鉀長石中氧化鉀含量測定方法探析

白 寧

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

鉀長石是化學(xué)式K[AlSi3O8]的三個同質(zhì)多象變體正長石、透長石和微斜長石的總稱，在工業(yè)上可用于陶瓷原料、玻璃助熔劑、造紙、化工等眾多領(lǐng)域。鉀和鈉為影響其產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)，一般工業(yè)品位要求鉀長石中Na2O+K2O≥10%，K2O/Na2O≥2[1-3]，所以氧化鉀含量測定的準(zhǔn)確度對地質(zhì)勘查工作和工業(yè)原料利用有著至關(guān)重要的作用。在實際樣品檢測過程中，氧化鉀含量優(yōu)先選用原子吸收法進(jìn)行測試，但由于標(biāo)準(zhǔn)檢測方法未對單礦種鉀長石中氧化鉀含量的最優(yōu)測定方法進(jìn)行推薦，在測試內(nèi)蒙某礦區(qū)鉀長石的氧化鉀含量時，出現(xiàn)了原子吸收法結(jié)果系統(tǒng)偏高，復(fù)現(xiàn)性差的問題，為了解決這個難題，為客戶出具準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)，本文將對目前原子吸收法和火焰光度法使用情況進(jìn)行詳細(xì)的分析和探究，選取一種最適合的檢測方法，為鉀長石礦產(chǎn)勘探工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1 試驗部分

1.1 原子吸收分光光度法[4-6]

1.1.1 樣品前處理

稱取0.2g(精確到0.000 1g)樣品于鉑坩堝中，用 水 潤 濕，加 入0.5mL高 氯 酸(ρ=1.68g/mL)、10mL氫氟酸(ρ=1.15g/mL)，在電熱板上加熱至白煙冒盡，取下冷卻后再加入0.5mL高氯酸(ρ=1.68 g/mL)，在電熱板上蒸發(fā)至白煙冒盡，取下冷卻后加入4mL鹽酸(1+1)，10mL水，加熱溶解，冷卻后移入100mL容量瓶定容。

1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線

移 取 氧 化 鉀 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液(ρ(K2O)=100.0μg/mL) 0、1、2、3、4、5mL分別置于100mL容量瓶中，加入4mL鹽酸(1+1)，用水稀釋至刻度線搖勻。繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 原子吸收分光光度法標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.1.3 測試部分

在原子吸收分光光度計上，調(diào)節(jié)儀器工作狀態(tài)到最佳，用水調(diào)零，依次測試標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和樣品溶液。按以下公式計算氧化鉀含量。

式中：m1-從標(biāo)準(zhǔn)系列曲線上(或濃度直讀)所得的待測溶液中氧化鉀的量(μg)；ms-試料質(zhì)量(g)。

1.1.4 測試結(jié)果

稱取GBW03116和GBW03124兩個國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品各10份按照1.1.1步驟進(jìn)行樣品前處理，按照1.1.3部分進(jìn)行測試(表1)。兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的氧化鉀含量相對誤差偏大，分別為1.98%和4.15%，并且測試結(jié)果系統(tǒng)偏高。

表1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氧化鉀含量測定結(jié)果 (單位：%)

1.2 火焰光度法[4-7]

1.2.1 樣品前處理

稱取0.2g(精確到0.000 1g)樣品于聚四氟乙烯坩堝中，用水潤濕，加入0.5mL硫酸(1+1)、10mL氫氟酸(ρ=1.15g/mL)，低溫加熱分解試料，開始冒白煙后升高溫度使煙冒盡，取下冷卻后再加入2mL硝酸(1+1)，15mL水，加熱溶解，冷卻后移入100mL容量瓶定容。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線

移取氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(ρ(K2O)=100.0μg/mL))0、5、10、15、20、30mL分別置于100mL容量瓶中，加入2mL硝酸(1+1)，用水稀釋至刻度線搖勻。繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2。

1.2.3 測試部分

在火焰光度計上，調(diào)節(jié)儀器工作狀態(tài)到最佳，依次測試標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和樣品溶液。按以下公式計算氧化鉀含量。

式中：m1-從標(biāo)準(zhǔn)系列曲線上(或濃度直讀)所得的待測溶液中氧化鉀的量(μg)；ms-試料質(zhì)量(g)。

1.2.4 測試結(jié)果

稱取GBW03116和GBW03124兩個國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品各10份按照1.2.1步驟進(jìn)行樣品前處理，按照1.2.3部分進(jìn)行測試(表2)，兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的氧化鉀含量相對誤差分別為0.10%和0.40%，而且不存在系統(tǒng)誤差，滿足測試準(zhǔn)確度的要求。

