微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法快速測定漢中天臺山錳礦中二氧化硅含量

李成福，任戰(zhàn)利，曹有全

(1. 青海地質(zhì)調(diào)查局，青海 西寧 810001； 2. 西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069； 3. 青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810028)

微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法快速測定漢中天臺山錳礦中二氧化硅含量

李成福1，任戰(zhàn)利2，曹有全3

(1. 青海地質(zhì)調(diào)查局，青海 西寧 810001； 2. 西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069； 3. 青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810028)

利用微波消解技術(shù)對錳礦石進行預(yù)處理，隨后采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測定其二氧化硅含量。微波消解條件為：以濃硝酸、濃鹽酸為消解液，消解壓力5.0 MPa，消解時間15 min，在分析譜線251.61 nm處測定微波消解后樣品的錳含量。三種樣品測定結(jié)果與國標(biāo)方法結(jié)果較為一致，具有簡便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點，從而可用于相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)控制分析。

錳鐵；微波消解；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；二氧化硅

陜西漢中天臺山錳礦儲藏豐富，錳礦石中除含有錳外，另含有鐵、碳、硅、磷、硫等元素，通常錳礦石中SiO2含量不高，一般小于20%[1-2]，但其含量直接影響錳礦石的燒結(jié)與冶煉，例如用于冶煉錳鐵的富礦或精礦一般要求SiO2的含量在15%以內(nèi)[3]，因此如何方便、快速、準(zhǔn)確測定錳礦石中SiO2含量意義重大。

目前傳統(tǒng)測定錳礦石中SiO2含量的分析方法主要有：高氯酸脫水重量法[4]、氟硅酸鉀容量法[5]與硅鉬藍分光光度法[6]，但上述分析方法均需提前配制強酸或強堿溶液對樣品進行高溫熔解預(yù)處理，費時費力，難以滿足日常生產(chǎn)中快速檢測的需求。微波消解是近年發(fā)展起來的一種快速溶樣技術(shù)，具有消解速度快、耗用試劑少、易揮發(fā)組分不損失、節(jié)能等優(yōu)點，已應(yīng)用到環(huán)境、生物、醫(yī)藥、食品、冶金、建材等諸多領(lǐng)域[7-8]，而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)具有靈敏度高、檢出限低、動態(tài)線性范圍寬、可滿足多元素同時檢測，且快速準(zhǔn)確等特點[9]，因此本研究以錳礦石為研究對象，探索微波消解對錳礦石預(yù)處理后，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法快速測定其中SiO2含量。

1 試驗部分

1.1試驗儀器

Optima 8000 DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國PE公司)；密閉高壓消解罐(德國Berghof公司)、MWD-520型微波消解儀、DB12-20型不銹鋼恒溫電熱板(天津labotery)。

1.2試驗試劑

濃硝酸、濃鹽酸、SiO2標(biāo)準(zhǔn)溶液、鹽酸、硫酸、氫氟酸、高氯酸、雙氧水和無水碳酸鈉，上述試劑均為分析純，試驗用水為超純水，錳礦石樣品(漢中天臺山)。

1.3樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱取0.5 g錳礦石樣品，加入至密閉高壓消解罐后，各加入5 mL濃硝酸、5 mL濃鹽酸，放置于微波消解儀中，按照設(shè)定的溶樣程序，進行程序升溫加壓，見表1所示。待消解結(jié)束后冷卻，將樣品溶液加熱驅(qū)酸后稀釋，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶定容待測。

表1 微波消解過程

1.4 ICP-AES法

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定溶液SiO2濃度，檢測條件為：測定波長251.61 nm，發(fā)生器功率1.3 kW；四通道蠕動泵，泵速1.5 r/min；工作氣體為氬氣(99.99%)；冷卻氣流量：14 L/min；輔助氣流量1.2 L/min；霧化氣流量0.8 L/min；積分時間15 s；重復(fù)3次。配置不同濃度的SiO2標(biāo)準(zhǔn)溶液，以發(fā)射強度對SiO2質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，隨后測定樣品溶液中的SiO2含量。

1.5高氯酸脫水重量法

準(zhǔn)確稱取0.50 g錳礦石樣品置于燒杯內(nèi)，另加入15 mL鹽酸、3 mL硝酸加熱至未有氮氧化物產(chǎn)生后，滴加過氧化氫溶液，并加熱煮沸后過濾，將濾渣放入馬弗爐中加熱至750℃灰化，隨即加入3 g無水碳酸鈉，繼續(xù)加熱至1 000℃保持10分鐘，隨后將熔融液與濾液合并，并加入20 mL高氯酸過濾洗滌，將沉淀放入1 000℃馬弗爐中灼燒至恒重，記重量為m1,隨后往沉淀中滴加硫酸和氫氟酸，置于電爐蒸干后，放入1 000℃馬弗爐中灼燒至恒重，記重量為m2，通過質(zhì)量差(m1-m2)計算SiO2含量。

