電感耦合等離子體發(fā)射光譜在測定水氯鎂石中鉀、鈉、鈣、硫含量的應用研究

王景鳳，隆英蘭，韓俊麗，董哲飛

(1.西部礦業(yè)集團科技發(fā)展有限公司，青海西寧 810006；2.青海西部礦業(yè)工程技術研究有限公司，青海西寧 810006；3.青海省高原礦物加工工程與綜合利用重點實驗室，青海西寧 810006；4.青海省有色礦產資源工程技術研究中心，青海西寧 810006；5.金訶藏藥股份有限公司，青海西寧 810000)

鹽湖資源是地球上多元素共伴生的特有珍貴礦產，隨著科技的進步，新興產業(yè)的發(fā)展，其對經濟發(fā)展的戰(zhàn)略意義越來越明顯，鹽湖資源作為青海省優(yōu)勢和特色資源，綜合開發(fā)利用對國家經濟發(fā)展極具戰(zhàn)略意義，同時可以有效帶動青海藏區(qū)經濟社會發(fā)展。要從根本上解決鹽湖資源綜合利用，鎂資源的有效利用是迫切需要解決的問題[1]。近年來，鹽湖企業(yè)已開始關注鎂資源利用[2-12]，為解決鹽湖資源開發(fā)利用中存在的“鎂害”難題，青海省相關企業(yè)已相繼開發(fā)出了高純系列鎂基氧化物，其中，高純鎂砂填補國內空白，青海鹽湖海納化工有限公司已建成13萬t/a氫氧化鎂生產線，青海西部鎂業(yè)有限公司(西部礦業(yè))已建成10萬t/a氫氧化鎂生產線及氧化鎂產品生產線。

我國鹽湖中的鎂資源要遠遠高于礦石的鎂資源，因此開采鹽湖的鎂資源勢必成為未來的主流方向。水氯鎂石是鎂鹽礦的主要礦物組分之一。含鎂11.96%、氯34.87%。單斜晶系，晶體呈短柱狀，集合體呈板狀、鱗片狀、粒狀、纖維狀等。透明無色、白色，玻璃光澤，硬度1～2。具有可塑性，極易變形，味辣而苦，吸濕性很強，極易潮解，易溶于水和酒精。產于鹽湖中，與光鹵石、石鹽、硬石膏等共生，是制取鎂化合物、提煉金屬鎂的原料。水氯鎂石在各種類型鹵水鹽田蒸發(fā)過程中均可產出，尤其是海水型鹽湖產出量巨大。鹽湖鹵水中平均含MgCl2為17.74%，高出海水含量35倍，天然蒸發(fā)即可產出水氯鎂石(MgCl2·6H2O)，是鹽湖鎂產品開發(fā)最主要的原料。

水氯鎂石主要用于制作各種鎂鹽，如氧化鎂[13-17]、氫氧化鎂[18-19]、鎂砂[20-22]等，也用作防凍劑的基本化工原料；在冶金、建筑材料(鎂水泥)、紡織、食品、耐火材料等行業(yè)也有著廣泛的應用，尤其是作為建筑材料與菱苦土(MgO)制成堅硬的耐腐蝕的鎂氧水泥，具有強度高、硬化快、有彈性、表面光澤度好、絕熱、隔音和制備工藝簡單等特點。無水氯化鎂作為鎂電解工業(yè)原料的路線是目前金屬鎂工業(yè)發(fā)展最先進、最理想的工藝路線，由此制得的金屬鎂具有高品質，主要用于輕質鎂合金[23]。

查閱相關資料，在為數不多的研究中，魏萬林[24]對降低鹽湖水氯鎂石溶液中硫酸根含量進行了試驗研究，胡湖生[25]等采用EDTA滴定法對水氯鎂石脫水產品中氧化鎂進行了測定，未查到水氯鎂石中含雜元素的檢測方法?，F有產品并未給企業(yè)產生顯著效益的首因是缺乏檢測方法而不能向用戶提供足以證明產品質量的含雜指標。因此，開展鹽湖鎂資源中含雜元素的檢測技術研究是解決這一弊端的有效手段。

1 試驗部分

1.1 主要儀器及工作參數

ICAP 7400電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國賽默飛世爾科技有限公司)。

儀器最佳工作條件：RF功率，950 W；冷卻氣流量12 L/min；輔助氣流量0.5 L/min，載氣流量0.5 L/min，觀測高度12 mm；積分時間：長波5 s，短波10 s，分析泵速，50 r/min。

1.2 基準物質

氯化鉀99.95%～100.05%，工作基準試劑，天津市化學試劑研究所有限公司，規(guī)格50 g。

碳酸鈉99.96%～100.04%，工作基準試劑，上海山浦化工有限公司，規(guī)格100 g。

碳酸鈣4 N，高純試劑，國藥集團化學試劑有限公司，規(guī)格100 g。

硫酸鉀99.0%，優(yōu)級純試劑，天津市光復科技發(fā)展有限公司，規(guī)格500 g。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

