光释光测年中石英样品提纯方法的改进

第23卷　第3期2008年3月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.23　N o.3M a r.，2008文章编号：1001-8166（2008）03-　-06光释光测年中石英样品提纯方法的改进*李国强1，赵　晖1，2，范育新1，彭海梅1，2，陈发虎1（1.兰州大学西部环境教育部重点实验室，甘肃　兰州　730000；2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室，甘肃　兰州　730000）摘　要：为了解决光释光前处理中遇到的传统方法无法获得满足纯度石英的问题，通过大量对比实验，结合玻璃工艺中石英分离研究成果，最后获得了新的石英提纯流程，与传统方法相比，新方法通过化学分离避免了密度变化对石英长石分离的影响，从而解决了斜长石和岩屑在传统的重液分离中无法剔除的问题，新方法能够获得满足纯度要求和量要求的石英，同时，新方法比传统方法实验室工作效率更高。

关　键　词：光释光测年；石英提纯；十二胺浮选中图分类号：P597；T D873.3 文献标识码：A1　引　言释光测年特别是光释光（O SL）测年是第四纪年代学中应用比较广泛的一种重要测年方法，特别是对缺乏有机14C和其它测年载体的松散沉积物测年方面具有其它方法无可替代的优势，O SL测年的测定对象是石英、长石等矿物颗粒［1］，目前待测样品中的石英组分是使用最广泛的O SL测年材料［2］。

释光样品在测量之前需要在实验室进行前处理，以得到较纯净的矿物颗粒。

目前，在使用粗颗粒进行释光测年时，各个实验室释光样品前处理采用的主要方法是基于A it k i n［3］提出的重液分离方法，以及在此基础上发展而来的重液分离＋H F酸溶蚀方法。

主要原理是利用石英和长石相对密度不同，用重液将二者分离，然后用氢氟酸溶蚀掉石英组分中参杂的长石颗粒以及石英颗粒表面被α剂量辐照的约10μm表层，这种方法存在的主要问题是难以彻底剔除斜长石以及比重在2.62～2.75之间的岩石碎屑。

密度介于2.62～2.75之间的岩石碎屑和斜长石的混入会影响用石英作为释光测年样品获得0 S L测年数据的结果，因此进一步提高石英的纯度对于释光测年是十分必要的。

目前在玻璃工业上，也需要进行长石和石英分选研究以便得到高纯度的石英，长石和石英最成熟的分选方法是浮选分离法［4～6］，本文拟通过石英提纯方法对比研究，结合成熟的工业提纯方法，从化学角度对已有以物理提纯为基础的石英分离提纯方法进行改进，探索一种新的暗室条件下O SL测年石英组分提纯的方法。

2　实验方法研究2.1　实验采用的样品采用采自内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善左旗吉兰泰镇西南浩特敖包（39°42′53″N，105°36′16″E，1025m）黄色沙漠沙样品（实验室编号L2007～40），我们选取L2007～40样品中样品量最多的250～300μm粒径组分作为主要研究对象，以便进行大量对比实验，同时方便显微镜下观察和挑选矿物；选*　收稿日期：2007-10-19；修回日期：2008-01-30.*基金项目：国家自然科学基金面上项目“阿拉善高原—黄土高原全新世重大干旱事件（侧重释光年代）研究”（编号：40401061）；“晚第四纪古兰泰湖面波动与环境变化研究”（编号：40502016）；国家自然科学基金创新群体项目（编号：40721061）资助.　作者简介：李国强（1986-），男，甘肃天水人，硕士研究生，主要从事自然地理学专业. E-m a i l：l i g u o q03＠l z u. c n*通讯作者：赵晖（1973-），男，山西忻州人，副研究员，主要从事释光年代学和环境演化研究. E-m a i l：h z h a o ＠l z b. a c. c n取实验室编号L2007～21的另一风成沙样品的90～125μm粒径组分来验证本研究所获得的新方法对于实验室测年常用粒级样品的适用性。

2.2　石英提纯的理论基础石英和长石的物理性质十分相似，在沉积物中往往同时存在，石英和长石都是架状硅酸盐矿物，石英的晶体结构：硅氧四面体与4个硅氧四面体共角顶相互联结，形成在三维上无限延伸的架状结构，公共氧两边均是Si—O键；长石晶体结构与石英相同，其中硅氧四面体中有一个S i—O键被A l—O键代替，A l—O键比Si—O键更容易断裂；同时，由于存在为补偿A13＋取代S i所造成的电价不平衡而引进的K＋、N a＋，这些碱金属离子与O2－之间的离子键强度很低，加上键之间的硅氧键密度也低，这些碱金属离子在长石表面活动性较强，因此，与石英相比，长石表面更易于发生化学反应，A1在长石表面的存在为长石与化学药剂的作用提供了活性点［6］。

在强酸（本研究采用H2SO4）p H＝2～3的条件下，十二胺主要以R N H＋3离子形式存在于溶液中，可以作为阳离子捕收剂使用。

据K・H・拉奥等［7］的研究表明：这一p H值正处于石英零电点附近，而比长石零电点（p H＝1.5）高，因此，在这一P H值条件下长石表面荷负电，石英表面不荷电，R N H＋3率先吸附在长石表面负电荷区，从而使长石优先浮出。

