一种适用于不同矿物组成岩石或砂样石英提纯方法与流程

本发明属于测年方法技术领域，涉及一种纯净石英提取方法，具体涉及一种适用于不同矿物组成岩石或砂样石英提纯方法。

背景技术：

对于地学研究来说，测年技术是其研究的基础，重要性不言而喻，近年来发展较快的测年技术为原地宇宙成因核素¹⁰be和²⁶al暴露年龄测定法。这种测年方法需要获得纯净石英作为测年物质，之所以选用石英是基于以下几个原因：第一，晶体结构致密，限制了其受大气中生成核素污染的可能性；第二，在自然界中普遍存在，易采集，具备生成¹⁰be和²⁶al的靶核的条件；第三，化学成分简单，对核素生成速率的计算更容易；第四，al含量很低(一般小于200μg/g)，能满足ams对²⁶al进行精确测量时²⁶al/²⁷al比值不低于10^-14的要求。

然而，要保证此方法测年的准确性，就要保证所使用的石英具有很高的纯度，因为石英的纯度会影响be和al的分离效果；²⁷al的污染会导致²⁶al/²⁷al统计误差增大(钾长石约1000μg/g，斜长石约1100-1900μg/g)；生成速率是依照高纬海平面纯石英的值计算校准的。因此获得高纯度的石英样品，是该测年方法的关键环节之一，此方法要求提纯后的石英al含量为暴露测年＜200μg/g，埋藏测年＜100μg/g。

但是现有技术的纯净石英提取方法很难获得高纯度的石英，如果要制备得到高纯度的样品只能以高成本和高污染为交换条件，尤其是对于石英含量极低的样品提取难度更大，但是现实的情况是测年样品中石英含量低的样品在增多，所以需要开发更有效地提取和纯化石英的方法，尤其是分离其中长石的方法。

现有技术纯净石英提取方法主要是采用kohlandnishiizumi的经典方法(1992)，对于纯净石英提取主要存在以下技术问题：

①对于不同的原始样品，由于其矿物组成不同，其处理方法也需要进行调整，没有一种普遍适用的方法；

②对于石英含量极低的样品，其提取具有一定的技术难度；

③对于非石英矿物含量很高的样品，石英提纯需要通过反复的酸刻蚀，但是为溶解掉非石英矿物会消耗大量的化学试剂，这会增加经济和生态成本，并且多次清洗样品时的损耗也会造成石英矿物的减少，造成实验误差。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种适用于不同矿物组成岩石或砂样石英提纯方法，解决了纯净石英提取过程中存在的一系列问题。

一种适用于不同矿物组成岩石或砂样石英提纯方法，包括以下步骤：

(1)厚度测量和岩矿鉴定：测量样品厚度，并拍照，之后进行前述样品的岩矿鉴定，估计前述样品中石英的含量和石英的粒径大小；

(2)粉碎样品和过筛：如果前述样品为花岗岩样品，则采用粉碎机将其压碎和粉碎，之后过筛，获得粒径为0.25-0.50mm的组分；如果前述样品为各种沉积地层样品，则直接使用hcl/hno3浸泡处理，清洗烘干后过筛，获得粒径为0.25-0.50mm的组分；

(3)冲洗细小颗粒：在烧杯中加入前述烧杯容积1/6的去离子水，之后将样品放入前述烧杯中，继续加去离子水至前述烧杯容积的2/3处，用玻璃棒搅拌，然后将前述去离子水倒出，实现洗去细小颗粒物的目的，重复洗多次，直至洗净细小颗粒物，获得去颗粒样品；

(4)第1次磁选分离：如果前述去颗粒样品中含有少量强磁性矿物可由强力磁铁去除，如果前述去颗粒样品中含有大量磁性矿物则用磁选仪分离；具体操作过程为，根据前述去颗粒样品粒径不同选择不同的磁选仪转速；利用磁选仪进行磁选分离，获得磁选分离后样品，将前述磁选分离后样品装入样品袋，并在前述样品袋上标明样品名称、粒径大小和magnetic；完成磁选分离后使用干湿两用的吸尘器清洁磁选仪；

