熔融辅助消解ICP-AES法测定镍矿中的镍含量

窦怀智 吕翔 侯晋

(南通出入境检验检疫局 江苏南通 226005)

熔融辅助消解ICP-AES法测定镍矿中的镍含量

窦怀智 吕翔 侯晋

(南通出入境检验检疫局 江苏南通 226005)

用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定未知镍矿样品中的镍含量,对酸度、分析谱线、检出限等仪器使用参数进行了分析,并且比较了镍矿样品的4种前处理方法。结果表明,样品溶液含酸5%,选择231.604nm谱线测定时,仪器检出限和方法检出限均能满足镍矿中镍含量的测定。4种样品前处理方法中,将难溶滤渣与硫酸氢钾共熔的方法其检测结果准确度和精密度都较高,方法的回收率可以达到95%以上。

镍;ICP-AES;微波消解

1 前言

镍在地壳中的含量约为0.02%,主要存在于基性岩和超基性岩中[1]。由于镍具有良好的机械强度和延展性,耐高温(难熔),化学性质稳定,在空气中不易氧化等特征,因此它是一种十分重要的有色金属原料。通常矿石中的镍含量较低,即使是富矿石含镍量一般也仅为1%-3%,所以在对镍进行分析时会受到很多干扰。对镍的分析方法主要是重量法和容量法,两者都存在一定缺陷[2],而电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)相对于其他分析方法,具有线性范围宽,基体效应小,动态范围宽,快速、简便,可以多元素同时测定,常量元素加入内标后稳定性好等特点[3],因此受到广泛应用。样品前处理[4-5]是ICP-AES法得到准确结果的基础,本文就ICP-AES法准确测定镍矿样品中的镍含量进行了研究。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 仪器及工作参数

IR IS ADVANTAGE立式电感耦合等离子体原子发射光谱仪(THERMO JARRELL ASH CORPORAT ION):焦距381 mm;54.5线/mm中阶梯光栅;C ID检测器;波长范围165-800 nm;RF固态发生器;玻璃同心雾化器。工作参数:氩冷却气,14 L/min;辅助气,1.0 L/min;载气压力,0.5 MPa;射频功率,1150W;雾化器压力,0.22 MPa;蠕动泵转速,101 RPM。

微波消解仪:MDS-6,上海新仪微波化学科技有限公司。

2.1.2 试剂

镍单元素标准溶液:1000μg/mL,国家标准物质研究所;NiSO4·6H2O:分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司。

2.2 方法

2.2.1 酸解

(1)称取约1g试样于300 mL烧杯中,加盖表面皿,加盐酸15 mL,加热15min后加入5 mL硝酸和15 mL硫酸(1+1),继续加热分解,充分冒硫酸白烟。放冷后,加约50 mL水,加热溶解可溶性盐类。

(2)分别按下列不同方法进行操作:

方法1:所得溶液全部转移到250 mL容量瓶中(如果沉淀较多需过滤),加水定容。

方法2:所得溶液用中速滤纸过滤,再以5%稀硫酸和温水充分洗涤,滤渣连同滤纸一起移入铂坩锅中,干燥后灰化。放冷后加数滴硫酸(1+1)和适量氢氟酸,加热蒸干。向其中加入适量硫酸氢钾熔融。放冷后移入烧杯中,用稀硫酸和温水浸洗,煮沸后冷却,合并于滤洗液中,用250 mL容量瓶定容。

方法3:按方法2灰化加酸蒸干后,转入烧杯中,加10mL硫酸(1+1)加热分解,充分冒硫酸白烟。放冷后,加约50 mL水,加热溶解可溶性盐类。所得溶液全部转移到250 mL容量瓶中,加水定容。

2.2.2 微波消解

方法4:称取0.100 g样品于微波消解罐中,加入20 mL王水和5 mL氢氟酸,消解程序为:0.5 MPa,5 min;1.0 MPa,5 min。消解溶液转入250 mL容量瓶中定容。

2.2.3 测定

开机预热,待仪器稳定后,以纯水为空白,用硫酸镍配制15μg/mL溶液作为高标建立标准曲线,再以10μg/mL镍单元素标准溶液对仪器进行校准,直至相对误差控制在1%以内。方法1、2、3所得溶液移取10 mL至100 mL容量瓶中定容后测定。

3 结果与讨论

3.1 测定酸度的选择

样品溶液的酸度直接影响样品溶液的雾化效率,从而影响测定的结果。配制盐酸体积分数为0%、2%、5%、8%和10%的Ni标液(15μg/mL),用电感耦合等离子体发射光谱仪分别平行测定6次,通过测定结果的标准偏差来考察不同酸度条件下仪器检测结果的精确度,结果如表1所示。溶液含盐酸5%时,仪器检测结果最稳定,3条分析谱线检测值的标准偏差最小,因此在配制样品时调节酸含量到5%。

表1 不同酸度条件下检测结果的标准偏差(μg/mL)

