礦石樣品中金屬元素化學(xué)分析方法的應(yīng)用

王永保(廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)，廣東 肇慶 526060)

0 引言

隨著科技的不斷提升和發(fā)展，及社會對礦石資源的開發(fā)以及應(yīng)用，我們更關(guān)注礦石成分當(dāng)中對于金屬元素的開采和利用。所以，在針對礦石樣品進(jìn)行化學(xué)分析的過程中，能夠利用多種化學(xué)分析方法對礦石中的各項(xiàng)金屬元素進(jìn)行分析，進(jìn)而對礦石樣品成分有良好的把控，使得資源的開發(fā)以及應(yīng)用有更大的保障。這其中便將化學(xué)分析的重要性進(jìn)行了展現(xiàn)。對于礦石樣品成分分析工作來說，選擇合理的分析方法，良好的質(zhì)控手段、穩(wěn)健的數(shù)理分析等，可有效規(guī)避誤差風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也是將化學(xué)分析質(zhì)量進(jìn)行提升的關(guān)鍵性保障。因此，本文針對礦石樣品成分中金屬元素化學(xué)分析方法的應(yīng)用，給予了如下分析和探究。

1 礦石樣品成分化學(xué)分析存在的問題

1.1 化學(xué)分析方法選擇不合理

針對化學(xué)分析的應(yīng)用，因?yàn)橛兄鄻踊姆椒?，所以要合理挑選使用的分析形式。但是從當(dāng)前的具體情況來看，在分析礦石樣品成分當(dāng)中，對于化學(xué)方式的挑選，還存在一些不合理性，以至于化學(xué)分析質(zhì)量等受到一些影響。其一，針對化學(xué)分析，因?yàn)闆]有充分認(rèn)識礦石樣品，對礦石樣品的了解不深入，所以對于化學(xué)分析方式的選擇并不科學(xué)，不能保障分析結(jié)果的精準(zhǔn)性；其二，在選擇化學(xué)分析方法當(dāng)中，并沒有正確了解各項(xiàng)分析方法，所以存在的隨意性比較大，也對最終的分析質(zhì)量產(chǎn)生了影響[1]。

1.2 化學(xué)分析數(shù)據(jù)質(zhì)量有待提升

對于數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析，是開展化學(xué)分析的一項(xiàng)關(guān)鍵前提，但因?yàn)闀艿狡渌蛩禺a(chǎn)生的影響，例如：操作不規(guī)范或者外部環(huán)境等，因此會對數(shù)據(jù)質(zhì)量的形成構(gòu)成一定的影響。其一，針對化學(xué)分析工作的開展，如果操作人員存在不規(guī)范的現(xiàn)象，出現(xiàn)失誤等，都會使數(shù)據(jù)質(zhì)量下降；其二，針對化學(xué)分析的開展，如果控制數(shù)據(jù)不到位，也沒有積極控制外部影響因素，例如溫濕度和酸堿度等，也會對化學(xué)分析產(chǎn)生一定的影響，所以開展科學(xué)控制十分關(guān)鍵；其三，創(chuàng)新性不高。針對條件不同的礦石成分進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)，并沒有靈活應(yīng)用各項(xiàng)方法，所以采用的方法與實(shí)際情況并不相符，這也會降低最終的數(shù)據(jù)分析質(zhì)量[2]。

2 堿溶ICP-MS法

礦石當(dāng)中存在的元素非常復(fù)雜，但是鉻元素的含量并不是非常多，有些礦石中儲存的元素為混合，但只有很少部分屬于混合性質(zhì)。大部分礦石當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的元素已經(jīng)被人們應(yīng)用，所以對礦石當(dāng)中存在各種元素進(jìn)行了解十分關(guān)鍵。元素存在于礦石當(dāng)中的形式，并不是完全相同的，有些存在形式為化合物、有些游離狀態(tài)，正是因?yàn)橛写罅康男问胶头N類的元素存在，因此在科學(xué)研究當(dāng)中，對其進(jìn)行探究的方式也是多種多樣的[3]。其中對于化學(xué)方法的探究，包括EDTA-滴定法、原子吸收法、兼容ICP-MS法、分光光度法以及穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)法等。為了使礦石樣品當(dāng)中存在的元素獲取更加全面，需要結(jié)合具體的情況，挑選最科學(xué)的方法開展檢測和分析，這樣能夠確保分離出來的金屬元素與提出的要求和標(biāo)準(zhǔn)完全相符。

對于堿溶ICP-MS法的應(yīng)用，具體來說便是借助溶液分析樣品，選取的樣品屬于Re-Os，有一定的特殊性質(zhì)。借助該項(xiàng)方法，可以結(jié)合雙瓶蒸餾技術(shù)鑒定樣品，實(shí)施系統(tǒng)分析。但是，對于礦石樣品進(jìn)行分析的過程中，需要較長的時(shí)間，當(dāng)時(shí)間逐步推移，溶液中存在的離子濃度會有所稀釋。借助該項(xiàng)方法能夠?qū)θ芤簼舛认♂尳o予保障，并使同位素依然保持平衡的狀態(tài)，以便使礦品樣品得到相應(yīng)的分解，完成測定元素水平的目標(biāo)[4]。