(5)王水处理：将浓hcl和hno3按体积比1:1的比例配制成王水用于去除前述磁选分离后样品中的碳酸盐和铁的氧化物；具体过程为将前述磁选分离后样品放入合适的烧杯中，加入足量的去离子水覆盖前述磁选分离后样品，并使得前述磁选分离后样品表面平行，记录总体积v；少量多次缓慢加入hcl-hno3，加入体积与前述总体积v相等；之后搅拌并盖上蒸发皿，置于通风橱内静置24小时，至前述磁选分离后样品充分反应，得到王水处理后样品；

(6)超纯水清洗：倒出残酸，去离子水清洗前述王水处理后样品5-6次，然后将烧杯从通风橱挪到配有去离子水开关的水槽，多次水洗至中性，获得清洗后样品，最后将前述清洗后样品转移至另一烧杯中，并将前述烧杯置于烘箱中80℃烘干，获得干燥样品；

(7)第2次磁选分离：记录磁选仪参数和电流，根据前述干燥样品的粒径选择磁选仪的转速，利用前述磁选仪进行磁选分离，获得2次磁选分离后样品，将其装入样品袋，并在前述样品袋上标明样品名称、粒径大小和magnetic；完成磁选分离后使用干湿两用的吸尘器清洁磁选仪；

(8)浮选分离：对于长石和云母含量较大的前述2次磁选分离后样品，采用浮选法；具体操作过程为，前述2次磁选分离后样品先经1％hf溶液浸泡1小时，使长石及云母表面憎水，而石英表面亲水；然后倒掉前述hf溶液，加入几滴松油醇混匀，加入含饱和co2的1ml/l的冰醋酸溶液和1g/l的十二胺的混合溶液1l，充分搅拌并通入co2，将产生大量富含长石及云母颗粒的泡沫，几秒钟后撇去前述泡沫，石英将保留在溶液底部，获得浮选分离后样品；

(9)hcl-h2sif6蚀刻：称取前述浮选分离后样品50-100g，放至250ml离心瓶中，并加入200ml的hcl-h2sif6酸液，水浴振荡2天，超纯水清洗，80℃烘干；之后加盖拧紧，上滚筒机旋转过夜，滚筒温度控制在60-80℃；次日倒掉溶液，加入新hcl-h2sif6酸液，再上滚筒机旋转过夜；如此反复处理2次，清洗烘干观察处理后样品的性状，以决定是否重复本步骤或进入下一步；

(10)多钨酸钠重液分离：将多钨酸钠重液配制为密度3.0g/cm³的溶液备用；使用铁架台将容量为500ml的配置聚四氟乙烯材质的大口径开关分液漏斗固定，下置布氏漏斗，采用普通滤纸分离，并连接抽滤装置；在前述分液漏斗中加入250ml多钨酸钠重液及60g前述酸蚀刻后样品，加漏斗盖旋紧，振荡以充分混匀，松漏斗盖，静置，密度大于3.0g/cm³的重矿物沉降至漏斗底部，打开漏斗开关将其放出，该分离过程与前述酸蚀刻后样品的粒径相关，粒径越小，所需沉降时间越长；之后用洗瓶沿前述分液漏斗盖加入数滴去离子水，加盖振荡摇匀，松盖静置，观察样品分离状况；反复此过程，记录每次去离子水得用量，通常认为50滴水，约2.5ml，可以降低溶液密度0.1g/cm³，本实验所要制备的石英样品密度区间为2.67-2.63g/cm³，具体操作视加去离子水与前述酸蚀刻后样品的分离情况而定；最后将获得的石英样品充分淋洗，烘干备用；

(11)超声波清洗：将前述石英样品放入1l聚乙烯大口瓶中，加入150ml1％hf/hno3酸液后加去离子水至750ml，加盖拧紧，放入超声波清洗器中，处理过夜；次日换酸，重复处理1次，观察前述石英样品处理情况，如果前述石英样品性状均匀，粉末颗粒较少，则大量纯水清洗，烘干以备溶解，否则重复进行超声波清洗步骤，最终获得提纯石英；

