礦用非金屬制品檢測(cè)前處理方法研究

肖歡 徐曉云

摘? 要：礦用非金屬制品含大量的重金屬、多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚及鄰苯類有害物質(zhì)，將帶來(lái)很多隱性傷害。文章通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)研究探討對(duì)礦用非金屬制品較為徹底較為高效的前處理方法，完成對(duì)礦用非金屬制品的制樣，為后續(xù)進(jìn)行其中的有害物質(zhì)檢測(cè)打基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：礦用非金屬制品;檢測(cè);前處理

中圖分類號(hào)：O657? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）03-0128-02

Abstract： Mining non-metallic products contain a large number of heavy metals， polybrominated biphenyls， polybrominated biphenyl ethers and o-benzene harmful substances， which will bring a lot of hidden harm. Through repeated experiments and studies， this paper discusses a more thorough and efficient pretreatment method for mining non-metallic products， and completes the sample preparation of mining non-metallic products， which lays a foundation for the subsequent detection of harmful substances.

Keywords： mining non-metallic products; detection; pretreatment

目前，礦用非金屬制品如礦用阻燃輸送帶、礦用電纜、礦用管材、礦用風(fēng)筒、礦用電纜掛鉤在礦山或礦山井下大量的使用。由于其在礦山井下使用必須具有阻燃抗靜電性能，以保證不引發(fā)火花及燃燒等礦山安全事故，同時(shí)，由于非金屬制品本身特性，在生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì)添加熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、生物抑制劑、增塑劑及其他功能助劑等來(lái)滿足其物理性能、加工性能及經(jīng)濟(jì)上的要求，這樣就在材料中引入大量的重金屬、多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚及鄰苯類有害物質(zhì)，將帶來(lái)很多隱性傷害，故需要對(duì)這些產(chǎn)品中的有害物質(zhì)含量進(jìn)行研究，把控其最低使用量。對(duì)這些有害物質(zhì)含量進(jìn)行檢測(cè)前，需對(duì)此類產(chǎn)品進(jìn)行前處理，將其從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成溶液狀態(tài)[1]。

針對(duì)礦用非金屬制品的物理化學(xué)性質(zhì)，采用的前處理方法不同，得到的樣品狀態(tài)、均勻程度、溶液化程度差異很大。非金屬制品中的橡膠和塑料是用酸最難溶解的試樣之一，單獨(dú)采用常用的酸如HNO3、HCl、王水、HClO4在常規(guī)條件下都不能將其溶解，通常采用高溫灰化法，其灰化殘?jiān)儆盟崛芙?。但由于塑料在高溫灰化時(shí)易發(fā)生燃燒，使溫度難于控制，可能使某些元素造成不可控制的損失[2]，影響后續(xù)測(cè)試結(jié)果。目前應(yīng)用較廣的除了灰化法，還有濕法消解和微波消解，濕法消解通常以濃硫酸濃硝酸作為試劑，在加熱板上進(jìn)行消解，采用該方法時(shí)待測(cè)元素?fù)p失少，但試劑用量大，污染環(huán)境，處理時(shí)間長(zhǎng)，效果不顯著[3]。而微波濕法消解技術(shù)是近年出現(xiàn)的新型樣品消解技術(shù)，具有消解溫度高、消解壓力大、密閉性能好、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)[4]，適用于橡塑類制品的消解。

目前針對(duì)于礦用非金屬制品的消解方法暫時(shí)還未有，本文參考結(jié)合其他橡膠、塑料領(lǐng)域的消解方法，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)研究探討對(duì)礦用非金屬制品較為徹底較為高效的微波消解前處理方法，探討出適合用于礦用非金屬制品的酸試劑體系和適宜的消解溫度，完成對(duì)礦用非金屬制品的前處理制樣過(guò)程，為后續(xù)進(jìn)行其中的有害物質(zhì)檢測(cè)打基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

粉粹機(jī)（S025）;微波消解儀（UL61010-1）;恒溫消解儀（09A24S）;移液槍;硝酸（優(yōu)級(jí)純）;雙氧水（優(yōu)級(jí)純）;氫氟酸（優(yōu)級(jí)純）;試驗(yàn)用水均為超純水。試驗(yàn)所用移液管均在（1∶1）硝酸溶液中浸泡12h，微波消解罐在5%硝酸溶液中浸泡12h。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案的選擇和確定

