電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時測定鋁土礦中的鐵錳

盧燕平

（廣西冶金研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

0 引言

鋁土礦是指以主要礦物質(zhì)三水鋁石、一水硬鋁石或者水軟鋁石所組成的礦石的統(tǒng)稱。其在工業(yè)生產(chǎn)上是能夠利用的，且其主要的應(yīng)用領(lǐng)域包含金屬以及非金屬兩個方面。鋁土礦的主要成分是金屬鋁，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域也是對鋁的生產(chǎn)。在鋁土礦中除了具有其主要成分鋁之外，還具有其他的一些元素，如鐵和錳等。到目前為止，測定鋁土礦中元素的主要方法有分光光度法、火焰原子吸收法以及電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等。但是，對于同時測定鋁土礦中元素的研究方法相對較少，而電感耦合等離子體發(fā)射光錯法是目前公認(rèn)最強的元素分析技術(shù)，該技術(shù)能夠提供最低的檢出限以及最寬的動態(tài)線形范圍。在檢測時采用鹽酸、硝酸、氫氟酸以及高氯酸等溶解樣品，采用鋁的基本匹配，選擇儀器的最優(yōu)條件、譜線選擇以及共存元素干擾和檢測酸度，建立電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時測定鋁土礦中的鐵和錳元素的方法，以期為以后鋁土礦中的元素的測定以及提取利用提供相應(yīng)的參考，如圖1所示。

圖1 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀icp

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

此次試驗所需要的試驗儀器主要包括電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀以及電子天平；試驗時用到的試劑主要有1mg/mL 的鐵、錳單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液、鹽酸、硝酸、氫氟酸以及高氯酸，其中鹽酸是利用1:1 的濃鹽酸與水混合而成，以備使用，除此之外，還需要一定純度的鋁土礦，在試驗中所用的水均為二次蒸餾水。需要特別注意的是，由于試驗過程中所需要的部分試劑具有一定的危險性，在試驗過程中必須合理使用，并且在試驗完成后應(yīng)當(dāng)存放于規(guī)定位置，避免引發(fā)試驗事故。

1.2 儀器的工作條件

利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對鋁土礦中的鐵和錳同時進(jìn)行測定時，氬氣的純度大于99.99%，此時儀器的相關(guān)工作參數(shù)見表1。

表1 測定儀器相關(guān)工作參數(shù)

1.3 試驗方法

精確稱量0.1g 的鋁土礦，并將其放置在聚四氟乙烯坩堝中，再加入少量的蒸餾水，接下來依次加入9.0mL 的鹽酸和3.0mL的硝酸，搖勻后加入8.0mL 的氫氟酸以及3.0mL 的高氯酸，在混合均勻后蓋上玻璃皿，并將其放置在150~200℃的電熱板上加熱，直至冒白煙并且樣品呈現(xiàn)濕鹽狀態(tài)，取消儀器進(jìn)行冷卻并吹洗少量的水，再加入1:1 的鹽酸溶液，對其重新加熱至微沸，使儀器中的樣品完全溶解，冷卻以后用水定容于100mL 的容量瓶中，搖勻待測，同時要做空白樣。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配置

由于鋁土礦中的成分比較復(fù)雜，在借助光感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鋁土礦中的鐵、錳元素含量時應(yīng)當(dāng)最大限度排除其余元素對試驗的干擾，確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠度。除此之外，在試驗過程中對鋁土礦中鐵和錳進(jìn)行測定時一定要保證待測樣品以及所配置標(biāo)準(zhǔn)溶液溶液符合相關(guān)的要求。需要特別指出的是，在進(jìn)行試驗的過程中需要在標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入一定量的鋁元素，以達(dá)到與鋁基體進(jìn)行結(jié)合。如此一來，除鋁基體效應(yīng)之外在其他共存離子之間就幾乎不會產(chǎn)生明顯的干擾，從而大大提升了試驗的精確度，如圖2所示。

圖2 錳的工作曲線

稱取一定量的鋁土礦，并將其置于特殊材料制成的坩堝中，然后按照前文中所敘述的試驗方法對鋁土礦進(jìn)行一系列的處理，最后將冷卻后的溶液轉(zhuǎn)移到100mL 的容量瓶中，以備用。然后向該容量瓶中加入相應(yīng)的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，其中配制而成的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液中鐵、錳元素的待測質(zhì)量濃度 單位：μg/mL

2 結(jié)果與討論

2.1 容樣方法的選擇

分別采用鹽酸、王水以及混合酸溶解樣品，對三種容樣方法進(jìn)行比對。根據(jù)試驗結(jié)果顯示：鹽酸不能使樣品完全溶解，并且還具有殘渣以及溶液渾濁現(xiàn)象；利用王水溶解樣品時會出現(xiàn)樣品爬壁的現(xiàn)象，并且樣品也不能完全溶解；利用混合酸對樣品進(jìn)行溶解時，樣品能夠快速完全的溶解，也就說明能夠?qū)崿F(xiàn)多元素的同時測定，因此，選擇混合酸溶解法對樣品進(jìn)行處理。