(12)偏光显微镜检测：采用偏光显微镜检验提纯石英的纯度，确定提纯效果，如果仍有少量的其他矿物残留，则手工将其剔除，尽量使提纯石英的纯度达到100％；

(13)icp-aes测al含量：称取0.25g前述提纯石英至25ml聚四氟乙烯坩埚，加入5mlhf和1mlhno3，加盖，置于电热板120℃加热2小时，至前述提纯石英完全溶解；移去盖子，150℃蒸干；加数滴hclo4蒸干，加入1mlhcl将其溶解，移至15ml离心管，使用超纯水1ml清洗前述坩埚，并转移至同一离心管中，再加超纯水至10ml进行icp-aes测量；前述icp-aes测量结果中al含量<100μg/g，则石英纯化已达要求，反之，则返回步骤(9)重新进行hcl-h2sif6蚀刻及后续步骤，直至al含量达到要求。

作为一种优选的方案，步骤(2)中所述粉碎机为颚式粉碎仪和圆盘粉碎仪。

更为优选的是，步骤(2)中所述各种沉积地层样品包括洞穴堆积物、河流冲积地层样品。

更为优选的是，步骤(3)冲洗细小颗粒时，如果所述样品为粘土含量高的样品则需要先用去离子水浸泡1-2天，并用超声波清洗几个小时，之后再进行再冲洗细小颗粒的步骤。

更为优选的是，在步骤(12)和(13)之间可以增加一个用x射线衍射仪测定样品石英含量的步骤，具体为使用x射线衍射仪检测矿物含量，并计算前述提纯石英的纯度。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种适用于不同矿物组成岩石或砂样石英提纯方法具有以下优势：

(1)本发明建立了适用于不同矿物组成岩石和砂样的石英提纯标准化流程；

(2)现有技术的提纯方法需多次进行氢氟酸-硝酸蚀刻，本发明的方法减少了剧毒试剂氢氟酸使用量、缩短了实验时间，建立了可定量化操作的实验流程，大幅提高了实验的可操作性和提纯效率。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种适用于不同矿物组成岩石或砂样石英提纯方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种适用于不同矿物组成岩石或砂样石英提纯方法，包括以下步骤(参见图1)：

(1)厚度测量和岩矿鉴定：测量样品厚度，并拍照，之后进行样品的岩矿鉴定，估计样品中石英的含量和石英的粒径大小；

(2)粉碎样品和过筛：如果样品为花岗岩样品，则采用粉碎机将其压碎和粉碎，之后过筛，获得粒径为0.25-0.50mm的组分；如果样品为各种沉积地层样品如洞穴堆积物、河流冲积地层样品等，则直接使用hcl/hno3浸泡处理，清洗烘干后过筛，获得粒径为0.25-0.50mm的组分；粉碎机为颚式粉碎仪和圆盘粉碎仪；

(3)冲洗细小颗粒：在烧杯中加入烧杯容积1/6的去离子水，之后将样品放入烧杯中，继续加去离子水至烧杯容积的2/3处，用玻璃棒搅拌，然后将去离子水倒出，实现洗去细小颗粒物的目的，重复洗多次，直至洗净细小颗粒物，获得去颗粒样品；样品为粘土含量高的样品则需要先用去离子水浸泡1-2天，并用超声波清洗几个小时，之后再进行冲洗细小颗粒的步骤；

(4)第1次磁选分离：如果去颗粒样品中含有少量强磁性矿物可由强力磁铁去除，如果去颗粒样品中含有大量磁性矿物则用磁选仪分离；具体操作过程为，根据去颗粒样品粒径不同选择不同的磁选仪转速；利用磁选仪进行磁选分离，获得磁选分离后样品，将磁选分离后样品装入样品袋，并在样品袋上标明样品名称、粒径大小和magnetic；完成磁选分离后使用干湿两用的吸尘器清洁磁选仪；

