微波消解ICP-AES 法測定銅精礦中多種元素

王平強(qiáng)，張二平，吳秀珍

(金隆銅業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244021)

1 引言

銅精礦作為銅冶煉的主原料，隨著國內(nèi)銅冶煉行業(yè)的快速發(fā)展，進(jìn)口量越來越大，準(zhǔn)確了解銅精礦中雜質(zhì)元素的分布情況對銅精礦的價(jià)格評(píng)定和冶煉工藝的控制都具有十分重要的意義，其中As、Bi、Sb、Hg、Pb、Zn 為進(jìn)口銅精礦的罰款元素［1］，CaO、MgO 的含量會(huì)對生產(chǎn)工藝有很大的影響［2］。隨著各國環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提升，在對外貿(mào)易活動(dòng)中對銅精礦中有害元素的控制越來越嚴(yán)格。銅精礦中有毒有害元素既污染環(huán)境，危害員工的身體健康，又腐蝕設(shè)備管道，影響電解銅和硫酸質(zhì)量等。

國標(biāo)GB/T3884 銅精礦化學(xué)分析方法［3-7］規(guī)定雜質(zhì)元素采用原子熒光光度法、原子吸收光度法、滴定法等方法進(jìn)行分析，由于元素含量的不同，經(jīng)常需要二次稀釋，運(yùn)用這些方法繁瑣費(fèi)時(shí)，且只能進(jìn)行單元素測定，難以滿足工廠和大宗進(jìn)口銅精礦的檢驗(yàn)要求。等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP -AES)是現(xiàn)代分析測試技術(shù)中的一個(gè)重要的檢測手段［8］，靈敏度高，干擾少，線性范圍寬，并且能連續(xù)測定多種元素，可避免使用有毒試劑對人體造成的傷害，保護(hù)操作者，該方法簡便、快速、效率高，分析成本低，完全滿足冶煉企業(yè)日常分析需求。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與工作條件

美國ThermoElemental 公司IRISIntrepidICP -AES;

表1 儀器分析條件

微波消解儀:Milestone 公司ETHOSONE;

測汞儀:F732 -V;

原子吸收光譜儀:美國PE 公司AA800;

原子熒光光譜儀:北京海光AFS9700;

2.2 試劑與材料

As Sb Bi Mg Hg Ca Pb Zn 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:單元素標(biāo)準(zhǔn)液，1.0mg/mL;

實(shí)驗(yàn)所有試劑均為優(yōu)級(jí)純;

氬氣純度為99.99%;

蒸餾水為高純水;

銅精礦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):編號(hào)為GBW07166。

2.3 試驗(yàn)方法

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列

稱取在105℃烘干1h 的試樣0.50g 置于聚四氟乙烯罐中，加入5ml 王水，待劇烈反應(yīng)停止后，加蓋、套，置轉(zhuǎn)盤中，加入爐腔內(nèi)，連接好溫度(壓力)傳感器，將消解罐置于微波消解儀中，采用兩步加熱程序，第一步采用100%功率加熱10min 使溫度和壓力迅速增加，第二步50%功率加熱20min 保持罐中的溫度和壓力不變，分析結(jié)束后將樣品冷卻到室溫移入100mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，靜置或干過濾。

2.4 工作曲線

按照表1 把As Sb Bi Hg Pb Zn Ca Mg 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液分別加入到100mL 容量瓶中，再分別加入5mL 王水，用蒸餾水定容配制標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。基體元素Fe、Cu 含量各1.25g/L，標(biāo)準(zhǔn)溶液1 作為空白。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品處理的選擇

微波消解采用高壓消化罐消解樣品，由于其獨(dú)特的微波消解原理和低溫高壓處理，待測元素?fù)]發(fā)損失少，樣品溶解效果好。在微波消解條件下，分別選擇鹽酸、硝酸一過氧化氫，王水一過氧化氫，鹽酸、硝酸一氫氟酸和王水做對比試驗(yàn)，結(jié)果表明，王水溶樣效果最好。

3.2 基體干擾

雖然ICP-AES 法基體干擾效應(yīng)［9］比較小，但干擾仍然存在。保持試樣溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液具有大致相同的基體是消除基體干擾的有效方法之一。本公司多年的進(jìn)口銅精礦Cu、Fe 含量一般為w (Cu)=18%～35%，w (Fe)=20%～30%，溶液中兩元素含量在這個(gè)范圍內(nèi)對待測元素的影響呈比較恒定的狀態(tài)，本實(shí)驗(yàn)選擇一個(gè)折中值，即在配制標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入基體元素銅為1.25g/L(w(Cu)=25%)和鐵為1.25g/L(w(Fe)=25%)進(jìn)行基體匹配。

3.3 譜線的選擇

根據(jù)待測元素含量高低和共存元素間譜線干擾情況，避開干擾線，根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的譜線譜圖、背景的強(qiáng)度值以及對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果的比較，確定的分析譜線及其檢出限見表3。

表3 元素分析譜線和檢出限

3.4 樣品測定結(jié)果

在微波消解條件下，采用本實(shí)驗(yàn)方法處理GBW07166 銅精礦標(biāo)準(zhǔn)樣品，從表4 測定分析結(jié)果可以看出，本法與國標(biāo)法及其認(rèn)定值完全吻合。

表4 GBW07166 分析結(jié)果

對智利銅精礦ANT 做樣品回收試驗(yàn)測定結(jié)果見表5。

表5 樣品回收試驗(yàn)結(jié)果

本分析中心參加由40 家實(shí)驗(yàn)室分別采用國家標(biāo)準(zhǔn)、原子吸收、原子熒光、ICP -AES 法等對三個(gè)銅精礦進(jìn)行水平測試，部分分析結(jié)果見表6。中位值為采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)法對40 家實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果的統(tǒng)計(jì)值，Hg 的分析結(jié)果為ug/g，As 和Pb 的分析結(jié)果為%。

表6 實(shí)驗(yàn)室間水平測試分析結(jié)果

4 結(jié)語

采用微波消解對樣品進(jìn)行預(yù)處理，可大大縮短樣品前處理時(shí)間，減少試劑用量，提高工作效率。ICP-AES 法具有快速準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，回收率在94.0% -101.0%，對銅精礦的測定具有很好的可行性和適用性，對其他礦石中多元素分析也有一定的指導(dǎo)意義。

［1］GB20424 -2006，重金屬精礦產(chǎn)品中有害素的限量規(guī)范［S］.

［2］周俊，葛哲令.優(yōu)化閃速爐精礦配料的探討［J］.有色金屬(冶煉部分)，2001(2):8 -11.

［3］GB/T3884.4 -2000，銅精礦化學(xué)分析方法氧化鎂量的測定［S］.

［4］GB/T3884.6 -2000，銅精礦化學(xué)分析方法鉛、鋅、鎘和鎳量的測定［S］.

［5］GB/T3884.9 -2000，銅精礦化學(xué)分析方法砷和鉍量的測定［S］.

［6］GB/T3884.10 -2000，銅精礦化學(xué)分析方法銻量的測定［S］.

［7］GB/T3884.11 -2005，銅精礦化學(xué)分析方法汞量的測定冷原子吸收光譜法［S］.

［8］辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:3:8 -10.

［9］鄭國經(jīng).電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析技術(shù)［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.9:15 -16.