ICP-AES測定磷礦石中磷、鎂、鐵、鋁、硅的方法研究

劉雨星，鄒 娟，楊 清，楊三妹，羅 穩(wěn)

(中藍長化工程科技有限公司，湖南 長沙 410116)

磷礦石是生產磷肥和復合肥的主要化工礦物原料，磷礦生產中磷和鎂含量是非常重要的硬性指標，鎂含量超標不利于選礦裝置的生產控制，鐵、鋁、硅會降低五氧化二磷的轉化率從而影響肥料的質量。近年來，磷礦資源被廣泛勘探和開發(fā)利用，因此，準確快速測定磷礦石的磷、鎂、鋁、鐵、硅對磷礦資源開發(fā)利用具有重要的意義。

目前，磷礦中的元素分析通常用重量法、容量法、分光光度法、原子吸收法進行測定[1-2]，方法繁冗費時，難以滿足快速分析的需要。近年來發(fā)展的ICP-AES具有基體干擾小、靈敏度高、能實現多元素同時測定等特點，在冶金、化工、環(huán)保等行業(yè)得到了廣泛的應用[3-5]，文章采用NaOH堿熔消解樣品，用基體匹配法消除Na的干擾，建立了ICP-AES 同時測定磷礦石中的磷、鎂、鐵、鋁硅的方法，方便快捷，適用于磷礦石中上述元素的快速分析。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

iCAP6300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國ThermoFisher公司)，儀器工作參數見表1；P、Mg、Fe、Al、Si標準儲備溶液(1 000 μg/mL，鋼鐵研究總院)，使用時逐級稀釋，組合配制混合標準溶液；磷礦石國家標準樣品(GBW07210，GBW07211)；實驗室用水均為高純二次去離子水，HCl、HNO3為優(yōu)級純，其它試劑均為分析純。

表1 儀器工作參數Tab.1 Working parameters of ICP-AES

1.2 樣品處理

1.2.1 濕法消解

稱取0.05 g(精確至0.000 1 g)試樣于聚四氟乙烯坩堝中，用幾滴水潤濕，依次加入15 mL HCl，5 mL HNO3，蓋上坩堝蓋，置于低溫電熱板上加熱至試樣溶解并蒸發(fā)至快干，取下稍冷，再加入2 mL HNO3，20 mL水，微熱使鹽類溶解，冷卻后轉入100 mL聚四氟乙烯容量瓶，用水定容至刻度，搖勻，隔夜放置，過濾后上ICP-AES測定。同時做樣品空白試驗，得到基體匹配的介質溶液。

1.2.2 堿熔

準確稱取0.2 g試樣于鉑坩堝中，在樣品上平鋪2 g NaOH，放入馬弗爐中，從低溫升至630 ℃熔融20 min，取出稍冷后小心放入250 mL燒杯中，加入50 mL熱水浸取，放置低溫電爐上加熱至熔塊全部溶解后，用水洗出坩堝，加入HCl加熱溶解鹽類至溶液澄清，冷卻，轉入250 mL塑料容量瓶中，用水定容至刻度，搖勻，隔夜放置，過濾后上ICP-AES測定。同時做樣品空白實驗，得到基體匹配的介質溶液。

1.3 工作曲線

1.3.1 無基體匹配工作曲線

分取不同體積的P、Mg、Fe、Al、Si單元素國家標準溶液(1 000 μg/mL)于100 mL容量瓶中，按表2配制成不同濃度的混合標準系列溶液，介質為水。

表2 工作曲線系列溶液Tab.2 Series of standard solutions used for producing working curves μg·mL-1

1.3.2 濕法消解基體匹配工作曲線

分取不同體積的P、Mg、Fe、Al、Si單元素國家標準溶液(1 000 μg/mL)于100 mL容量瓶中，按表2配制成不同濃度的混合標準系列溶液，介質為10%的濕法消解樣品空白母液。

1.3.3 堿熔法基體匹配工作曲線

分取不同體積的P、Mg、Fe、Al、Si單元素國家標準溶液(1 000 μg/mL)于100 mL容量瓶中，按表2配制成不同濃度的混合標準系列溶液，介質為10%的堿熔法樣品空白母液。

2 結果與討論

2.1 分析譜線的選擇

該法中待測元素有多條靈敏線，綜合考慮各譜線的靈敏度、共存元素干擾、信背比、線性范圍，確定選用的分析譜線為P 214.9 nm、Mg 285.2 nm、Fe 259.9 nm、Al 396.1 nm、Si 251.6 nm。

2.2 基體效應

2.2.1 王水消解基體效應

以GBW07210、GBW07211為試樣，經王水濕法消解制備的試樣溶液，分別用1.3.1和1.3.2繪制的工作曲線上機測定，結果見表3。

表3 王水消解標準樣品在不同工作曲線下測定結果比較Tab.3 Comparison of test results of aqua regia dissolved standard samples with two calibration curves

由表3可以看出，標樣經王水消解后，分別用無基體匹配和基體匹配的工作曲線進行測定，P、Mg、Fe、Al、Si的測定值非常接近，受基體效應的影響小。與認定值相比較，P、Mg、Fe的測定值與認定值相吻合，Al、Si的測定值低于認定值，說明王水消解試樣中的Al和Si未完全溶出，造成結果偏低。

2.2.2 堿熔法基體效應

以GBW07210、GBW07211為試樣，經NaOH堿熔制備的試樣溶液，分別用1.3.1和1.3.3繪制的工作曲線上機測定，結果見表4。

表4 堿熔標準樣品在不同工作曲線下測定結果比較Tab.4 Comparison of test results of alkali fusion standard samples with two calibration curves

由表4可以看出，標樣經堿熔后，采用基體匹配工作曲線的測定值均與認定值相吻合，而采用無基體匹配工作曲線的測定值與認定值誤差較大，說明試樣經堿熔后受基體效應的影響較大，因此，為了消除基體效應影響，需采用基體匹配法。

綜合2.2.1和2.2.2，為了減少測定誤差，滿足同時測定磷礦石中P、Mg、Fe、Al、Si的分析要求，應選擇堿熔法消解樣品，用基體匹配法測定磷礦石中的P、Mg、Fe、Al、Si。

2.3 線性關系和方法檢出限

對堿熔法基體匹配工作曲線系列溶液進行測定，P、Mg、Fe、Al、Si工作曲線的相關系數均大于0.999 8，說明該方法具有良好的線性關系。對試劑空白溶液連續(xù)測定10次，以3倍的標準偏差乘以稀釋倍數得出方法的檢出限。結果見表5。

表5 線性相關系數和方法檢出限Tab.5 Correlation coefficients for calibration curves and the detection limit

2.4 加標回收實驗

對云南晉寧磷礦石樣品1#、2#進行重復6次測定，并作了加標回收實驗，結果見表6。由表6結果可見，方法的精密度為0.22%～1.59%，加標回收率為96%～116.4%，說明該方法準確可靠，能滿足分析要求。

表6 精密度及加標回收率Tab.6 Precision and adding standard recovery

3 結語

以堿熔法消解磷礦石，采用基體匹配工作曲線消除背景干擾，用ICP-AES能夠準確測定磷礦石中磷、鎂、鐵、鋁、硅的含量，該方法操作簡單，靈敏度高，分析速度快，且能得到較好的精確度和靈敏度，具有一次溶樣可同時測定多種元素的優(yōu)勢。