2.2 分析譜線的選擇

對各元素的分析線波長進(jìn)行選擇時，應(yīng)當(dāng)盡可能排除光譜的干擾，盡量選擇一些線形范圍相對較寬且線形好、干擾譜峰小并且穩(wěn)定性較高的譜線，同時要考慮鋁基體對測定結(jié)果的影響。具體的譜線選擇見表3。

表3 分析譜線的選擇

2.3 檢出限和測定下線

對空白溶液測定11 次，檢出限為測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3 倍，測定下限為標(biāo)準(zhǔn)偏差的10 倍。試驗的結(jié)果見表4。

表4 測定方法的檢出限和測定下限

2.4 其他元素的干擾試驗

在鋁土礦中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高，其他元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于2%。將Fe 標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到50mL 的容量瓶中，并將其質(zhì)量濃度調(diào)整為500μg/mL，將此作為干擾試驗，再向其中加入錳的標(biāo)準(zhǔn)溶液，將其質(zhì)量濃度調(diào)整為1.00μg/mL。由測定結(jié)果可以表明鐵元素與其他的共存離子不會存在明顯的干擾，在一定的誤差范圍內(nèi)可以不考慮其基體效應(yīng)的影響。

2.5 溶液酸度對測定結(jié)果的影響

樣品的酸度會對待測元素的譜線強度產(chǎn)生一定的影響；同時，酸度過高也會對儀器造成一定程度的損壞。利用混合酸對樣品進(jìn)行溶解，最后在鹽酸環(huán)境下對樣品進(jìn)行檢測。準(zhǔn)備4 個100mL 的容量瓶，向每一個容量瓶中加入鐵和錳單標(biāo)溶液各0.10mL，然后依次向每個容量瓶中加入鹽酸4.0mL、10.0mL、20.0mL、30.0mL，并且用水定容，即鐵和錳元素的質(zhì)量濃度均為1.00μg/mL，鹽酸的體積分?jǐn)?shù)分別為2%、5%、10%以及15%，用水定容待測液，其測定的結(jié)果見表5。

表5 溶液酸度對測定結(jié)果的影響

2.6 方法精密度和回收率

在進(jìn)行方法精密度的測量時我們借助精密儀器稱取兩份0.1000g 的再生鋁材料標(biāo)準(zhǔn)樣品，然后依據(jù)相關(guān)的試驗方法對其進(jìn)行溶解，其中對于未加標(biāo)的樣品共需測量11 次，而在另一份樣品中需要加入鎂、銅、鉻、鎳、鐵、錳等標(biāo)準(zhǔn)溶液，從而獲得相應(yīng)的加標(biāo)回收試驗結(jié)果。通過試驗結(jié)果分析后得出，銅、鎂、鉻、鎳、鐵、錳等溶液測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)差均在0.49%~3.47%范圍之內(nèi)，并且其回收率在96.4%~104.25%之間，這就說明采用的方法精密度和回收率是符合相關(guān)要求的，即可以滿足對于再生鋁材料中的各種雜質(zhì)材料的檢測要求。

3 結(jié)語

綜上所述，在本文中我們以電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對鋁土礦中的鐵、錳元素進(jìn)行了測定。在試驗中我們基于相對精確和可靠的試驗儀器得出了以下試驗數(shù)據(jù)：其中對于鐵、錳元素測定誤差范圍為-2.493%~5.426%，并且測定的相對票準(zhǔn)偏差小于5%，這一試驗數(shù)據(jù)表明了實際的樣品驗證結(jié)果與推薦值基本保持一致，并且所使用的方法準(zhǔn)確度和精密度也合乎進(jìn)行鋁土礦產(chǎn)試驗測試質(zhì)量管理的相關(guān)要求。由此可見，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對鋁土礦中的鐵、錳元素進(jìn)行測定不僅測量結(jié)果準(zhǔn)確，并且大大提高對于礦產(chǎn)資源中各金屬元素的測定效率，因此這一方法可以在實際的工程應(yīng)用中進(jìn)行大面積的普及和應(yīng)用。盡管借助電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對礦產(chǎn)資源中的金屬元素進(jìn)行測定時仍然存在一些問題和不足，諸如操作步驟過于煩瑣等，但這一測定方法在現(xiàn)階段仍然是公認(rèn)度最高、效果最為顯著的方法，因此這一測定方法的普及和應(yīng)用對于我國的地質(zhì)礦產(chǎn)測定具有重要的現(xiàn)實意義。