熔融輔助消解ICP-AES法測(cè)定鎳礦中的鎳含量

竇懷智 呂翔 侯晉

(南通出入境檢驗(yàn)檢疫局 江蘇南通 226005)

熔融輔助消解ICP-AES法測(cè)定鎳礦中的鎳含量

竇懷智 呂翔 侯晉

(南通出入境檢驗(yàn)檢疫局 江蘇南通 226005)

用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定未知鎳礦樣品中的鎳含量,對(duì)酸度、分析譜線(xiàn)、檢出限等儀器使用參數(shù)進(jìn)行了分析,并且比較了鎳礦樣品的4種前處理方法。結(jié)果表明,樣品溶液含酸5%,選擇231.604nm譜線(xiàn)測(cè)定時(shí),儀器檢出限和方法檢出限均能滿(mǎn)足鎳礦中鎳含量的測(cè)定。4種樣品前處理方法中,將難溶濾渣與硫酸氫鉀共熔的方法其檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度都較高,方法的回收率可以達(dá)到95%以上。

鎳;ICP-AES;微波消解

1 前言

鎳在地殼中的含量約為0.02%,主要存在于基性巖和超基性巖中[1]。由于鎳具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和延展性,耐高溫(難熔),化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在空氣中不易氧化等特征,因此它是一種十分重要的有色金屬原料。通常礦石中的鎳含量較低,即使是富礦石含鎳量一般也僅為1%-3%,所以在對(duì)鎳進(jìn)行分析時(shí)會(huì)受到很多干擾。對(duì)鎳的分析方法主要是重量法和容量法,兩者都存在一定缺陷[2],而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)相對(duì)于其他分析方法,具有線(xiàn)性范圍寬,基體效應(yīng)小,動(dòng)態(tài)范圍寬,快速、簡(jiǎn)便,可以多元素同時(shí)測(cè)定,常量元素加入內(nèi)標(biāo)后穩(wěn)定性好等特點(diǎn)[3],因此受到廣泛應(yīng)用。樣品前處理[4-5]是ICP-AES法得到準(zhǔn)確結(jié)果的基礎(chǔ),本文就ICP-AES法準(zhǔn)確測(cè)定鎳礦樣品中的鎳含量進(jìn)行了研究。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 儀器及工作參數(shù)

IR IS ADVANTAGE立式電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(THERMO JARRELL ASH CORPORAT ION):焦距381 mm;54.5線(xiàn)/mm中階梯光柵;C ID檢測(cè)器;波長(zhǎng)范圍165-800 nm;RF固態(tài)發(fā)生器;玻璃同心霧化器。工作參數(shù):氬冷卻氣,14 L/min;輔助氣,1.0 L/min;載氣壓力,0.5 MPa;射頻功率,1150W;霧化器壓力,0.22 MPa;蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速,101 RPM。

微波消解儀:MDS-6,上海新儀微波化學(xué)科技有限公司。

2.1.2 試劑

鎳單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液:1000μg/mL,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所;NiSO4·6H2O:分析純,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司。

2.2 方法

2.2.1 酸解

(1)稱(chēng)取約1g試樣于300 mL燒杯中,加蓋表面皿,加鹽酸15 mL,加熱15min后加入5 mL硝酸和15 mL硫酸(1+1),繼續(xù)加熱分解,充分冒硫酸白煙。放冷后,加約50 mL水,加熱溶解可溶性鹽類(lèi)。

(2)分別按下列不同方法進(jìn)行操作:

方法1:所得溶液全部轉(zhuǎn)移到250 mL容量瓶中(如果沉淀較多需過(guò)濾),加水定容。

方法2:所得溶液用中速濾紙過(guò)濾,再以5%稀硫酸和溫水充分洗滌,濾渣連同濾紙一起移入鉑坩鍋中,干燥后灰化。放冷后加數(shù)滴硫酸(1+1)和適量氫氟酸,加熱蒸干。向其中加入適量硫酸氫鉀熔融。放冷后移入燒杯中,用稀硫酸和溫水浸洗,煮沸后冷卻,合并于濾洗液中,用250 mL容量瓶定容。

