火試金重量法測(cè)定石英砂中金含量

張千強(qiáng)，左 青，王淑媛

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

石英砂是銅冶煉工藝中重要的熔劑，其作用是在銅的熔煉和吹煉過程中和大部分雜質(zhì)元素生成硅酸鹽，形成銅渣，再利用銅渣與銅的密度差，達(dá)到銅、渣分離和提純銅的目的。石英砂中的金元素通常以游離態(tài)形式存在，每噸石英砂中約含金1~10g。貴溪冶煉廠每年均購(gòu)入大量的石英砂用于火法冶煉，其中有部分是含金石英砂，石英砂中的金元素是重要的貿(mào)易結(jié)算指標(biāo)，因此，能否對(duì)石英砂中的金元素含量進(jìn)行準(zhǔn)確分析直接關(guān)系到工廠和客戶的利益，關(guān)系到貿(mào)易結(jié)算是否公平、公正。

石英砂中金元素含量的檢測(cè)目前沒有相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)同行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室通常是參照銅精礦化學(xué)分析方法［1］進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果的再現(xiàn)性不佳。因此，有必要對(duì)如何準(zhǔn)確測(cè)定石英砂中金含量進(jìn)行研究，以尋找到一種合適的檢測(cè)方法?；鹪嚱鸱ㄊ且环N經(jīng)典的分析方法，具有取樣代表性好、適應(yīng)性廣、富集效率高、分析結(jié)果可靠且準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)［2］，但該方法受到待測(cè)物料多樣性的影響，其對(duì)不同物料的針對(duì)性強(qiáng)，因此，首先要確定石英砂樣品的基體組成和理化性質(zhì)，研究出適用于石英砂樣品的試驗(yàn)條件，從而解決該物料檢測(cè)結(jié)果再現(xiàn)性差的問題，在有色金屬行業(yè)有較好的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。

金是不活潑金屬，在自然界中通常以單體形式存在.且在樣品中分布不均勻［3］，這就需要采用稱樣量大的方法才能保證樣品的代表性。 石英砂樣品中二氧化硅含量在60%~80%之間，如采用濕法分析，易黏附在三角瓶底，溶解過程需要加入氟化物處理，氟化物對(duì)玻璃器皿有很強(qiáng)的腐蝕作用。因此，選擇火試金法進(jìn)行檢測(cè)，既能保證樣品的代表性，又能避免濕法分析的弊端。但采用火試金法測(cè)定時(shí)，由于該類樣品中二氧化硅含量很高，如果硅酸度控制不好，造成熔渣黏度大，熔液易黏在坩堝壁上倒不干凈，造成分析結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，需要對(duì)火試金法的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化。該方法加標(biāo)回收率為96.5%~104.0%之間，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器

電子天平（感量 0.001 g）；電子天平（感量 0.1 μg）； 火試金爐（最高加熱溫度 1350 ℃）；灰吹爐（最高加熱溫度 1100 ℃）；電加熱板。

2.2 主要試劑和材料

無水碳酸鈉（工業(yè)純）；二氧化硅（工業(yè)純）；硼砂 （工業(yè)純）；可溶性淀粉（化學(xué)純）；四氧化三鉛（工業(yè)純 含金 <0.01g/t, 含銀 <0.5g/t）；氯化鈉 ；（工業(yè)純）；銀溶液（2mg/mL）；耐火黏土坩堝；（4#坩堝，容積約為300mL）；鎂砂灰皿；硝酸（1+7）；硝酸（1+1）。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取碳酸鈉 40.0 g，硼砂 10.0 g，可溶性淀粉 4.0 g，氧化鉛 100.0 g，石英砂樣品 20.0 g，于同一黏土坩堝中攪拌均勻（如樣品中銀含量小于6000μg，加銀至 6000 ~11000 μg之間），加入氯化鈉做覆蓋劑，放入900℃的試金爐中，升溫30min左右到1100℃，保溫15 min，取出傾入鑄鐵模中，待冷卻后分離熔渣和鉛扣.將鉛扣錘成立方體，放入已在900 ℃預(yù)熱30 min的鎂砂灰皿中，關(guān)閉爐門至鉛扣熔化后，稍開爐門，將爐溫降至840℃進(jìn)行灰吹，灰吹完畢后，取出灰皿冷卻后將合粒移入瓷坩堝中.用止血鉗子取出金銀合粒，刷去粘附的雜質(zhì)，錘成薄片，置于瓷坩堝中，加入10mL熱硝酸（1+7），待合粒與酸反應(yīng)停止后，傾出酸液。再加入10mL熱硝酸（1+1），蒸至約2mL，取下冷卻，傾出酸液用蒸餾水洗凈金粒后，移入坩堝中，置于約600℃高溫電爐中灼燒5min，取下冷卻后稱量。金質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算：

2.4 分析結(jié)果的計(jì)算

金量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωAu計(jì)，數(shù)值以g/t表示，按式(1)計(jì)算：