非金屬制品的消解由2個(gè)主要因素決定，酸的種類、比例和消解溫度。酸的種類較多，每種酸對(duì)于不同材料的消解程度不一;比例搭配不同，產(chǎn)生的消解協(xié)同作用也不一樣。消解溫度過(guò)低，無(wú)法消解完全，溫度過(guò)高，容易對(duì)某些待測(cè)元素產(chǎn)生損失。因此，需要合理的選用消解體系和消解溫度來(lái)達(dá)到消解的目的。

礦用阻燃輸送帶覆蓋層、礦用電纜絕緣護(hù)套、礦用管材、礦用電纜掛鉤等基本采用的材質(zhì)為聚氯乙烯、丁腈橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙膠等高分子材料，通過(guò)前期的實(shí)驗(yàn)研究，加入氫氟酸可用于分解難熔晶格體系如硅酸鹽結(jié)合態(tài)的無(wú)機(jī)物[5]，加入硝酸和過(guò)氧化氫用于分解礦用非金屬制品中的有機(jī)物。單一的酸對(duì)這些材質(zhì)的消解效果差，無(wú)法將其消解。結(jié)合文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)，本次篩選出的消解試劑為硝酸-雙氧水體系或硝酸-雙氧水-氫氟酸體系，消解溫度為190℃或210℃。

1.3 前處理過(guò)程

對(duì)于礦用輸送帶、礦用管材和礦用掛鉤類，可直接進(jìn)行取樣。截取各類產(chǎn)品的中間部分，破碎成直徑5mm大小顆粒，稱取2g左右，放入粉碎機(jī)中，加入干冰進(jìn)行粉碎，過(guò)100目篩，留取經(jīng)過(guò)篩選的粉末狀樣品。

對(duì)于礦用電纜，需將護(hù)套、絕緣層、包覆層和銅線分開，截取各類護(hù)套、絕緣層和包覆層，分別取樣處理，用剪刀剪碎成直徑5mm大小顆粒，稱取2g左右，放入粉碎機(jī)中，加入干冰進(jìn)行粉碎，過(guò)100目篩，留取經(jīng)過(guò)篩選的粉末狀樣品。

方案1：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水搖勻，130℃預(yù)消解1h，按照表2的條件進(jìn)行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液上半部為澄清溶液，但底部有較多灰白色沉淀，未消解徹底。

表2 微波消解儀升溫程序（190℃）

方案2：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水搖勻，130℃預(yù)消解1h，按照表3的條件進(jìn)行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液上半部為澄清溶液，但底部有較多灰白色沉淀，未消解徹底。

表3 微波消解儀升溫程序（210℃）

方案3：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水和1ml氫氟酸搖勻，130℃預(yù)消解1h，按照表2的條件進(jìn)行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液上半部為澄清溶液，但底部有較少的灰白色沉淀，未消解徹底。

方案4：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水和1ml氫氟酸搖勻，130℃預(yù)消解1h，按照表3的條件進(jìn)行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液為澄清溶液，未出現(xiàn)肉眼可見的沉淀物，消解徹底。

2 結(jié)論

對(duì)于結(jié)構(gòu)及成分復(fù)雜的非金屬制品的檢測(cè)分析而言，樣品的前處理非常重要，合適消解方案的選擇會(huì)為后期的分析檢測(cè)工作帶來(lái)很大的便利，也會(huì)使檢驗(yàn)結(jié)果偏差較小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)選用硝酸-雙氧水-氫氟酸的消解體系，比例為5：1：1，最高溫度為210℃時(shí)能使各類礦用非金屬類制品消解完全，溶液呈透明澄清狀，可達(dá)到后續(xù)進(jìn)入原子吸收光譜儀、電感耦合等離子光譜儀、氣相質(zhì)譜儀等儀器的進(jìn)樣要求。本微波消解法使用試劑量少，耗時(shí)較短，操作便捷，消解效果顯著，可在礦用材料的檢測(cè)方面大力運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周勇義，谷學(xué)新，范國(guó)強(qiáng)，等.微波消解技術(shù)及其在分析化學(xué)中的應(yīng)用[J].冶金分析，2004，24（2）：30.

[2]鄧金梅，曾嘉欣，等.在塑料重金屬測(cè)定中對(duì)微波消解前處理?xiàng)l件的探討[J].廣東化工，2010，37（6）：252.

[3]王守宇，陳昊，陳娜娜.丁苯類橡膠鞋底微波消解方法的研究[J].中國(guó)皮革，2015，44（13）：50.

[4]李宣，梁淑雯.微波消解電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定塑料中鎘、鉛、汞和鉻[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2006，23（4）：702.

[5]胡珊珊，錢秀芳.微波消解技術(shù)在土壤重金屬元素測(cè)定中的應(yīng)用[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（4）：363.