重晶石中BaSO4（Ba元素）測(cè)試方法的探討

＊謝麗云

（中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)檢測(cè)技術(shù)有限公司 河南 471039）

1.前言

重晶石是一種以硫酸鋇（BaSO4）為主成分的礦物，用途非常廣泛。

我國(guó)重晶石資源豐富，儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界首位，也是最大的出口國(guó)，在國(guó)際市場(chǎng)上占有重要的地位[4]。全國(guó)探明儲(chǔ)量礦區(qū)有230處[5]，總查明資源儲(chǔ)量礦石3.9億噸[4]。貴州、湖南、廣西、甘肅、陜西五省儲(chǔ)量占全國(guó)80%[4]。經(jīng)綜合地質(zhì)模型方法確定，我國(guó)預(yù)測(cè)潛在資源量14.41億噸，找礦潛力巨大[6]。

重晶石中BaSO4（Ba元素）的測(cè)試一直以容量方法[7-8]和堿金屬熔融重量法[3]為主，但步驟煩瑣、經(jīng)多次分離、耗時(shí)長(zhǎng)、所需試劑較多，難以適應(yīng)準(zhǔn)且快的需求。近年來(lái)有人在此基礎(chǔ)上作出了一些改進(jìn)[2]，但效果仍不理想。

本文參考其它礦物（如銅、鉛、鋅、鎳、鐵、錳礦石等）[7]中低含量Ba的分析方法——重量測(cè)試法，針對(duì)純度較高重晶石中BaSO4的測(cè)試，提出采用直接重量測(cè)試法代替容量測(cè)試方法[7]及熔融制樣-X射線熒光光譜法[1]等，經(jīng)過(guò)掩蔽劑合理優(yōu)化選擇，縮短測(cè)試周期，提高測(cè)試準(zhǔn)確度、降低測(cè)試煩瑣程度、減少試劑消耗。

2.實(shí)驗(yàn)部分

(1)對(duì)重晶石物理及化學(xué)特性的分析

重晶石是鋇的最常見(jiàn)礦物，以硫酸鋇（BaSO4）為主成分礦產(chǎn)品，純重晶石是無(wú)色透明，呈白或淺黃色，有玻璃光澤，由于雜質(zhì)混入呈灰、淺紅或淺黃色等。

用于化工、造紙、紡織填料，在玻璃生產(chǎn)中當(dāng)助熔劑并增加光亮度，也作為加重劑用在鉆井行業(yè)中及提煉鋇。

有比重大、硬度低、性脆的特點(diǎn)?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和鹽酸，無(wú)磁性和毒性。

(2)測(cè)試方法的探討與選擇

①巖石礦物方法類別的探討

A.成分方法：重量法、容量法、分光光度法、AAS法、光電直讀光譜法、熔融制樣-X射線熒光光譜法[1]、極譜法、ICP-AES法[9]、ICP-MS法等。

B.基體元素，測(cè)試應(yīng)選重量法[8]或容量法[2]：試樣用酸溶解、堿溶解[10]、堿金屬高溫熔融[3]或微波消解后，用重量法、容量法測(cè)試[7]。優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 優(yōu)缺點(diǎn)比較

②提出更適合重晶石中BaSO4（Ba元素）的測(cè)試思路：直接重量測(cè)試法。

A.將制備為200目礦粉用稀HCl溶解，將除BaSO4外Ba元素的各種存在形式（BaO、BaCO3、BaCl2）完全轉(zhuǎn)化為BaCl2。

BaCO3+2HCl=BaCl2+CO2↑+H2O

BaO+2HCl=BaCl2+H2O

B.加入適當(dāng)?shù)难诒蝿┫泊娓蓴_影響。

C.加入過(guò)量的H2SO4，將BaCl2轉(zhuǎn)化為BaSO4沉淀。

BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl

D.將沉淀洗滌、灰化、灼燒后稱重，計(jì)算出BaSO4（Ba元素）的含量。

3.結(jié)果與討論

(1)確定溶解酸的選擇

①BaSO4存在形式：不溶于水和鹽酸，在溶液中直接就是需要的沉淀形式[7]。

②Ba其它存在形式（BaO、BaCO3、BaCl2）：可較好溶解于稀HCl中。

③其它共存組分：重晶石中常可能伴生的其它組分[1]（如鐵、鎳、鉛等）均可以較好的溶解于稀HCl中。

因此，選擇采用稀HCl溶解。

(2)干擾情況的影響

要消除其它元素以硫酸鹽沉淀形式析出而產(chǎn)生正干擾。

①Ba的其它形式（BaO、BaCO3、BaCl2）：加入HCl后全轉(zhuǎn)化為BaCl2，遇H2SO4全轉(zhuǎn)化為BaSO4沉淀，不產(chǎn)生干擾；

