锰矿成分的分析方法及应用实践微探

朱明娟

(新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐830021)

锰矿成分的分析方法及应用实践微探

朱明娟

(新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐830021)

分别介绍了滴定法、X射线荧光光谱法、原子吸收光谱法以及电感耦合等离子体原子发射光谱法在锰矿石成分分析当中的运用，简单阐述了这些实验所运用的化学原理与锰矿成分分析技术的改进措施。

锰矿石;滴定法;X射线荧光光谱法

在锰矿矿石当中，锰元素的含量一般在24%～68%之间，锰矿当中除了含有锰元素之外，还会拥有诸如钡、铝、钾、镁、铅、硫、二氧化硅等物质，部分锰矿甚至可以还会含有钴、铜、镍等稀有金属元素。我国针对锰矿石当中的成分进行分析，通常使用化学检测的办法，这些办法包含有滴定法、X射线荧光光谱法、原子吸收光谱法以及电感耦合等离子体原子发射光谱法等［1-3］。在使用这些检测方法的过程中，实验人员是否进行科学合理的操作，往往会对实验结果产生巨大的影响，因此在操作的过程当中，有关实验人员必须要进行高度的关注，只有这样，才能实现实验精度的最大化。

1 滴定法在锰矿成分分析当中的运用

在实验人员使用滴定法针对锰矿石当中锰元素含量进行检测时，通常使用亚硫酸铁铵滴定法、自动电位滴定法以及硝酸氨氧化法，现针对以下3种方法进行逐一介绍。

1．1亚硫酸铁铵滴定法

亚硫酸铁铵滴定法又被称之为过硫酸铵法，该种方法的化学原理是使用过硫酸铵以磷酸作为介质，在硝酸银作为催化剂的作用之下，将锰矿石当中的锰元素从原来的+2价氧化为+7价。之后使用N-苯代邻氨基苯甲酸来作为指示剂，使用亚硫酸铁铵标准溶液进行滴定，直至溶液颜色呈现亮黄色，来作为最终的实验结果，国内锰矿研究专家韦文业先生研究使用了微波消解—硫酸亚铁铵容量法来针对锰矿石当中的锰元素含量进行检测［4］。在该实验设计当中，对消化罐、磷酸的使用量、微波活力、水溶液体积、微波使用时长以及氧化剂的具体使用量等数据信息进行了优化。通过实验结果显示，采用磷酸来作为实验溶剂，并利用微波来进行消解，拥有不成为焦磷酸盐的特征，该实验操作更加简易，所得到的数据结果精确度更高。

1．2自动电位滴定法

自动化电位滴定仪在实验室当中的普及程度得到提升，使用自动电位滴定仪能够达到多批次锰矿石当中锰元素含量检测的需求，该实验操作十分简单，自动化程度高、实验时间短、精确度高的优点，适合在多批次锰矿石检测当中进行使用，很大程度上降低了人工消耗，实用性得到显著提升［5］。

该实验的化学原理是，把目视滴定法转移至自动电位滴定法当中，目视滴定法所使用的化学反应方程式为:

通过该化学反应，把锰矿石样品进行消解，之后把锰矿石当中的锰元素从+2价氧化为+3价，再使用点位滴定仪开展滴定实验。我国研发了自动电位滴定锰矿石当中锰元素的实验办法，结果显示，该实验不需要进行指示剂的使用，有效防止了指示剂对实验结果所造成干扰，并且本实验不需要针对pH值进行调试。针对锰矿中锰元素含量不同的样品都可以适用。同时，该实验操作过程相对简易，有很强的实用型。

1．3硝酸铵氧化法

该种方法的化学原理是:将锰矿样本使用硝酸、磷酸以及硫酸溶解，在磷酸介质的作用下，使用硝酸铵把锰从+2价氧化成+3价，通过N-苯代邻氨基苯甲酸的指示效果，使用硫酸亚铁铵标准液将样本溶液滴定至亮黄色，接下来凭借N-苯代邻氨基苯甲酸的用量，来判定锰矿石当中的锰元素含量。

陕西省安康电解锰厂在2003便针对硝酸铵氧化法进行了改良，实验结果显示，在锰矿样本冒烟之后自然冷却20 s左右，在进行硝酸铵的添加，既可以保障氧化程度符合要求，同时也阻止了试样液体所产生的飞溅现象，并且在该实验当中，改用基准锰溶液进行标定，重点反应变得更加灵敏，实验人员更加容易对实验进行控制，并有效针对由于指示剂使用消耗基准溶液所导致的实验结果误差。

2 X射线荧光光谱法在锰矿成分分析中的运用

2．1粉末压片法制样的X射线荧光光谱法

粉末压片法制样的X射线荧光光谱法拥有操作技术简易、实验时间短、使用范围广、精确度较高的优势，能够符合锰矿企业对锰矿石所开展的大规模成分检测的要求［6］。

我国学者宁艳对粉末压片法制样的X射线荧光光谱法的最佳环境条件进行了研究，研究结果显示，使用粉末压片制样，所制成的粉末颗粒直径会对实验的结果产生十分重大的影响。按照研究结果，在规定的范围当中，所制成的粉末颗粒直径越小，他们所展现出的荧光强度便会越大。这种实验方式的精密度数据满足锰矿石样本的检测需求，精确性很高，能够妥善针对熔融状态下玻璃片需要花费较长时间的问题进行处理，同时，单个实验样本就可以完成多组成分的分析检测。

