Heltzen var medlem av Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab i Trondheim, og var selskapets sekretær fra 1797 til 1818. I 1782 hadde Heltzen tatt initiativet til opprettelse av et selskap som skulle medvirke til økt utnyttelse av mineralforekomster og større innsats innen forskning og bearbeidelse av malmer; . Heltzen ledet personlig en rekke tekniske eksperimenter ved norske bergverk, blant annet gjennomførte han i 1794-1797 omfattende forsøk for å forbedre prosedyrene for malmsmeltingen ved Røros Kobberverk. Han medvirket også i forsøk på å fremstille svovelsyre fra svovelkis brutt i kisgruvene på Ytterøya i Trondheimsfjorden.