金川铜镍硫化物矿石中铜（Cu）、钴（Co）、镍（Ni）和铁（Fe）的定量分析

引言

铜、镍、钴，再加上铁，这几种金属几乎撑起了现代工业的半壁江山。随着全球能源转型的加速推进，新能源汽车、储能系统、电网扩建对铜、镍、钴的需求持续攀升，国际能源署已将镍和钴列为能源转型的核心关键矿产。我国作为全球最大的镍、钴消费国，资源保障问题一直备受关注——镍、钴等支撑新能源革命的关键金属的战略价值日益凸显。

金川被誉为中国的"镍都"，在众多铜镍硫化物矿床中，甘肃金川无疑是最具分量的一座。1958年白家嘴镍矿的发现，使金川硫化铜镍矿总储量跃居世界第三，终结了我国镍资源长期依赖进口的局面。截至目前，累计探明镍金属储量558万吨、铜354万吨，钴金属约16万吨，铂族金属210吨。以单一岩体的金属资源量计算，金川是全球最大的岩浆铜镍钴硫化物矿床。矿床中最重要的金属硫化物组合是磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，矿石中独立的钴及含钴矿物极少，大部分钴赋存于镍黄铁矿和镍铜微晶中。这种多金属共生的特点，使得金川矿石成分复杂、矿物嵌布关系密切，选矿难度较大。

金川矿区目前的选矿生产已提出"一段浮镍，二段浮铜"的技术思路，形成了"精磨细分、机柱联合"的梯次化选别新工艺。然而长期以来，浮选生产主要依赖人工经验，pH值、品位等重要工艺指标在线检测手段未能充分应用，岗位人员操作调整的响应速度和精度都不够理想。近年来金川镍钴选矿厂已启动智能化升级，部署了泡沫图像分析仪、在线品位分析仪等智能感知设备，但目前的在线品位分析主要依赖X射线荧光光谱技术，对镍、钴等关键元素的检测精度和稳定性仍有提升空间。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，在铜镍硫化物矿石的多元素定量分析方面已经显示出不错的前景。有研究利用LIBS对铜镍矿石粉末压片中的铜、镍、钴、铁、镁和硫进行了多元素定量分析，通过单变量和多变量校准模型的比较，证明LIBS技术能够以极少的样品制备快速准确地测量铜镍矿石样品中多种目标元素的浓度。在矿产勘探和矿石加工领域，LIBS对锂、钴、镍、铜等关键元素的检测能力正得到越来越多的关注和应用。考虑到金川铜镍硫化物矿石中铜、镍、钴、铁等元素含量跨度大、分布不均，传统实验室分析方法如ICP-OES、ICP-MS虽然精密度高，但样品前处理复杂、耗时长，难以满足选矿现场快速检测的需求。而LIBS技术样品预处理简单、可同时检测多种元素、检测速度快的特点，恰好可以弥补这一短板。

为此，我们收集了一批金川铜镍硫化物矿石样本，利用实验室现有的LIBS设备，对其中所含Cu、Co、Ni和Fe进行定量分析，建立标准曲线并评估预测精度，验证LIBS技术在该类矿石多元素同步检测中的可行性，为后续在选矿现场的在线监测应用积累实验基础。

图1、金川铜镍硫化物矿

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JC-A样本的LIBS光谱，并列举出了铜钴镍铁几种元素的特征谱线：

图2、铜镍硫化物矿样本LIBS光谱以及铜钴镍铁元素的特征谱线波长

分别选取CuⅠ324.754nm特征谱线（图3所示）、NiⅠ351.505nm特征谱线（图4所示）、CoⅠ345.351nm特征谱线（图5所示）和FeⅡ275.329nm特征谱线（图6所示）绘制四种元素的标准曲线。同时，利用标准曲线模型对青海多金属矿样本中元素含量进行了预测，给出预测精度：

图3、金川铜镍硫化物矿石中Cu元素标准曲线，以及含量预测结果

图4、金川铜镍硫化物矿石中Ni元素标准曲线，以及含量预测结果

图5、金川铜镍硫化物矿石Co元素标准曲线，以及含量预测结果

图6、金川铜镍硫化物矿石Fe元素标准曲线，以及含量预测结果