方法3:按方法2灰化加酸蒸干后,轉(zhuǎn)入燒杯中,加10mL硫酸(1+1)加熱分解,充分冒硫酸白煙。放冷后,加約50 mL水,加熱溶解可溶性鹽類(lèi)。所得溶液全部轉(zhuǎn)移到250 mL容量瓶中,加水定容。

2.2.2 微波消解

方法4:稱(chēng)取0.100 g樣品于微波消解罐中,加入20 mL王水和5 mL氫氟酸,消解程序?yàn)?0.5 MPa,5 min;1.0 MPa,5 min。消解溶液轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶中定容。

2.2.3 測(cè)定

開(kāi)機(jī)預(yù)熱,待儀器穩(wěn)定后,以純水為空白,用硫酸鎳配制15μg/mL溶液作為高標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn),再以10μg/mL鎳單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn),直至相對(duì)誤差控制在1%以?xún)?nèi)。方法1、2、3所得溶液移取10 mL至100 mL容量瓶中定容后測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 測(cè)定酸度的選擇

樣品溶液的酸度直接影響樣品溶液的霧化效率,從而影響測(cè)定的結(jié)果。配制鹽酸體積分?jǐn)?shù)為0%、2%、5%、8%和10%的Ni標(biāo)液(15μg/mL),用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分別平行測(cè)定6次,通過(guò)測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)考察不同酸度條件下儀器檢測(cè)結(jié)果的精確度,結(jié)果如表1所示。溶液含鹽酸5%時(shí),儀器檢測(cè)結(jié)果最穩(wěn)定,3條分析譜線(xiàn)檢測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差最小,因此在配制樣品時(shí)調(diào)節(jié)酸含量到5%。

表1 不同酸度條件下檢測(cè)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差(μg/mL)

3.2 分析譜線(xiàn)的選擇

在使用的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀中,Ni有3條分析譜線(xiàn)可供選擇(見(jiàn)表2),其中221.647 nm和231.604 nm譜線(xiàn)的相對(duì)強(qiáng)度高于241.614 nm譜線(xiàn)。通過(guò)對(duì)一定量礦樣溶液檢測(cè),比較3條分析譜線(xiàn)的子陣列譜圖(見(jiàn)圖1):Ni 221.647 nm譜線(xiàn)的信號(hào)峰與Si 221.667 nm譜線(xiàn)的信號(hào)峰發(fā)生重疊;Ni 241.614 nm譜線(xiàn)的信號(hào)峰與Fe 241.645譜線(xiàn)的信號(hào)峰發(fā)生重疊;而Ni 231.604 nm譜線(xiàn)的信號(hào)峰未受到干擾。鎳礦中通常都有含量較高的Si元素和Fe元素,因此綜合考慮基體干擾和檢測(cè)靈敏度,選用231.604 nm作為測(cè)定Ni含量的分析譜線(xiàn)。

表2 Ni各分析譜線(xiàn)的激發(fā)能級(jí)、相對(duì)強(qiáng)度和干擾元素

圖1 Ni的子陣列譜圖

3.3 射頻功率

本實(shí)驗(yàn)中電感耦合等離子發(fā)射光譜儀射頻功率在750-1750 W范圍內(nèi)有6檔可調(diào),綜合考慮儀器穩(wěn)定性和發(fā)射強(qiáng)度,選擇使用射頻功率1150 W。

3.4 檢出限

在選定條件下,重復(fù)測(cè)定空白10次,計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差(S),按 IUPAC規(guī)定(LOD=3S),計(jì)算Ni的檢出限[6-7]。Ni的儀器檢出限為4.2μg/L,方法檢出限為10.5 mg/kg,滿(mǎn)足對(duì)礦石鎳含量分析的要求。

3.5 方法比較

對(duì)同一樣品分別采用4種方法處理,鎳含量檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 未知鎳礦樣品ICP檢測(cè)結(jié)果