3.2 分析谱线的选择

在使用的电感耦合等离子体发射光谱仪中,Ni有3条分析谱线可供选择(见表2),其中221.647 nm和231.604 nm谱线的相对强度高于241.614 nm谱线。通过对一定量矿样溶液检测,比较3条分析谱线的子阵列谱图(见图1):Ni 221.647 nm谱线的信号峰与Si 221.667 nm谱线的信号峰发生重叠;Ni 241.614 nm谱线的信号峰与Fe 241.645谱线的信号峰发生重叠;而Ni 231.604 nm谱线的信号峰未受到干扰。镍矿中通常都有含量较高的Si元素和Fe元素,因此综合考虑基体干扰和检测灵敏度,选用231.604 nm作为测定Ni含量的分析谱线。

表2 Ni各分析谱线的激发能级、相对强度和干扰元素

图1 Ni的子阵列谱图

3.3 射频功率

本实验中电感耦合等离子发射光谱仪射频功率在750-1750 W范围内有6档可调,综合考虑仪器稳定性和发射强度,选择使用射频功率1150 W。

3.4 检出限

在选定条件下,重复测定空白10次,计算其标准偏差(S),按 IUPAC规定(LOD=3S),计算Ni的检出限[6-7]。Ni的仪器检出限为4.2μg/L,方法检出限为10.5 mg/kg,满足对矿石镍含量分析的要求。

3.5 方法比较

对同一样品分别采用4种方法处理,镍含量检测结果如表3所示。

表3 未知镍矿样品ICP检测结果

4种方法中,方法1测得含量最低,相对标准偏差最大即精密度最低;方法2测得含量最高,相对标准偏差最小即精密度最高;方法3测得含量高于方法1而低于方法2,其相对标准偏差低于方法1而高于方法2,即准确度和精密度都介于方法1和方法2之间。此结果说明样品酸溶后的残渣中含有Ni,对残渣处理是否完全会影响到最终测得的Ni含量,方法2用硫酸氢钾熔融残渣,能够获得较好的效果。方法4样品用微波消解处理后,仍然存在残渣,测得含量高于方法1,但低于方法2、3,说明微波消解法不能将样品完全溶解,另外,微波消解方法对样品量,酸的体积有限制。比较4种方法,方法2为测定样品Ni含量的较优方法。

3.6 回收实验

通过回收率和加标回收率对方法2的准确度进行考察。取含硫酸镍10μg/mL的溶液按方法2处理,检测结果计算后得到绝对回收率;在矿样中加入含硫酸镍10μg/mL的溶液后再按方法2处理,检测结果计算后得到加标回收率。表2结果显示,方法2绝对回收率和加标回收率均可达到95%以上且精密度较好。

表4 方法2的绝对回收率和加标回收率

4 结论

ICP-AES已经广泛应用于矿石样品的检测分析,具有效率高,适合批量样品测定等优势。本文将酸溶矿样滤渣与硫酸氢钾熔融处理后再用I CPAES测定,该方法精密度和回收率都较高,用于测定镍矿中的镍含量可以得到较为准确可靠的结果。表5是利用ICP-AES法对红土镍矿成份分析的实例,结果显示方法可以很好的满足日常检验工作需要。

表5 红土镍矿ICP检测结果(n=6)

[1] 岩石矿物分析编写小组.岩石矿物分析[M].北京:地质出版社,1974,363-365.

[2] 李建林,谭卉,朱智红.丁二肟沉淀——EDTA滴定法测定镍铜合金中的镍量[J].涟钢科技与管理,2008,2:49-50.

[3] 辛仁轩.电感耦合等离子体光源——原理,装置和应用[M].北京:《光谱实验室》编辑部,1984.

[4] GB/T 15923-1995镍矿石化学分析方法火焰原子吸收分光光度法测定镍量[S].

[5] JISM 8126-1971矿石中镍的测定方法[S].

[6] 孙普兵,刘文丽,刘建宇,等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定硅系铁合金中砷铅[J].冶金分析,2008,28(5):61-64.

[7] 鄢爱平,柳英霞,姜月,等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高纯二氯氧化锆中钙和钡[J].冶金分析,2008,28(5):19-22.

Determination of Nickel in Ore Samples by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Dou Huaizhi,Lv Xiang,Hou Jin

(Nantong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Nantong,Jiangsu,226005)

Nickel in ore samples was determined by inductively coupled plasma atomic spectrometry.The acidity of solution,analytical lines,limitation of the spectrometry and the four methods of preparation of nickel ore samples were discussed.The spectrometry could accurately test nickel in ore samples with 5%acid in the sample solution and the analytical lines of 231.604 nm.The results of ICP-AES analysis showed highly accurate and precise ones when the insoluble residue was melt with potassium hydrogen sulfate.The recovery of this method was above 95%.

Nickel;ICP-AES;Micro-Wave Digestion

O657.31