ICP-OES测定钒钛磁铁矿中的钪元素

蒙义舒，王 檑，林凌宇，陈 曼，陶进芳，黄雪霜

(广西冶金研究院有限公司，广西 南宁 530023)



ICP-OES测定钒钛磁铁矿中的钪元素

蒙义舒，王 檑，林凌宇，陈 曼，陶进芳，黄雪霜

(广西冶金研究院有限公司，广西 南宁 530023)

国家标准方法中，目前尚无钒钛磁铁矿中测定钪元素的方法报道。本文详细进行了电感耦合等离子体发射光谱仪测定钒钛磁铁矿中钪元素的研究。首先，选择仪器最佳测定条件参数。然后分别对样品采用酸溶解法和碱熔解法进行方法比对。其中：酸溶解法为(硝酸+氢氟酸+硫酸)溶样，碱熔解法为(过氧化钠)溶样。同时做加标回收，方法回收率为96%～103%，RSD<2.5%。该方法的测定范围是0.0030%～5.00%。因此本文研究的方法准确性高、可靠、简便、快速。

ICP-OES；钒钛磁铁矿；钪

Key words: ICP-OES; vanadium-titanium magnetite; scandium

钪是柔软、银白色的过渡金属。全球已探明的钪资源储量约为200万吨，我国的钪资源丰富，占全球总量的27.5%[1]。在超导体材料、新型陶瓷材料、合金材料、电子照明、航空航天、电池等方面，钪元素都得到了广泛的应用。自然界中，钪的矿物多达800余种，含钪在0.002%以上的矿藏就可以视为具有开采价值[2]。钪主要存在于钛铁矿、铝土矿[3]、高岭土、黑钨矿、稀土氧化物、水质、废酸、赤泥[4]、合金中。目前，钪的化学检测方法包括：电化学法[5]、紫外可见-分光光度法[6]、ICP-OES、ICP-MS、XRF[7]等。目前，电感耦合等离子体发射光谱法测定钒钛磁铁矿中的钪元素罕有报道。而ICP-OES具有高效快捷、线性范围宽、灵敏度高、检出限低、基体效应小、准确度好、精密度高、稳定性高的特点。大型仪器检测稀土元素是未来的发展趋势。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

Optima 8000型ICP-OES，美国PE公司；聚四氟乙烯烧杯(150 mL)、烧杯(300 mL)、容量瓶(50 mL)、量杯(10 mL)。

硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸、过氧化钠、氢氧化钠、所有化学试剂均为分析纯，所有用水均为超纯水。

1.2 钪标准溶液的配制

准确称取金属钪1.0000 g，于250 mL烧杯中，吹水润湿后，加20 mL盐酸于低温电板上溶解，待溶解完全后定容至1000 mL容量瓶中。配制成浓度为1.0000 g/L的钪母液。将母液逐级稀释，配制成0，0.1，0.5，1，2 μg/mL，介质为5%HCl的标准溶液，备用。

1.3 样品制备

碱熔解法：称取0.5000～1.0000 g样品于高铝坩埚中，加入4～6 g过氧化钠，于700 ℃马弗炉中熔融15 min,取出，于盛有100 mL，5%三乙醇胺溶液的300 mL烧杯中用浸出,用少量HCl(1+1)洗出坩埚。加热10 min。取出，冷却。中速滤纸过滤，2%NaOH做洗液，洗涤5～6次后，弃去滤液，将沉淀放于原烧杯中，加入30 mL硝酸和5 mL高氯酸，电板上加热至冒高氯酸烟、取下，稍冷，补加2 mL盐酸，用水定容至100 mL容量瓶。上机。

酸溶解法：称取0.5000～1.0000 g样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入15 mL硝酸，5 mL氢氟酸，5 mL硫酸(1+1)，于低温电板上加热，待冒尽硫酸烟，取下，稍冷，加入3 mL HCl于电板上加热溶解样品，带溶解完全后，沿着杯壁自上往下吹少量水，移入100 mL容量瓶中，定容，上机。

1.4 仪器参数的优化

1.4.1 分析谱线的选择

等离子气15 L/min，辅助气流量0.4 L/min，雾化器流量0.7 L/min，标准溶液1.00 μg/mL进行测定。见表1。

表1 几种钪元素分析线的数据对比

结合表1，选择仪器最优先推荐谱线，峰强度最大，灵敏度最高，相关系数最接近1的分析谱线361.383 nm。

1.4.2 辅助气流量的选择

等离子气15 L/min，分析谱线361.383 nm，雾化器流量0.7 L/min，采用标准溶液 1.00 μg/mL连续测定11次做平均值与RSD(%)值。见表2。