表2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氧化鉀含量測定結(jié)果 (單位：%)

1.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試結(jié)果的討論

試驗表明，在對鉀長石樣品的氧化鉀含量測試時，原子吸收法和火焰光度法存在不同的系統(tǒng)誤差，火焰光度法要更適用于鉀長石中氧化鉀含量的測定，存在此類系統(tǒng)誤差的主要原因是由于原子吸收法和火焰光度法的原理和條件不同，可概括為以下兩點。

(1)原子吸收分光光度法是一種吸收法，原子吸收分光光度計的使用較復(fù)雜，需調(diào)整燈能量、靈敏線、火焰高度、燃?xì)獗鹊纫幌盗袦y試條件?；鹧嫣峁┑募ぐl(fā)能高，同時鉀元素的吸光度較高，在測試過程中會出現(xiàn)吸光度超過朗伯—比爾定律標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍，自吸現(xiàn)象嚴(yán)重的問題；其他元素產(chǎn)生的復(fù)雜譜線對鉀元素的譜線產(chǎn)生干擾，分辨率差，讀數(shù)不穩(wěn)定；使用鉑坩堝前處理和高純乙炔氣還會導(dǎo)致成本偏高；如果通過多次稀釋以降低試液濃度測量又會導(dǎo)致所乘系數(shù)變大，累積誤差增大。該方法適用于低含量的氧化鉀測試。

(2)火焰光度法是一種發(fā)射法，火焰光度計測試條件調(diào)節(jié)較為簡單，只需注意火焰高度調(diào)節(jié)、合適的預(yù)熱時間等測試條件[8]。火焰所提供的激發(fā)能較低，只能激發(fā)一部分比較活躍的堿金屬，產(chǎn)生的放射強度較低，譜線簡單，同時可減少試液的稀釋次數(shù)，在測定高含量的氧化鉀時，放射強度和濃度的線性關(guān)系好，干擾少，分辨率高，示值穩(wěn)定；火焰光度計響應(yīng)時間短，測試效率高；使用聚四氟乙烯坩堝前處理和液化石油氣使其成本較低[9-10]。該方法適合高含量的氧化鉀測試。

2 樣品測試結(jié)果

內(nèi)蒙古某礦區(qū)鉀長石勘探工作取樣工程包含5個鉆孔，8條槽探共計800件樣品，每個鉆孔隨機取樣2件，每個槽探隨機取樣1件，合計18件樣品，基于對國家標(biāo)準(zhǔn)樣品的測試研究結(jié)果，按照上述兩種方法對進(jìn)行氧化鉀的測試(表3)，對比兩種方法測得的樣品結(jié)果分析，原子吸收分光光度計較火焰光度計測試氧化鉀含量的結(jié)果要系統(tǒng)偏高，這與國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試的情況相符。在此基礎(chǔ)上采用火焰光度法對該礦區(qū)全部800件樣品進(jìn)行了測試，并在每批次(20件)樣品中插入國家標(biāo)準(zhǔn)樣品，及時控制檢測質(zhì)量，測試過程中超差及時進(jìn)行復(fù)測，800件樣品的分析結(jié)果復(fù)現(xiàn)性良好，內(nèi)檢合格率100%，外檢合格率98%，達(dá)到工業(yè)品位的樣品723件，氧化鉀含量最小值為6.65%，最大值為12.48%，平均值為7.56%，與該礦區(qū)的地質(zhì)普查報告結(jié)果相符。

表3 內(nèi)蒙古某礦區(qū)鉀長石氧化鉀含量測定結(jié)果

3 結(jié)論和討論

(1)測試礦石中氧化鉀含量要注意方法的選擇，驗證方法的準(zhǔn)確度，如遇到氧化鉀含量較高的樣品，則選用需用火焰光度法，如遇到氧化鉀含量較低的樣品，則應(yīng)選擇原子吸收法，避免產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文在經(jīng)過分析研判后選用火焰光度計對被測樣品進(jìn)行測試，樣品的檢測結(jié)果滿足精度要求，為本次地質(zhì)勘探工作提供了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，更快的測試效率，更好的經(jīng)濟(jì)性。

(2)應(yīng)注意對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選用，要保證與被測樣品的礦種和含量相一致或盡可能接近，本文中所測樣品的氧化鉀平均含量和兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氧化鉀含量接近并處于兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氧化鉀含量之間，滿足預(yù)期的測試質(zhì)量控制要求。