(5)王水处理：将浓hcl和hno3按体积比1:1的比例配制成王水用于去除磁选分离后样品中的碳酸盐和铁的氧化物；具体过程为将磁选分离后样品放入合适的烧杯中，加入足量的去离子水覆盖磁选分离后样品，并使得磁选分离后样品表面平行，记录总体积v；少量多次缓慢加入hcl-hno3，加入体积与总体积v相等；之后搅拌并盖上蒸发皿，置于通风橱内静置24小时，至磁选分离后样品充分反应，得到王水处理后样品；

(6)超纯水清洗：倒出残酸，去离子水清洗王水处理后样品5-6次，然后将烧杯从通风橱挪到配有去离子水开关的水槽，多次水洗至中性，获得清洗后样品，最后将清洗后样品转移至另一烧杯中，并将烧杯置于烘箱中80℃烘干，获得干燥样品；

(7)第2次磁选分离：记录磁选仪参数和电流，根据干燥样品的粒径选择磁选仪的转速，利用磁选仪进行磁选分离，获得2次磁选分离后样品，将其装入样品袋，并在样品袋上标明样品名称、粒径大小和magnetic；完成磁选分离后使用干湿两用的吸尘器清洁磁选仪；

(8)浮选分离：对于长石和云母含量较大的2次磁选分离后样品，采用浮选法；具体操作过程为，2次磁选分离后样品先经1％hf溶液浸泡1小时，使长石及云母表面憎水，而石英表面亲水；然后倒掉hf溶液，加入几滴松油醇混匀，加入含饱和co2的1ml/l的冰醋酸溶液和1g/l的十二胺的混合溶液1l，充分搅拌并通入co2，将产生大量富含长石及云母颗粒的泡沫，几秒钟后撇去泡沫，石英将保留在溶液底部，获得浮选分离后样品；

(9)hcl-h2sif6蚀刻：称取浮选分离后样品50-100g，放至250ml离心瓶中，并加入200ml的hcl-h2sif6酸液，水浴振荡2天，超纯水清洗，80℃烘干；之后加盖拧紧，上滚筒机旋转过夜，滚筒温度控制在60-80℃；次日倒掉溶液，加入新hcl-h2sif6酸液，再上滚筒机旋转过夜；如此反复处理2次，清洗烘干观察处理后样品的性状，以决定是否重复本步骤或进入下一步；

(10)多钨酸钠重液分离：将多钨酸钠重液配制为密度3.0g/cm³的溶液备用；使用铁架台将容量为500ml的配置聚四氟乙烯材质的大口径开关分液漏斗固定，下置布氏漏斗，采用普通滤纸分离，并连接抽滤装置；在分液漏斗中加入250ml多钨酸钠重液及60g酸蚀刻后样品，加漏斗盖旋紧，振荡以充分混匀，松漏斗盖，静置，密度大于3.0g/cm³的重矿物沉降至漏斗底部，打开漏斗开关将其放出，该分离过程与酸蚀刻后样品的粒径相关，粒径越小，所需沉降时间越长；之后用洗瓶沿分液漏斗盖加入数滴去离子水，加盖振荡摇匀，松盖静置，观察样品分离状况；反复此过程，记录每次去离子水得用量，通常认为50滴水，约2.5ml，可以降低溶液密度0.1g/cm³，本实验所要制备的石英样品密度区间为2.67-2.63g/cm³，具体操作视加去离子水与酸蚀刻后样品的分离情况而定；最后将获得的石英样品充分淋洗，烘干备用；

(11)超声波清洗：将石英样品放入1l聚乙烯大口瓶中，加入150ml1％hf/hno3酸液后加去离子水至750ml，加盖拧紧，放入超声波清洗器中，处理过夜；次日换酸，重复处理1次，观察石英样品处理情况，如果石英样品性状均匀，粉末颗粒较少，则大量纯水清洗，烘干以备溶解，否则重复进行超声波清洗步骤，最终获得提纯石英；