表2 辅助气流量的选择

结合表2，选择辅助气流量0.4 L/min，样品测定重现性更好，稳定性更佳。

1.4.3 雾化气流量的选择

等离子气15 L/min，分析谱线361.383 nm，辅助器流量0.7 L/min，采用标准溶液 1.00 μg/mL连续测定11次做RSD值。见表3。

表3 雾化气流量的选择

结合表3，选择雾化气流量0.7 L/min。样品测定重现性更好，稳定性更佳。

综上，选择仪器条件为等离子气15 L/min，辅助气流量0.4 L/min，雾化器流量0.7 L/min。

2 数据处理结果与讨论

2.1 谱图分析及讨论

钪的吸收峰为361.383 nm，而钛的吸收峰为361.421 nm，铁的吸收峰为361.412 nm，因此，钛和铁的存在会对光谱产生干扰。在进行测定之前，要分离除掉钛和铁。本法采用了三乙醇胺试剂络合了钛和铁元素，经过碱过滤，分离除掉钛和铁元素，消除了钛和铁的光谱干扰。运用碱熔解法消解样品后，使用ICP-OES测定，钪元素的谱图平滑，选择积分方式为峰面积5个点积分方式，谱图见图1；酸溶解法没有分离钛和铁的步骤，钛铁的存在，使谱图不平滑，且钛在361.421 nm处有吸收峰，选择积分方式为峰高积分方式，谱图见图2。

图1 碱熔解法的钪谱图

图2 酸溶解法钪谱图

2.2 加标回收数据处理及讨论

采用碱熔解法和酸溶解法对4个钒钛磁铁矿进行样品处理，数据结果见表4，表5。

表4 碱熔解法的数据

表5 酸溶解法的数据

续表5

钒钛磁铁矿3#102 60104 351 7180182 2599 56钒钛磁铁矿4#80 4581 651 4980158 7597 88

表4、表5的数据证明，碱熔解法和酸溶解法的加标回收率在96%～103%，相对标准偏差<2.5%，数据结果准确可靠，对于钒钛磁铁矿样品，可以采用这两种消解样品的方法进行钪元素的测定。

3 结 论

ICP-OES具有高效快捷、线性范围宽、灵敏度高、检出限低、基体效应小、准确度好、精密度高、稳定性高的特点。经过选择仪器的参数条件，确定仪器的最佳工作条件。酸溶法对样品进行分解，避免了大量盐类的引入，实验流程简单，耗时短，但不能分离掉钛和铁，将仪器的积分方式改为峰高积分方式后，消除了钛和铁在钪361.383 nm波长处的光谱干扰。可得到准确的检测结果。碱熔法可以很好的溶解样品，经三乙醇胺络合钛和铁后，消除了钛和铁的干扰，因此仪器的积分方式，选择更为准确的峰面积积分方式，可得到更好的检测结果。将这两种溶样方法的数据进行比对，数据表明，钒钛磁铁矿的这两种前处理方案都可行，数据准确，加标回收率高。

[1] 岩石矿物分析编委会.岩石矿物分析.4版:第三分册[M].北京:地质出版社,2011: 446-450.

[2] 杨勰,李宏煦.稀有金属钪的资源循环提取技术途径探讨[J].矿冶,2014,23(3):85-90.

[3] WangKeqin, Yu Yongbo, Wang Hao, et al. Experimental investigation on leaching scandium from red mud by hydrochloric acid[J].Chinese Rare Earths, 2010,31(1):95-96.

[4] 邓海霞,王克勤,王皓,等.赤泥盐酸浸出液中钪的分光光度测定[J].有色金属,2011,35(5): 764-769.

[5] 罗道成,易平贵,陈安国,等.用氧化铝厂赤泥制备高效混凝剂聚硅酸铁铝[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(8):33-34.

[6] 罗道成,刘俊峰.阴离子树脂萃取富集-分光光度法测定煤矸石中痕量钪[J].分析实验室, 2010,29(6):108-110.

[7] 刘江斌,赵峰,余宇,等.X射荧光光谱法同时测定地质样品中铌钽锆铪铈镓钪铀等稀有元素[J].岩矿测试,2010,29(1):74-76.

Determination of Scandium in Vanadium-titanium Magnetite by ICP-OES

MENGYi-shu,WANGLei,LINLing-yu,CHENMan,TAOJin-fang,HUANGXue-shuang

(Guangxi Research Institute of Metallurgy Co., Ltd., Guangxi Nanning 530023, China)

In the national standard method, there is no reported method for the determination of scandium in vanadium-titanium magnetite at present. The determination of scandium vanadium-titanium magnetite in inductively coupled plasma atomic emission spectrometer was studied. Firstly, the instrument was selected to determine the optimum condition parameters. Secondly, the samples were analyzed by acid dissolution method and alkali fusion method respectively. Among them, acid dissolution method was HNO3+ HF + H2SO4, alkali melting method was Na2O2. At the same time, the standard recovery was discussed. The recoveries were 96%～103%, RSD<2.5%.The measurement range of the method was 0.0030%～5.00%. Therefore, this method was accurate, reliable, simple and fast.

蒙义舒(1988-)，女，工程师，从事分析检测。

O657.31

A

1001-9677(2016)022-0084-03