式中：ωAu為金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為克每噸(g/t)；m2為金粒質(zhì)量，單位為微克（μg）；m0為試料的質(zhì)量，單位為克（g）；計(jì)算結(jié)果表示至小數(shù)點(diǎn)后二位。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 試樣質(zhì)量的選擇

為了明確石英砂樣品的基體組成，采用X熒光光譜法對(duì)該樣品的主要成分進(jìn)行檢測(cè)，樣品主要成份的分析結(jié)果見表1。

表1 石英砂的基體組成

依據(jù)樣品成分分析結(jié)果可知，石英砂樣品中二氧化硅含量非常高，而二氧化硅的處理在火試金過程中直接影響到硅酸度，如果試樣太少，代表性不夠；試樣太多，因?yàn)闃悠分卸趸韬刻?，硅酸度不容易控制?］。綜合上述并根據(jù)該樣品的性質(zhì)，選擇試樣質(zhì)量為20.0 g 進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2 試劑用量實(shí)驗(yàn)

分別稱取不同質(zhì)量的試劑和20.0 g 樣品于坩堝中，按2.3實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行熔融，根據(jù)熔渣的流動(dòng)性、鉛扣的外觀和質(zhì)量確定適宜于該樣品性質(zhì)的試劑用量，結(jié)果見表 2。

表2 配料實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)稱取20.0 g石英砂樣品時(shí)，加入無水碳酸鈉 40.0 g，二氧化硅 0 g，硼砂 10.0 g，可溶性淀粉 4.0 g 氧化鉛 100.0 g 時(shí)，熔渣流動(dòng)性好，易碎、易分離，鉛扣光亮、鉛扣和熔渣分離較好，鉛扣質(zhì)量滿足要求。

3.3 補(bǔ)加銀量實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雖然石英砂樣品中銀量和金量的比例大于4∶1，在分金時(shí)硝酸也能將金銀合粒中的銀溶解，但在分金過程中金銀合粒會(huì)被分碎，得不到完整的金粒，導(dǎo)致不能使用重量法進(jìn)行測(cè)量，雖然可以將碎金用王水溶解后采用AAS法測(cè)定［5］，但由于金元素的吸光值低，儀器產(chǎn)生的漂移所帶來的相對(duì)誤差大，且增加了溶解、轉(zhuǎn)移、定容等多個(gè)分析步驟，這些步驟均會(huì)帶來更多的分析誤差，而如果能得到完整的金粒就可以直接采用重量法進(jìn)行測(cè)定，分析誤差僅來源于天平的精度和穩(wěn)定性［6］，分析誤差可大幅減小。采用對(duì)樣品中補(bǔ)加銀量的方法可以避免金銀合粒在分金過程中被分碎，得到完整的金粒，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 銀加入量實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)樣品中銀量大于3500μg時(shí)，可以得到完整的金粒，但當(dāng)銀量為3500 μg時(shí)，金粒呈黑色，且分析值異常偏高，證明金粒中的雜質(zhì)沒有分離完全，當(dāng)銀量在5500~11500μg之間時(shí)，金粒呈黃色，且分析結(jié)果吻合較好。

3.4 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

3.4.1 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

采用加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)考查本方法的準(zhǔn)確度?？刂剖⑸皹悠分秀y量在6000~11000μg之間，在樣品中加入不同量的金，按擬訂的分析步驟進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果如表4。

從樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)可知，回收率在96.5%~104.0%之間，說明該方法準(zhǔn)確度較高。

3.4.2 實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)

將兩個(gè)石英砂樣品送外檢，外檢數(shù)據(jù)與采用本方法測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，測(cè)定結(jié)果如表5。

表5 實(shí)驗(yàn)室比對(duì)數(shù)據(jù)

從與外檢數(shù)據(jù)比對(duì)的情況來看，不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)據(jù)基本吻合，結(jié)果偏差較小，說明該方法的準(zhǔn)確度較高。

3.5 精密度實(shí)驗(yàn)

3.5.1 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

采用單人多杯平行分析，對(duì)不同金量的石英砂樣品進(jìn)行了11次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表6。

表6 重復(fù)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表6數(shù)據(jù)可知，不同含量石英砂中金測(cè)定結(jié)果的RSD在2.36%~4.75%之間，單人多杯平行測(cè)定的重復(fù)性較好。

3.5.2 再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

采用多人多杯，使用不同的儀器，在不同的時(shí)間測(cè)定，對(duì)不同金量的石英砂樣品進(jìn)行了11次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表7。

從表7數(shù)據(jù)可知，不同含量石英砂中金測(cè)定結(jié)果的RSD在3.81%~6.45%之間，多人多杯，使用不同設(shè)備，在不同時(shí)間測(cè)定的再現(xiàn)性較好。

表7 再現(xiàn)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

本方法測(cè)得的加標(biāo)回收率在96.5%~104.0%之間，由重復(fù)性實(shí)驗(yàn)得到的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.36%~4.75%之間，由再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)得到的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.81%~6.45%之間，不同實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)結(jié)果吻合，說明該方法準(zhǔn)確度高，精密度好，適用性強(qiáng)，可以滿足石英砂樣品金含量的測(cè)定要求。