 2 橄榄岩样品 1 橄榄岩样品 2 元素 Q WC Q WC Q WC Q WC Li 55.6 55.9 47.27 48.81 1.59 1.60 1.58 1.58 Be 2.2 2.2 2.06 2.11 0.01 0.01 0.02 0.01 Sc 27.7 26.4 26.86 26.11 10.33 10.15 8.69 7.70 V 192.8 188.9 186.21 187.14 41.22 41.86 26.17 25.11 Cr 896.9 816.3 859.00 787.04 2 321.382 358.222 163.33 2 339.77 Cr 926.6 866.8 914.35 820.30 2 387.012 442.802 209.51 2 427.36 Co 43.4 53.1 42.37 53.32 132.11 140.57 128.62 135.23 Ni 235.6 206.6 216.05 184.45 2 132.002 069.812 302.96 2 277.76 Cu 59.8 56.6 63.88 57.73 6.53 6.36 2.94 2.82 Zn 85.7 83.3 85.97 79.91 45.88 45.45 47.24 46.25 Ga 17.2 16.4 16.95 16.66 1.11 1.13 0.82 0.82 Ge 1.6 1.5 1.52 1.43 0.80 0.85 0.85 0.82 Rb 65.4 62.9 66.26 64.33 1.50 1.45 0.61 0.69 Sr 939.3 869.0 909.25 835.28 3.02 3.15 2.11 2.04 Y 26.7 24.7 26.64 24.78 1.17 1.18 0.95 0.95 Zr 181.7 168.9 182.85 169.00 1.38 1.47 4.83 4.30 Nb 9.8 9.1 9.82 8.99 0.05 0.04 0.01 0.01 Cs 1.8 1.6 3.11 2.82 0.00 0.00 0.00 0.00 - 5 - Ba 1 830.9 1 657.0 1 838.491 688.750.87 1.47 1.54 1.62 La 64.8 60.6 64.24 60.24 0.16 0.16 0.09 0.09 Ce 134.2 122.3 133.34 122.41 0.27 0.24 0.19 0.22 Pr 16.8 15.3 16.41 15.30 0.04 0.04 0.03 0.04 Nd 72.9 67.7 71.87 66.57 0.24 0.21 0.25 0.25 Sm 14.1 12.9 13.97 12.80 0.07 0.06 0.09 0.08 Eu 3.7 3.4 3.64 3.39 0.02 0.02 0.03 0.03 Gd 11.3 10.3 11.13 10.35 0.09 0.08 0.09 0.08 Tb 1.3 1.2 1.29 1.18 0.01 0.01 0.01 0.01 Dy 5.8 5.4 5.75 5.34 0.10 0.11 0.09 0.08 Ho 0.9 0.8 0.89 0.82 0.02 0.02 0.02 0.02 Er 2.1 2.0 2.09 1.97 0.07 0.07 0.05 0.05 Tm 0.3 0.2 0.27 0.24 0.01 0.01 0.01 0.01 Yb 1.7 1.6 1.72 1.56 0.09 0.08 0.06 0.06 Lu 0.3 0.2 0.25 0.23 0.01 0.01 0.01 0.01 Hf 4.2 3.8 4.06 3.73 0.04 0.04 0.10 0.09 Ta 0.4 0.4 0.41 0.40 0.05 0.06 0.04 0.04 Pb 13.8 12.9 13.65 12.82 0.07 0.08 -0.01 －0.01 Th 8.0 7.4 7.84 7.26 0.00 0.00 -0.01 －0.01 U 1.7 1.6 1.45 1.36 0.01 0.01 0.00 0.00 注石英的数据摘自文献 1，Q 为用玛瑙研磨的样品;WC 为用碳化钨研磨的样品 参考文献 [1] 柳小明,刘 晔,王建其,等.不同钵体研磨地质样品产生的元素污染及粒度分布探讨[J].岩矿测 试,2004,23（2）121-123. [2] 牟保磊. 元素地球化学[M].北京北京大学出版社,1999.160-162. 编 辑 张银玲 A study on the element contamination of the Tungsten carbide mortar DI-WU Chun-rong, SUN Yong, LIU Xiao-ming, LIU Ye, YUAN Hong-lin, WANG Jian-qi, HU Zhao-chu Key Laboratory of Continental Dynamics, Ministry of Education, Northwest University, Xi’an 710069, China Abstract There are two kinds of to grind geological sample by using tungsten carbide pot and agate pot. The element contamination was investigated in different rocks ground by this two pot mills. Compared with agate pot, tungsten carbide has no apparent contamination to geological samples for measured trace elements except that Co contamination is more serious in granitic rocks than other rocks. Key words tungsten carbide pot; agate pot; element contamination - 6 - 作 者 简 介 第五春荣，男，陕西旬邑人，生于 1977 年 7 月。1998 年 7 月毕业于西北大学地 质学系地质学专业，获学士学位。现为西北大学地质学系构造地质学专业硕士生。 本文引用格式为 [] 第五春荣, 孙 勇, 柳小明. 碳化钨钵体研磨地质样品的元素污染研究[J]. 西北大学学报（自然科学 网络版）, 2005, 33 0138.