2.1 樣品測定準(zhǔn)備

針對測定實(shí)驗(yàn)的開展，需要對樣品以及測定設(shè)備的齊全性給予保障，以便對最后結(jié)果的獲取提供基礎(chǔ)條件。在實(shí)驗(yàn)開展過程中，應(yīng)用到了化學(xué)試劑包括：Na2O2、HNO3、NaOH、GNRO-100超純水的處理制備系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，應(yīng)用到的儀器還包括：Xseriso電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，對于金屬元素的測定采用的標(biāo)準(zhǔn)溶液需要與國家提出的要求相符合，具體濃度為100mg/L，將其分為三組：一組為稀土元素共有15種；二組為金屬元素，如鈹?shù)裙?種；三組為4種元素，其中包括鋯等。準(zhǔn)備工作都要與GSB 04-1789-2004標(biāo)準(zhǔn)完全相符。

2.2 具體方法

首先需要配置混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，使其與實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)完全相符，之后的每項(xiàng)工作內(nèi)容都要在這一條件下逐步開展；其二，結(jié)合礦石樣品的具體條件和提出的一系列要求，對樣品溶液進(jìn)行挑選，使其與標(biāo)準(zhǔn)混合液進(jìn)行配置，形成待測標(biāo)準(zhǔn)液，其標(biāo)準(zhǔn)為1.0mg/L；其三，逐步稀釋這一介質(zhì)。通常情況下，挑選的介質(zhì)為8%的硝酸，將其漸漸稀釋。具體來說是稀釋成0.1mg/L，0.01mg/L以及0.001mg/L三個不同階段的濃度；其四，對0.1000g的樣品獲取，然后在剛玉坩鍋當(dāng)中放置。需要注意的問題是：樣品稱量要保證精準(zhǔn)性，并將1.0g的過氧化鈉加入該樣品當(dāng)中，均勻混合即可；其五，在700℃的高溫爐中將樣品進(jìn)行加熱，在保溫熔融15min之后取出進(jìn)行冷卻，冷卻至室溫溫度，將其在燒杯中倒入。其中，燒杯的規(guī)格為200mL；其六，在燒杯當(dāng)中倒入100mL的熱水，這樣做的目的是重新溶解樣品，在溶解時(shí)間達(dá)到12h之后，可以慢速進(jìn)行過濾；其七，需要完成的內(nèi)容便是利用2%的氫氧化鈉清洗沉淀物，清洗次數(shù)要大于10遍，一直到量瓶當(dāng)中的溶液無任何顏色呈現(xiàn)，之后借助儀器實(shí)施分析，并借助計(jì)算機(jī)分析處理數(shù)據(jù)[6]。

2.3 優(yōu)勢

對元素進(jìn)行測量的方式非常多，除對對ICP-SM法進(jìn)行應(yīng)用以外，還包括ICP-酸溶質(zhì)譜法以及ICP光譜法等等。盡管這些形式都屬于ICP系列，但彼此之間比較之后，發(fā)現(xiàn)ICP-SM法的使用具備的價(jià)值會更高一些，該項(xiàng)方式能夠使分析過程當(dāng)中存在的干擾率明顯降低，并對樣品的性質(zhì)保持完整性給予保障，不會受到制約。因?yàn)檫@一方式的使用，對于礦石樣品的測定十分準(zhǔn)確，所以在礦石樣品的選用范圍非常廣泛。此外，該項(xiàng)方法有著非常高的結(jié)果精密度，測定的靈敏度也十分理想。同時(shí)，在后期的普譜線結(jié)果當(dāng)中，最大的優(yōu)勢便是操作簡單、十分容易，可以在同一時(shí)間對不同種類的金屬元素開展測定。因此。該項(xiàng)方法不但能對精準(zhǔn)度給予保障，還能使金屬元素測定的效率有所提升，使之前繁瑣的方式得到簡化。

3 EDTA滴定監(jiān)測

3.1 EDTA滴定概述

該項(xiàng)方法，具體來說是比較老式的一種金屬元素分析測定方法，但有著非常高的精度，操作比較容易，沒有較高的實(shí)驗(yàn)成本支出，因此使用廣泛。在目前社會實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，針對礦石樣品元素進(jìn)行測定，這一技術(shù)的使用量非常大，但依然屬于老式方法。在未來的發(fā)展當(dāng)中，為使該項(xiàng)技術(shù)能夠迎合科技的發(fā)展變化，還需要微微細(xì)調(diào)相關(guān)形式以及細(xì)節(jié)，以便實(shí)現(xiàn)更理想的測定效果。