(12)偏光显微镜检测：采用偏光显微镜检验提纯石英的纯度，确定提纯效果，如果仍有少量的其他矿物残留，则手工将其剔除，尽量使提纯石英的纯度达到100％；

(13)x射线衍射仪测定样品石英含量：使用x射线衍射仪检测提纯石英中矿物含量，并计算提纯石英的纯度；

(14)icp-aes测al含量：称取0.25g提纯石英至25ml聚四氟乙烯坩埚，加入5mlhf和1mlhno3，加盖，置于电热板120℃加热2小时，至提纯石英完全溶解；移去盖子，150℃蒸干；加数滴hclo4蒸干，加入1mlhcl将其溶解，移至15ml离心管，使用超纯水1ml清洗坩埚，并转移至同一离心管中，再加超纯水至10ml进行icp-aes测量；icp-aes测量结果中al含量<100μg/g，则石英纯化已达要求，反之，则返回步骤(9)重新进行hcl-h2sif6蚀刻及后续步骤，直至al含量达到要求。

对比实施例1

一种石英提纯方法，包括以下步骤：

(1)粉碎样品和过筛：粗颗粒花岗岩样品可用粉碎机粉碎并过筛，获得合适粒径的组分(0.25-0.50mm)；各种沉积地层样品如洞穴堆积物、河流冲积地层样品等，可直接用hcl/hno3浸泡处理，清洗烘干过筛，选取合适粒径的组分(0.25-0.50mm)后进行下一步处理。

(2)1:1hcl去除碳酸盐和铁的氧化物：将样品放入合适的烧杯中，加入足量的水覆盖样品，使得样品表面平行；记录加入水和样品的总体积v；缓慢加入等量hcl(如反应剧烈，则少量多次加入)，搅拌并盖上蒸发皿，于加热板80℃加热24小时，使得样品充分反应。

(3)倒出残酸，使用去离子水将样品清洗至弱酸性，在烘箱内于80℃烘干。

(4)磁选：记录磁选仪参数和电流；少量磁性矿物可由强力磁铁去除，大量则用磁选仪分离，注意样品粒径同磁选仪转速的搭配；将磁性颗粒物装入样品袋，并在袋子上标明样品名称、粒径大小和magnetic；用干湿两用的吸尘器清洁磁选仪(尤其注意进料斗、接样托盘和轮子下面的毛刷)。

(5)酸蚀刻：100-150g样品装入1l聚乙烯广口瓶，加入约750ml的5％hf/hno3混合酸液，加盖拧紧，上滚筒机旋转过夜，滚筒温度控制在60-80℃。次日倒掉溶液，加入新酸液，再上滚筒。如此反复处理3-5次，清洗烘干观察样品性状，以决定是否重复本步骤或进入下一步。

(6)多钨酸钠重液分离：本实验采用多钨酸钠重液，将其配制为密度3.0g/cm³的溶液备用；使用容量为500ml的配置聚四氟乙烯材质的大口径开关分液漏斗，以避免样品固体颗粒堵塞及摩擦；使用铁架台将分液漏斗固定，下置布式漏斗，采用普通滤纸分离重液及流出矿物。加入250ml重液及约60g的样品，加漏斗盖旋紧，振荡以充分混匀，松漏斗盖，静置，密度大于3.0g/cm³的重矿物沉降至漏斗底部，打开漏斗开关放出部分重液将其除去；随后用洗瓶沿分液漏斗盖加入数滴纯水，加盖振荡摇匀，松盖静置，观察样品分离状况。而本实验所需石英样品密度区间为2.67-2.63g/cm³。具体操作视加水及样品分离情况而定。将获得的石英充分淋洗，烘干备用。

(7)1％hf/hno3蚀刻：样品装入1l聚乙烯广口瓶，加入约750ml的1％hf/hno3混合酸液，加盖拧紧，上滚筒机旋转过夜，滚筒温度控制在60-80℃。次日倒掉溶液，水洗；重复1-2次。

(8)显微镜下检验石英纯度：偏光显微镜下检查，确定提纯效果。

(9)icp-aes测al含量：称取石英，加5mlhf，加盖于电热板加热，至样品溶解；移去盖子，150℃蒸干；数滴hclo4蒸干(除f-)；移液器加hcl，移至15ml离心管。al含量＞100μg/g，重复蚀刻；al含量＜100μg/g，石英纯化已达要求。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。