4種方法中,方法1測(cè)得含量最低,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大即精密度最低;方法2測(cè)得含量最高,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最小即精密度最高;方法3測(cè)得含量高于方法1而低于方法2,其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低于方法1而高于方法2,即準(zhǔn)確度和精密度都介于方法1和方法2之間。此結(jié)果說(shuō)明樣品酸溶后的殘?jiān)泻蠳i,對(duì)殘?jiān)幚硎欠裢耆珪?huì)影響到最終測(cè)得的Ni含量,方法2用硫酸氫鉀熔融殘?jiān)?能夠獲得較好的效果。方法4樣品用微波消解處理后,仍然存在殘?jiān)?測(cè)得含量高于方法1,但低于方法2、3,說(shuō)明微波消解法不能將樣品完全溶解,另外,微波消解方法對(duì)樣品量,酸的體積有限制。比較4種方法,方法2為測(cè)定樣品Ni含量的較優(yōu)方法。

3.6 回收實(shí)驗(yàn)

通過(guò)回收率和加標(biāo)回收率對(duì)方法2的準(zhǔn)確度進(jìn)行考察。取含硫酸鎳10μg/mL的溶液按方法2處理,檢測(cè)結(jié)果計(jì)算后得到絕對(duì)回收率;在礦樣中加入含硫酸鎳10μg/mL的溶液后再按方法2處理,檢測(cè)結(jié)果計(jì)算后得到加標(biāo)回收率。表2結(jié)果顯示,方法2絕對(duì)回收率和加標(biāo)回收率均可達(dá)到95%以上且精密度較好。

表4 方法2的絕對(duì)回收率和加標(biāo)回收率

4 結(jié)論

ICP-AES已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦石樣品的檢測(cè)分析,具有效率高,適合批量樣品測(cè)定等優(yōu)勢(shì)。本文將酸溶礦樣濾渣與硫酸氫鉀熔融處理后再用I CPAES測(cè)定,該方法精密度和回收率都較高,用于測(cè)定鎳礦中的鎳含量可以得到較為準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。表5是利用ICP-AES法對(duì)紅土鎳礦成份分析的實(shí)例,結(jié)果顯示方法可以很好的滿(mǎn)足日常檢驗(yàn)工作需要。

表5 紅土鎳礦ICP檢測(cè)結(jié)果(n=6)

[1] 巖石礦物分析編寫(xiě)小組.巖石礦物分析[M].北京:地質(zhì)出版社,1974,363-365.

[2] 李建林,譚卉,朱智紅.丁二肟沉淀——EDTA滴定法測(cè)定鎳銅合金中的鎳量[J].漣鋼科技與管理,2008,2:49-50.

[3] 辛仁軒.電感耦合等離子體光源——原理,裝置和應(yīng)用[M].北京:《光譜實(shí)驗(yàn)室》編輯部,1984.

[4] GB/T 15923-1995鎳礦石化學(xué)分析方法火焰原子吸收分光光度法測(cè)定鎳量[S].

[5] JISM 8126-1971礦石中鎳的測(cè)定方法[S].

[6] 孫普兵,劉文麗,劉建宇,等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定硅系鐵合金中砷鉛[J].冶金分析,2008,28(5):61-64.

[7] 鄢愛(ài)平,柳英霞,姜月,等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定高純二氯氧化鋯中鈣和鋇[J].冶金分析,2008,28(5):19-22.

Determination of Nickel in Ore Samples by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Dou Huaizhi,Lv Xiang,Hou Jin

(Nantong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Nantong,Jiangsu,226005)

Nickel in ore samples was determined by inductively coupled plasma atomic spectrometry.The acidity of solution,analytical lines,limitation of the spectrometry and the four methods of preparation of nickel ore samples were discussed.The spectrometry could accurately test nickel in ore samples with 5%acid in the sample solution and the analytical lines of 231.604 nm.The results of ICP-AES analysis showed highly accurate and precise ones when the insoluble residue was melt with potassium hydrogen sulfate.The recovery of this method was above 95%.

Nickel;ICP-AES;Micro-Wave Digestion

O657.31