多金属矿石中铜（Cu）、铅（Pb）和锌（Zn）元素定量分析

引言

多金属矿是指含有两种或两种以上具有经济价值金属元素的矿床。这些金属元素在同一矿床中常常互相共生或伴生，成分和结构较为复杂，不同金属元素的含量和分布也存在较大差异，这给选冶带来巨大挑战。

随着工业化进程的加速推进，在高新技术产业，尤其是新材料、新能源以及电子信息技术等领域对稀有、分散元素的需求日益增长，矿石中多种金属资源高效、环保、经济利用问题愈发凸显。我国虽然矿产资源种类齐全、储量丰富，但结构性矛盾突出，尤其是多金属共生矿普遍存在。例如，铜铅锌硫化矿、钨锡钼铋共生矿、金铜铅锌银多金属矿等在我国分布广泛，这些矿石中往往含有多种有价值的金属元素，其综合利用关乎资源保障能力的提升，也直接影响矿业经济效益和环境效益。

以某些典型的铅锌矿为例，除主金属外，还伴有金、银、镓、锗、铟等多种稀散金属，其潜在的经济价值不可忽视。沿用传统工艺的回收率不足60%，从而造成资源浪费、经济损失和环境污染。因此，研发矿石多金属综合回收技术显得尤为迫切，通过改进和创新采矿、选矿、冶金等环节工艺流程，在工业先进过程控制系统中融入实时、在线监控设备，提高对矿石中有价金属的提取率和回收率，同时提高试剂使用效率，降低有害元素的排放，可以有力推动绿色矿山建设和循环经济的发展。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，是工业界比较关注的一项检测技术。它可以实现实时在线监测，在地质、冶金和其他物理科学中有着广泛的应用。多年来，它已在几个工业环境中实施使用。为此，我们收集了一些青海省多金属矿石的样本，利用实验室现有的LIBS设备，对其中所含Pb、Zn和Cu进行定量分析，以验证其在矿产行业的能力。

图1、青海省多金属矿石

结果展示

实验室的LIBS系统，包含了一台Nd：YAG激光器，定制光路系统，以及采用中阶梯光谱仪Aryelle 200（LTB Lasertechnik Berlin，Germany)进行光谱接收和解析。下图展示了编号ZBK337样本的LIBS光谱，并列举出了铜铅锌几种元素的特征谱线：

图2、多金属矿样本LIBS光谱以及铜铅锌元素的特征谱线波长

分别选取CuⅡ224.7002nm特征谱线（图3所示）、PbⅠ405.781nm特征谱线（图4所示）和ZnⅠ472.22nm特征谱线（图5所示）绘制三种元素的标准曲线。同时，利用标准曲线模型对青海多金属矿标准样本中元素含量进行了预测，给出预测精度：

图3、多金属铜矿中Cu元素标准曲线，以及其含量预测结果

图4、多金属铜矿中Pb元素标准曲线，以及其含量预测结果

图5、多金属铜矿中Zn元素标准曲线，以及其含量预测结果

通过对矿石样本的分析，LIBS技术光谱数据能够很好的与矿石中元素含量相关，这为多金属矿回收技术开发与创新提供了良好的参考。结合该技术的简单、快速、经济等特点，在找矿、采矿、选矿和冶金等矿产工业工艺环节的先进过程控制系统中融入该监测技术，有望显著提升矿产资源的综合利用效率和智能化水平。

未来，随着设备小型化、算法智能化和系统集成化的进一步发展，该技术有望成为矿产资源高效开发和可持续利用的关键一环。

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