稀土元素檢測中預(yù)處理的研究進展探析

張燕萍

（江西省鎢與稀土產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江西 贛州 341000）

我國幅員遼闊，礦產(chǎn)以及其他自然能源儲量豐富，在相關(guān)生產(chǎn)過程中，時常會在原材料中發(fā)現(xiàn)一些稀土元素。稀土元素種類較多，此外，在我國稀土元素的儲藏量也較為豐富，在促進相關(guān)工作部門的發(fā)展具有重要意義；稀土元素的種類和分布正如下圖元素周期表所示；在近些年來的我國稀土元素的產(chǎn)量在全球總產(chǎn)量的占比也如圖2 所示[1]。

圖1 元素周期表比例

例如在化肥生產(chǎn)、催化劑生產(chǎn)等方面均有著較大的應(yīng)用。隨著時代的進步和科技的發(fā)展，稀土元素經(jīng)過人們的加工和生產(chǎn)，通過各種方式被人們攝取。因此，對于稀土元素的檢測和預(yù)處理對于人們的日常生活的運行方面來說意義重大，同時有關(guān)乎著人們的身體健康與安全，有效推進稀土元素的檢測和預(yù)處理研究是當(dāng)今時代相關(guān)工作部門的一項重要工作內(nèi)容[2]。

圖2 2010 年～2019 年稀土占比全球比例總產(chǎn)值

1 稀土元素的檢測與預(yù)處理

在稀土元素的檢測和分析方面，主要可包括，稀土總量的分析、單一一種稀土檢測、稀土中雜質(zhì)的分析以及非稀土雜質(zhì)的檢測等。隨著時代的發(fā)展，相應(yīng)的檢測技術(shù)也營運而生，在檢測和分析方面已經(jīng)初步具備了幾十種不同的檢測方法。但隨著實際稀土元素的開采過程和相關(guān)部門的發(fā)展要求，檢測分析的技術(shù)和方法同樣需要做到與時俱進。在生產(chǎn)加工前期，對于原材料和加工產(chǎn)品在檢測與分析過程需要做到精準(zhǔn)實驗，高效處理數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證預(yù)處理工作的正常開展。以便得到更具價值的加工材料與加工方案。

正如上述，目前在我國稀土元素的檢測和預(yù)處理的實際工作進程中，其檢測方法主要可分為ICP-MS 和 ICP-AES 兩種，其在具體的工作中占據(jù)著整個過程的半壁江山。若是溶解體系里含有氫氟酸，那么材料中的稀土元素就會與氫氟酸發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，進而產(chǎn)生氟化物沉淀。由于這些氟化物沉淀在具體的化工生產(chǎn)過程中有著較為消息的影響，且不利于正常工作的開展和運行。因此就需要對氟化物進行必要的預(yù)處理，通過預(yù)處理來蒸發(fā)酸性物質(zhì)。能否選定出合適的消解體系與方法，在針對不同生產(chǎn)中的預(yù)處理具有重要意義。因此，就需要對其進行針對性的分析[3]。

2 不同領(lǐng)域的預(yù)處理方法分析

2.1 土壤與沉積物

針對該領(lǐng)域的預(yù)處理方法主要可以分為堿性熔法和酸性分解法。兩者之間，前者具有操作簡便的特點，能夠使得元素之間的晶格被徹底破壞，同時對樣品數(shù)量的要求較高，為實現(xiàn)這種方法的檢測工作正常開展往往需要采用大量的樣品數(shù)量，這樣一來就無形之中增添了檢測工作的復(fù)雜程度，進而導(dǎo)致相對的空白值較高。而對于酸性分解法來說，在土壤與沉積物預(yù)處理工作的開展中，能夠有效的減少對樣品數(shù)量的應(yīng)用和要求。能夠在相當(dāng)程度上減少空白值，提升整體的檢測效率和經(jīng)濟效益。但其也具有一定的缺點，期不足就在于檢測環(huán)境由于受酸性條件的影響，容易對周圍設(shè)備產(chǎn)生一定程度上的腐蝕，因此就需要定期的更換檢測設(shè)備。以保證檢測工作和預(yù)處理的正常進行。但綜合以上兩種檢測方案，三星溶解法在實際的土壤及沉淀物預(yù)處理方法中應(yīng)用的較多。其關(guān)鍵優(yōu)勢就在于該種方法能夠有效的降低空白值、降低對樣品數(shù)量的硬性要求以及提升檢測效率。所以這種方法在實際檢測工作中就有著廣泛的應(yīng)用，進而在一定程度上使得土壤及沉淀物中的雜質(zhì)有效地溶出。有學(xué)者使用混酸對消解體系可以達到的最佳效果進行驗證，驗證結(jié)果表明，在微波消解法條件下，采用氫氟酸、硝酸和高氯酸相結(jié)合的預(yù)處理方法能達到更好的效果。有學(xué)者使用硝酸進行過夜預(yù)消解，過氧化氫和硝酸相結(jié)合的酸在低溫條件下對土壤進行微波消解，能測出土壤當(dāng)中含有的重金屬及稀土元素，該方法無需對基體元素進行分離，能直接用于測定，不僅操作簡單，而且靈敏度很高，結(jié)果也真實準(zhǔn)確，可在大批量測定過程中使用。

2.2 水質(zhì)