3.2 改進(jìn)方法分析

(1) EDTA測量鈣以及鎂的改進(jìn)方式。該種方式被提出之后，借助EDTA能夠使對鈣的測定有更加高的精準(zhǔn)度，采用的關(guān)鍵方式，具體為將氯化氨加入鈣堿性溶液當(dāng)中，能夠使這一溶液的堿性有所降低，使得測定精準(zhǔn)度有相應(yīng)的提升。

(2) EDTA測鉛的改進(jìn)方式。該項(xiàng)方法，具體來說便是在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中應(yīng)用高硅鉛測定時(shí)，因結(jié)果有時(shí)會產(chǎn)生偏低的狀況，所以對方案改進(jìn)之后，能夠?qū)@一問題加以規(guī)避。具體的方法為：將HF以及SiO2加入聚四氟乙烯塑料器皿當(dāng)中，硫酸有冒煙現(xiàn)象時(shí)將其除去，能夠使干擾得以消除，進(jìn)而使最終的結(jié)果更加精準(zhǔn)[7]。

(3) EDTA測鉬的改進(jìn)方式。針對改進(jìn)方案的編制，主要是針對10%～60%范圍內(nèi)的鉬實(shí)施含量分析，試驗(yàn)過程中的改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)誤差得以降低，能夠把控在1%以內(nèi)，進(jìn)而得到的精度結(jié)果會更高一些。

(4) EDTA測鋅的改進(jìn)方式。在對以往使用的方式分析中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)方式只可以對干擾元素比較低的樣品測定時(shí)比較精準(zhǔn)，如果有較大的干擾含量存在，例如鐵的存在量非常大時(shí)，會使最終的測定結(jié)果與實(shí)際偏差有非常大的差異性。為規(guī)避這一情況發(fā)生，將其進(jìn)行改進(jìn)的具體方案是：將比較多的氫氧化氨加入其中，這樣能夠使干擾離子與鋅發(fā)生分離，從而對最終結(jié)果的精準(zhǔn)度給予保障。

(5) EDTA測鐵的改進(jìn)方式。因?yàn)橹笆褂玫闹劂t酸鉀對鐵的測定，并不是十分環(huán)保，操作過程也存在繁瑣性，為了使實(shí)驗(yàn)操作精準(zhǔn)度有相應(yīng)的提升，需要將傳統(tǒng)的方式改進(jìn)?，F(xiàn)在對于鐵的測量，將傳統(tǒng)的重鉻酸鉀法摒棄，不但使誤差得到降低，還不會對環(huán)境造成污染。

4 穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)法

4.1 概述

如果極端值會對最終結(jié)果產(chǎn)生非常大的影響，一般情況下會舍去。但這一方法將該值賦予最小權(quán)，以便實(shí)現(xiàn)在不舍棄任何數(shù)值的基礎(chǔ)之上，對精準(zhǔn)結(jié)果的要求給予滿足。與老式的經(jīng)典計(jì)算方案相比較，產(chǎn)生的科學(xué)性會更強(qiáng)一些，是一種針對結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確規(guī)范的處理算術(shù)系統(tǒng)，使極端結(jié)果針對平均值產(chǎn)生的影響最小。

4.2 測定方法

首先，要對需要使用的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中包括：(1)結(jié)果值(2)中位數(shù)(3)標(biāo)準(zhǔn)四分位間距(4)最大、最小值(5)極值(6)穩(wěn)健變異系數(shù)。測定這些值的數(shù)據(jù)，可以針對數(shù)據(jù)表征離散程度的不同方向以及相應(yīng)的范圍進(jìn)行估計(jì)。

4.3 優(yōu)勢與弊端分析

穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)的測定形式，在具體工作開展當(dāng)中已經(jīng)累積了一些經(jīng)驗(yàn)，屬于智慧總結(jié)的一種結(jié)果，不但需要對國際通用能力進(jìn)行擁有，以便對穩(wěn)健參數(shù)Z比分?jǐn)?shù)的可靠性進(jìn)行判定，還需要對結(jié)果的應(yīng)用價(jià)值與被測物的應(yīng)用技術(shù)是否滿足進(jìn)行監(jiān)測。但是Z比分?jǐn)?shù)屬于實(shí)驗(yàn)室非常典型的結(jié)果，處理以及所有的統(tǒng)計(jì)方式都屬于實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下完成的最理想數(shù)據(jù)結(jié)果，沒有對實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的現(xiàn)實(shí)要求進(jìn)行考慮，所以，時(shí)常會發(fā)生結(jié)果與具體不符的情況。

5 結(jié)語

總之，區(qū)域不同，對于礦石樣品的采集存在非常大的差異性，不只是因?yàn)榈赜虻年P(guān)系，還與自然因素等有關(guān)。針對金屬分析方式的提出，不同的方式都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，需要結(jié)合實(shí)際情況加以分析，挑選合理的方法，并注意其中的注意事項(xiàng)和使用范圍。