2 結(jié)果與討論

2.1樣品前處理條件選擇

錳礦石中的SiO2含量能否準(zhǔn)確測定，主要取決于樣品在預(yù)處理過程中是否完全消解。一般微波消解樣品時，多選用HNO3、HCl或其混合酸作為消解溶液[10]，本試驗比較了上述強酸及其混合酸在同樣的微波消解條件下對錳鐵的消解情況，見表2所示。從表2中可見，當(dāng)錳鐵稱樣量為0.50 g，濃硝酸與濃鹽酸均為5.0 mL時，觀察到樣品的消解情況最好。同時，將該消解條件后的樣品溶液，于15天后重新測定，測定其中SiO2含量也較為一致，表明了該預(yù)處理樣品方式得到的溶液在15天內(nèi)保持穩(wěn)定。

表2 樣品消解條件的選擇

2.2線性回歸方程

按照電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法確定的試驗條件，分別配置濃度為0，0.5，1.0，5.0，10.0 mg/L的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，以錳的質(zhì)量濃度對發(fā)射強度繪制工作曲線，得到線性方程為y=163.43x-20.51，相關(guān)系數(shù)r>0.999，從而保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3回收率與精密度

在錳礦石中加入不同量的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用工作曲線對錳含量進行測定，回收率與精密度結(jié)果如表3所示。從表3中可見，用工作曲線測定錳鐵中的錳含量，回收量與加入標(biāo)準(zhǔn)量基本吻合，且精密度較好。

表3 回收率與精密度試驗結(jié)果(n=3)

2.4與其他方法比較

分別按照國標(biāo)推薦的高氯酸脫水重量法和微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定錳礦石中SiO2含量，平行測定3次，見表4所示。從表4中可見，采用微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定結(jié)果與國家規(guī)定的高氯酸脫水重量法結(jié)果最大僅相差0.76%，從而具有較好的準(zhǔn)確度。

表4 錳礦石中SiO2含量結(jié)果(n=3) %

3 結(jié) 論

本方法對錳礦石采用微波消解預(yù)處理，具有簡便、快速、試劑用量小等優(yōu)點，隨后利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定樣品溶液中的SiO2含量。與國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)方法相比，具有較好的精密度與準(zhǔn)確度，從而可滿足相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的快速分析要求。

[1] 王爾賢. 中國錳礦石的開采與深加工[J]. 電池工業(yè), 2007, 12(4): 268-272.

[2] 金獻忠, 陳建國, 梁帆, 等. 堿熔融-ICP-AES法對錳礦石中主量、次量與痕量元素的同時測定[J]. 分析測試學(xué)報, 2009, 28(2): 150-156.

[3] 吳曉丹, 明憲權(quán), 黃冠漢, 等. 利用低貧錳礦冶煉優(yōu)質(zhì)富錳渣的生產(chǎn)實踐[J]. 中國錳業(yè), 2015(3): 34-36.

[4] GB/T 1509-2006 錳礦石硅含量的測定—高氯酸脫水重量法[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006.

[5] 曹新全, 李化, 鄧軍華. 氟硅酸鉀容量法測定錳礦中二氧化硅含量[J]. 四川冶金, 2013, 35(5): 83-86.

[6] 應(yīng)騰遠. 硅鉬藍光度法測定錳礦石中二氧化硅[J]. 理化檢驗: 化學(xué)分冊, 2007, 43(11): 82-83.

[7] 何佩雯, 杜鋼, 趙海譽, 等. 微波消解—原子吸收光譜法測定9種中藥材中重金屬含量[J]. 藥物分析雜志, 2010, 30(9): 1707-1712.

[8] 劉雷, 楊帆, 劉足根, 等. 微波消解ICP-AES法測定土壤及植物中的重金屬[J]. 環(huán)境化學(xué), 2008, 27(4): 511-514.

[9] 武漢大學(xué)主編. 分析化學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2008.

[10] 李安, 喬軍, 張國翠. 微波消解-ICP-AES測定錳鐵中的磷[J]. 光譜實驗室, 2012, 29 (6): 3743-3745.

RapidDeterminationofSiO2inFerromanganeseofTiantaiMountain'sbyICP-AESwithMicrowaveDigestion

LI Chengfu1, REN Zhanli2, CAO Youquan3

(1.QinghaiBureauofGeologicalSurvey,Xining,Qinghai810001,China; 2.NorthwestUniversity,Xi'an,Shanxi710069,China; 3.The5thGeologicalMineralExplorationInstituteinQinghaiProvince,Xining,Qinghai810028,China)

A rapid method of ICP-AES determination with microwave digestion of silicon dioxide in ferromanganese was proposed. The conditions of microwave digestion were chosen. High nitric acid and hydrochloric acid were selected as digestion solution. The digestion pressure was 5.0 MPa and the digestion time was 15 min. The silicon dioxide contentions of samples were respectively measured at the analytical spectral line at the wavelength of 251.61 nm after microwave treatment. The determination results of three samples were in agreement with national standard method. The proposed method is simple, rapid and accurate. Therefore, it can be suitable for an analysis of corresponding industrial production control.

Ferromanganese; Microwave digestion; CP-AES; Silicon dioxide

2017-06-26

國家科技重大專項(2011ZX05005-004-007HZ)；中國地質(zhì)調(diào)查局科研項目(12120113040300-01)。

李成福(1985-)，男，青海湟中人，碩士研究生，研究方向：地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查，手機：18197069192， E-mail：280423455@qq.com.

O657.31

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.043