②其它可能共存組分是否與SO42-生成沉淀的元素討論，見(jiàn)表2。

表2 是否與SO42-生成沉淀元素討論

(3)掩蔽劑的選擇

考慮元素性質(zhì)[11]，供選掩蔽劑見(jiàn)表3。

表3 可選掩蔽劑

因此，選用的掩蔽劑為乙酸銨。

（備注1：測(cè)試鋯英石[8]中BaSO4時(shí)，可同時(shí)加入草酸銨，增加對(duì)Hf、Zr的掩蔽）；

（備注2：測(cè)試含鍶重晶石[4]時(shí)，可同時(shí)加入NTA，增加對(duì)Sr的掩蔽）。

(4)消除BaSO4沉淀不完全的影響

①同離子效應(yīng)：在生成沉淀環(huán)節(jié)加入SO42-時(shí)，SO42-要過(guò)量。

②鹽離子效應(yīng)：在選擇沉淀劑時(shí)，不能選K2SO4、Na2SO4等強(qiáng)電解質(zhì)；選擇掩蔽劑時(shí)，不能選乙酸鈉等較強(qiáng)電解質(zhì)。

③酸效應(yīng)影響：溶液酸度要保持在0.3%～1%（V/V）之間為宜。

④絡(luò)合效應(yīng)影響：由于Ba2+和SO42-都不易與其它離子形成絡(luò)合物[12]，因此，絡(luò)合效應(yīng)的影響也可以忽略。

⑤沉淀溫度影響：BaSO4沉淀的溶解度基本不受溫度的影響，可以忽略。

⑥溶劑極性影響：BaSO4沉淀是離子型無(wú)機(jī)難溶化合物，在水中、弱酸中的溶解度已經(jīng)很小，加入有機(jī)溶劑后溶解度變化不大，因此，不必要加入有機(jī)溶劑。

(5)沉淀劑濃度及用量的選擇

①防止加入沉淀劑時(shí)瞬間放出大量熱，產(chǎn)生溶液崩濺，H2SO4選擇為（1+1）。

②確保BaSO4沉淀完全，H2SO4要過(guò)量50%～100%。

(6)消除BaSO4沉淀純度的影響

①消除共沉淀現(xiàn)象

A.消除表面吸附：將溶液稀釋至約300mL并加熱近沸后，再加入H2SO4。

B.消除生成混晶：PbSO4、SrSO4易同沉淀，出現(xiàn)混晶現(xiàn)象[7-8]。因此要先加入乙酸銨掩蔽Pb2+、加入NTA掩蔽Sr。

C.消除吸留和包裹：H2SO4要一邊攪拌一邊緩慢加入。

②消除后沉淀現(xiàn)象[11]

將溶液稀釋至約300ml加熱近沸的溫度，加入沉淀劑H2SO4（1+1）后，要進(jìn)行保持溫度下靜置操作（沉淀靜置過(guò)夜效果更好）。

③洗滌劑的選擇

A.為保持較快過(guò)濾速度選擇H2SO4（2+98）。

B.洗滌至濾液中無(wú)Cl-（使用Ag+檢查）。

(7)沉淀的灰化灼燒

①烘干及灰化：沉淀同濾紙轉(zhuǎn)入瓷坩堝，高溫灰化。

②灼燒：于800～850℃灼燒30min。

(8)測(cè)試方法的精密度與準(zhǔn)確度

按方法測(cè)定10次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差S和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD（%），精密度良好，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 方法精密度

平行稱取試樣3份，每份加入10mg Ba溶液，計(jì)算回收率，準(zhǔn)確度良好，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 方法準(zhǔn)確度

以上測(cè)試結(jié)果，均優(yōu)于化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3588-1999《化工用重晶石》方法[3]。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)繁瑣的前處理、改進(jìn)消除干擾，將樣品用酸溶解后直接沉淀，建立了準(zhǔn)確且快速測(cè)定含重晶石BaSO4的方法。

采用酸溶解決了堿金屬熔融步驟多、會(huì)帶來(lái)大量鹽分且重復(fù)性不好的問(wèn)題；加入有效掩蔽劑抑制干擾，消除共存組分對(duì)測(cè)定的影響。一次過(guò)濾、洗滌、灼燒沉淀即可得到準(zhǔn)確結(jié)果，分析速度快，精密度和準(zhǔn)確度高，有很好的實(shí)用價(jià)值。

本方法適合于批量樣品的測(cè)試，可用于礦產(chǎn)地質(zhì)勘查中毒重石等選冶實(shí)驗(yàn)分析[13]，預(yù)計(jì)可應(yīng)用于[14]稀土共伴生的螢石礦測(cè)試與鎢錫多金屬共伴生的重晶石礦測(cè)試。