稱取10.000 0 g試樣于250 mL燒杯中，加入20 mL水，不斷搖動燒杯使樣品溶解完全，用中速定量濾紙過濾于200 mL容量瓶中，用熱水洗滌濾紙和殘渣，至氯離子洗滌干凈(用硝酸銀溶液檢驗)，冷卻，以水定容，搖勻。

準確移取10.00 mL上述溶液于一組100 mL容量瓶中，以水定容，搖勻,以空白溶液調零，測其光譜強度。隨同試樣做空白實驗。

1.3.2 標準儲存溶液的配制

鉀標準溶液(100 μg/mL)。準確稱取于105 ℃±5 ℃烘干2 h的工作基準試劑氯化鉀0.191 1 g于250 mL燒杯中，加水溶解后，定容于100 mL容量瓶中，搖勻。

鈉標準溶液(100 μg/mL)。準確稱取于120 ℃烘干2 h的工作基準試劑碳酸鈉0.230 4 g于250 mL燒杯中，加入10 mL除過二氧化碳的水，沿杯壁加入10 mL鹽酸(1+1)，蓋表皿，煮沸溶解后取下冷卻，以除去二氧化碳的水洗表皿及杯壁，定容于100 mL容量瓶中，搖勻。

鈣標準溶液(100 μg/mL)。準確稱取經120 ℃烘干2 h的碳酸鈣0.277 5 g于250 mL燒杯中，加入10 mL除過二氧化碳的水，沿杯壁加入10 mL鹽酸(1+1)，蓋表皿，煮沸溶解后取下冷卻，以除去二氧化碳的水洗表皿及杯壁，定容于100 mL容量瓶中，搖勻。

硫標準溶液(100 μg/mL)。準確稱取硫酸鉀0.548 9 g于250 mL燒杯中，加水溶解后，定容于100 mL容量瓶中，搖勻。

1.3.3 結果計算

按下式計算各元素的質量分數W，數值以%表示。

式中：C——測得待測元素的濃度，μg/mL；V0——樣品溶液定容體積，mL；V1——分取試液的體積，mL；V2——分取溶液的定容體積，mL；m——試樣質量，g。

2 結果與討論

2.1 實驗方法的選擇

筆者在相似研究中，通過大量實驗證明鎂基體濃度在不大于20 mg/mL時，對待測元素無干擾[26]，基于此，文章采用標準曲線法開展實驗研究。

2.2 標準曲線的制作

為同時涵蓋待測元素的整個濃度區(qū)間，滿足標準曲線的相關系數R大于0.999，分別準確移取鉀、鈉、鈣的標準溶液(100 μg/mL)：0 mL、1.00 mL、10.00 mL、50.00 mL于一組100 mL容量瓶中；依次準確移取硫的標準溶液(100 μg/mL)：0 mL、0.50 mL、1.00 mL、10.00 mL于上述同一組100 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。配制各待測元素的標準溶液見表1。

表1 標準曲線Tab.1 Standard curve

2.3 分析譜線的選擇

ICP的譜線選擇可參考相關資料[27-28]，在優(yōu)選的試驗條件下，對待測元素的譜線分別進行掃描，通過對各譜線的疊加情況進行分析，觀察各譜圖的譜線輪廓、形狀、峰高及左右背景形狀與大小，記錄發(fā)射強度，優(yōu)選出干擾小、背景低、信噪比高、靈敏度高的譜線作為分析譜線。實驗結果見表2。

表2 分析譜線Tab.2 Analytical line

2.4 精密度試驗

在重復性條件下，對西部鎂業(yè)樣品水氯鎂石(樣品編號：NKY-189)獨立進行6次測定，得到標準曲線的相關系數R，對測定結果進行比對，實驗結果表明，系列標準溶液的相關系數均大于0.999，相對標準偏差RSD%為1.02%～6.12%，方法的精密度滿足要求，實驗結果見表3。

表3 精密度試驗結果Tab.3 The results of precision test

2.5 加標回收試驗

為了驗證方法的準確度，在樣品(樣品編號：NKY-189)中加入待測元素的標準溶液，使標準溶液的加入量與樣品溶液的濃度相當，進行實驗，實驗結果表明方法的回收率為95%～100%，方法的準確度滿足要求，試驗結果見表4。

2.6 方法的檢出限和測定下限(表5)

在方法要求的實驗條件下，用水為空白連續(xù)測定11次，以測定結果的3倍標準偏差作為檢出限，以標準偏差的10倍作為該方法的測定下限。

表4 加標回收試驗結果Tab.4 The results of recovery tests

表5 檢出限和測定下限Tab.5 Detection limit and low limit of determination μg·mL-1

3 結論

以標準曲線法為技術手段，建立了電感耦合等離子體發(fā)射光譜同時測定水氯鎂石中鉀、鈉、鈣、硫含量的分析方法，實現了水氯鎂石樣品中多種元素的同時快速測定。實施加標回收實驗和精密度實驗驗證了方法的準確度和精密度，確定了方法的檢出限和檢測下限，為鹽湖資源含雜元素的檢測提供了新的思路，填補了水氯鎂石含雜元素檢測的技術空白，為解決鹽湖化工企業(yè)中水氯鎂石的檢測提供了技術支撐，值得推廣應用。