飲用水是人們賴以生存的必然基礎(chǔ)。因此在水質(zhì)方面的稀土元素的預(yù)處理方法顯得尤為重要且事關(guān)民生。

根據(jù)我國多個水質(zhì)實驗點檢測數(shù)據(jù)和內(nèi)容顯示，對于過濾水中的稀土元素和懸浮物中的稀土元素相對比，過濾水中的稀土元素含量明顯較小。此外，在具體的加工過程當(dāng)中，硝酸溶液的應(yīng)用對其檢測結(jié)果產(chǎn)生的影響不大，對響應(yīng)信號的影響基本可以忽略。當(dāng)然，在硝酸溶液濃度逐漸提高過程當(dāng)中，隨著硝酸溶液體積分?jǐn)?shù)的增加，其空白值的指數(shù)也會隨之增加，與之有關(guān)的一系列反應(yīng)和參數(shù)也會隨之發(fā)生變化?？偟姆治龊捅容^經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在水質(zhì)處理過程當(dāng)中，對于硝酸溶液的應(yīng)用，其濃度最佳情況是在2%左右。同時也是對水質(zhì)處理最優(yōu)化的稀土元素預(yù)處理方法。

有學(xué)者采用單、二磷酸酯相混合的螯合劑進行萃取，采用其庚烷溶液，通過分離富集，確定天然水當(dāng)中稀土元素實際痕量，其檢出限為0.01ng/L～1.8ng/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在 5% 以內(nèi)，萃取回收率能達到 93% 以上。有學(xué)者對硝酸溶液酸度可能對測定結(jié)果造成的影響進行了研究，結(jié)果表明，如果酸度為 1%～5%，則響應(yīng)信號強度不會產(chǎn)生太大的變化，而當(dāng)酸度超過 10%時，響應(yīng)信號將由于硝酸體積分?jǐn)?shù)不斷增加而明顯升高，同時空白值也會變大，使基體效應(yīng)顯著增強，因此，最佳的酸度為 2%。根據(jù)以上研究成果可知，水中稀土元素預(yù)處理相比之下最為簡單和便捷。

2.3 礦石中的稀土元素預(yù)處理方法

在礦石中，稀土元素的存在形式可分為多種，且稀土礦石的種類繁多，若對于礦物結(jié)構(gòu)難以了解，在通常情況下采用強酸、堿熔或是高壓條件消解法。采用不同預(yù)處理方法對稀土礦石進行研究，研究結(jié)果顯示，如果礦石屬于離子吸附型稀土礦，那么堿熔法可以使用封閉壓力酸溶以及五酸敞開酸溶進行替代。如果晶格中存在離子形式的稀土，最適合進行應(yīng)用的預(yù)處理方法為堿熔法。

3 保證稀土元素預(yù)處理方法正常開展的建議

建立起科學(xué)完善的管理系統(tǒng)。擁有一套科學(xué)完善的管理制度，對于實現(xiàn)稀土元素檢測和預(yù)處理工作的正常運行和開展，具有著無可替代的作用。而對于該方面的工作管理，就應(yīng)該涉及到相關(guān)工作領(lǐng)域的全部過程，才能夠進一步的解決稀土元素預(yù)處理方法的制定工作進程中所面臨的風(fēng)險和問題。為此就需要做到對該工作的運營原則、工作范疇和人員安排做到有機統(tǒng)一與規(guī)范。

提升相關(guān)人員的專業(yè)素養(yǎng)和能力。為實現(xiàn)稀土元素的檢測工作的正常運行，需要專業(yè)工作人員作為工作的基礎(chǔ)，提高相關(guān)職能部門的執(zhí)行力度，要實現(xiàn)能夠?qū)z測工作進行及時有效的管理和優(yōu)化，對此就需要提高工作人員的工作態(tài)度，建立起完善的人員管理制度，優(yōu)化各方面的資源配置，逐步的改善和加強對相關(guān)元素的監(jiān)測和處理，健全工作的管理，設(shè)計合理的管控機制，以降低安全隱患規(guī)避風(fēng)險

優(yōu)化具體生產(chǎn)過程。在具體的分析工作中加入相關(guān)化學(xué)藥劑時，首先需要保證相關(guān)安全問題，避免發(fā)生危險性的爆炸和燃燒現(xiàn)象，同時更需要注意加入的相關(guān)化學(xué)藥劑要同稀土元素的含量、組成成分、含水量和內(nèi)部環(huán)境所協(xié)調(diào)，保證測定實驗穩(wěn)定的化學(xué)環(huán)境。

提高技術(shù)生產(chǎn)效率，節(jié)約能源。為實現(xiàn)稀土元素檢測工作正常有序的開展就需要稀土元素工作部門能夠提升對相關(guān)先進技術(shù)的利用率，創(chuàng)新型發(fā)展。通過先進的科學(xué)技術(shù)，以此提高對化學(xué)能源的利用率。加大對相關(guān)工作人員工作實踐能力的培養(yǎng)力度，在對一些自然能源能夠進行有效的加工和利用，同時對相關(guān)設(shè)備和管理制度進行優(yōu)化，從而達到完善工作結(jié)構(gòu)、提升工作效率、避免不必要的能源損失的工作意義。

4 結(jié)束語

綜上所述，在稀土元素的檢測和預(yù)處理方法探索階段。需要相關(guān)職能部門與工作人員建立起自身的專業(yè)素養(yǎng)，逐步完善各個領(lǐng)域的稀土元素的檢測和預(yù)處理方法，以促進稀土元素預(yù)處理工作的正常有序以及高效的開展。充分做好化工生產(chǎn)的前期準(zhǔn)備工作，完備檢測和預(yù)處理方法，推進稀土元素預(yù)處理工作的有序高效開展。