依此，本研究设计先用2.75重液分离出重矿物，然后用十二胺对参杂长石进行浮选，然后用氢氟酸溶蚀掉石英颗粒接受α剂量的约10μm表层及残余长石，最后除去磁铁矿提纯石英。

2.3　石英矿物提纯方案设计为了研究重液分离＋十二胺浮选＋氢氟酸溶蚀提纯石英的可行性，并与传统方法进行对比，本文设计了如图1的对比实验，实验的基本步骤如下：图1　对比实验流程图F i g.1　F l ow c h a r t f or t h e c o n t r a s t e x p er i m e n t （1）十二胺配制方法：先将2g十二胺（工业名为月桂酸胺）与97m L蒸馏水置于烧杯中，然后用电炉加热并不停地搅拌，直至月桂酸胺溶解为止，关掉电炉，冷却后即可使用［8］。

（2）取野外密封好样品到暗室，去掉表面大约1c m厚的可能曝光的样品。

取出适量样品，放到大烧杯里用自来水浸泡和清洗，重复3～5次，从而去除杂物、细尘和小于8μm的颗粒。

（3）把样品折到烧杯中，放到超声波洗涤器中震荡40分钟左右，洗去样品颗粒上附着的细尘，然后加入过量的10％盐酸和30％的双氧水，除去碳酸盐和有机质，然后用自来水反复冲洗样品。

（4）用不同粒径的筛子自下而上组成由细到粗的一组筛子，将冲洗干净的样品充分湿筛分选，得到582第3期 李国强等：光释光测年中石英样品提纯方法的改进 不同粒径范围的样品， L 2007 ～40 选取样品量最多的250 ～300 μm 之间的样品， L 2007 ～21 选取90 ～125 μm 之间的样品。

（5）将所得的 L 2007 ～40 样品250 ～300 μm 的组分用蒸馏水反复清洗，烘干；取出等量的两组份，分别编号s a m p l e-1 ， s a m p l e-2 。

（6） s a m p l e-1 采用实验室设计的浮选法，使用A 流程，主要步骤如下：①重液分离：先用2.75 的重液分离，这时试管的下层是重矿物，上层是石英和长石的混合物，抽滤得到石英和长石的混合物，蒸馏水清洗。

②十二胺浮选：将洗净的样品转入黑塑胶盒中，加入 C ＝0.01 m o l / L 的硫酸，然后向黑塑胶盒中加入少量已配好的十二胺，使十二胺与试样溶液混合均匀，然后加入蒸馏水，并摇晃烧杯，即可见絮状长石集合体浮于水面上，将絮状集合体倒掉，再加入少量水，然后摇晃烧杯，倒掉絮状物，如此反复5～7次，直至无絮状物浮起为止，然后用蒸馏水反复多次冲洗。

③氢氟酸溶蚀：加入40％的氢氟酸，在磁子搅拌器上搅拌40分钟，将反应后浑浊的液体倒掉，剩余在塑料烧杯底部的不溶物质用去离子水冲洗5～7次，再用蒸馏水冲洗3～5 次。

④加入1 m o l / L 的盐酸，浸泡5分钟后用蒸馏水冲洗，然后烘干样品，把烘干后的样品取出，用强磁铁除掉样品里可能存在的磁铁矿，得到实验结果样品。

（7） s a m p l e-2 采用传统方法流程B 提纯石英，先用2.75 重液分离，得到上层石英和长石的混合物，烘干；然后用2.62 重液分离，得到下层石英；然后用氢氟酸溶蚀与（6）中②相同；最后与（6）中④同烘干，除磁铁矿。

（8） L 2007-21 样品90 ～125 μm 的组分采用与（5）～（7）相同的流程。

获得实验结果样品。

3　样品 L 2007 －40 实验结果与讨论3.1　实验结果（1）体式显微镜下的对比。

s a m p l e-1 ， s a m p l e-2 经过A ，B 不同流程提纯后得到的石英在体式显微镜下的照片如图2（b 、c ），通过对比可以发现， s a m - p l e-1 通过A 流程后结果样品（图2b ）纯度很高，肉眼挑不出长石和重矿物的存在。

s a m p l e-2 通过B 流程提纯所得结果样品（图2c ）同样在镜下肉眼观察不到长石和重矿物。

在实验步骤（6）中③过程中收集使用十二胺溶液浮选后的上浮的物质，在镜下可见主要为长石和岩石碎屑等杂质（图2d ）。

图2　实验所得样品在体式显微镜（40 ×10 ）下的照片F i g.2 P h o t os o f s am p l e s f r om t h e s t y l em i cr o s c o p e （40 ×10 ）a.只进行过双氧水和盐酸溶液处理的样品； b . A流程所得石英； c . B 流程所得石英； d . s a m p l e-1在十二胺浮选时上浮出的参杂长石及矿物碎屑a . i s t he s a m p l e w it h h y d r oge n p e r ox i de s o l u t i o n a nd h y d r oc h l o r i c ac i d s o l u ti o n t r ea t m e nt ；b . i s t he q u a r t z s e p a r a ti o n o b t a i n e d by A fl o w e x p e r i m e nt ；c . i s t he q u a r t z s e p a r a ti o n o b t a i n ed by B fl o we x p e r i m e nt ； d . i s t he i m pu r it yf e l d s p a r a nd t he m i n e r a l d e t r it us w a s fl oa t e d byL a u r y l a m i ne i n t he s a m p l e-1 p r oce du r e s（2）释光曲线的对比。