2．2熔融玻璃片制样的X射线荧光光谱法

熔融玻璃片制样是我国检验认证集团所使用的一种制样方法，使用X射线荧光光谱仪来针对高碳锰炉渣当中的锰、铁、三氧化二铝、二氧化硅、氧化镁以及氧化钙成分含量进行检测。该集团通过多次实验研究，得出了最佳仪器测量数据、最佳熔融条件以及校正模式，结果显示，这种实验方法精确度较高，适合针对高碳锰炉渣当中的成分开展分析。

天津市检疫局化矿实验室在使用熔融法制样时，使用硝酸银来破坏锰矿样品当中的有机成分，使用比例为6∶11的混合溶剂在1 000℃环境当中进行制样的办法，有效针对锰矿石制样过程中因为有机物分解所产生的气泡飞溅现象进行了处理。有效解决了锰矿石样本的矿物质效应以及粒度效应，防止了硫元素在制样过程当中的迅速挥发。实验结果显示，这种制样方式能够符合锰矿样本检测过程中精确性和速度的要求。

另外，早在2005年，石家庄环保局的有关工作人员，就开始使用粉末压片法制样的X射线荧光光谱法来对锰矿当中的锰及其他元素开展成分分析。使用瑞士生产的ARL-9800XP型号的荧光光谱仪，配合偏硼酸锂与四硼酸锂混合制成的熔融剂，凭借对锰矿石进行灼烧的方法，完成了对锰矿石样本当中，锰、铁、硅、钙、铝等物质的在线分析，极大程度的降低了实验或消耗的时间，提示了实验室工作人员的整体工作效率，大幅度降低了实验人员的劳动强度［7］。

3 原子吸收光谱法在锰矿成分分析当中的运用

原子吸收光谱法即AAS，他是建立在锰矿样本当中待测元素的气态原子能够对光源辐射出来的特效光波进行吸收的原理上进行使用的。不同种类的原子，他们吸收辐射光的强度存在差异，所以实验人员能够根据这些差异开展对锰矿石的定量分析。该实验技术针对锰矿石当中的钙、镁元素的含量检测有极佳的效果。在上文所提到的各种实验类型当中，针对钙、镁元素的检测往往都存在有一定的困难，若使用化学技术进行检测，实验操作过程往往极为复杂，并且结果准确性明显偏低。该方法是我国矿产研究专家刘翠华女士研究的，通过大量的实验论证，证实了该实验方法可以针对锰矿当中0．1%～15%镁、钙元素进行精确检测。

使用火焰原子吸收的办法，来检测锰矿石当中锰元素的含量，是我国较为常见的锰矿成分分析实验，但这种实验有一个十分明显的缺点，即在针对大理岩当中的锰元素进行检测时，因为大理岩当中富含的钙元素会对火焰原子的吸收行为产生极大程度的影响，为了能够针对这一问题进行有效的处理，我国黑龙江省第四地质勘察院的曲瑞增同志，在2007年的时候，就使用饱和消除法来解决了这一问题。该解决办法是在针对大理岩当中锰元素进行检测时，令标准溶液与试剂当中的钙离子浓度保持一致，这样便可以有效消除原子吸收光谱法在锰矿成分分析当中检测过程中钙元素对锰元素的干扰现象。数据研究显示，该种方式能够起到很好的效果，其误差也在可控范围

4 ICP-AES法在锰矿检测中的运用

电感耦合等离子体原子发射光谱法，即ICPAES，是利用氩气来作为载体首先把锰矿石样本带入雾化系统当中开展雾化处理，锰矿石样本在经过雾化处理之后，会形成气溶胶状物，之后再将样本送入到等离子体轴向通道之中，在这极度高温并充斥惰性气体的环境当中，锰矿石样本得到的充分的蒸发、电离、原子化和激发，散发出了锰矿石样本当中所含有的全部元素的特征光谱，依照特征光谱的类型以及强度，试验人员便能够开展对锰矿石样品的成分种类和成分含量检测。

在上文当中所提到的锰矿石成分分析办法当中，全部办法均只能针对待测锰矿石当中的极少数主量元素以及次量元素的成分和含量开展分析，但是使用电感耦合等离子体原子发射光谱法便能够同时针对待测锰矿当中多种元素的含量进行分析［8］。例如:在新疆矿产实验研究所当中，实验人员使用电感耦合等离子体原子发射光谱法直接检测了锰矿石样品当中的全部主量成分二氧化锰、氧化钠、氧化镁、铁、氧化钾、氧化钙和三氧化二铝，以此次量成分氧化钴、磷、锌、锑、镍、同、铅、钡等物质的含量。实验结果显示，电感耦合等离子体原子发射光谱法适合针对锰矿样本当中多种成分开展同时分析。

在针对锰矿石进行消解的过程中，通常使用混酸来作为消解试剂，其操作流程往往十分繁琐，并且针对锰矿石当中一些容易挥发的物质，其检测结果往往存在有很大的误差，为了能够防止上述缺点，中国广西省防城港出入境检验管理中心使用高圧密封容器来对锰矿样本进行消解，使用电感耦合等离子体原子发射光谱法同时对锰矿样本当中的硅、铝、铁、磷四中元素的含量进行检测，添加了和基本匹配的混合标准试剂来作为成分检测过程当中的校准曲线。实验结果显示，分析结果和标准值相似程度极高，误差远低于国家标准，符合针对锰矿开展日常成分检测分析的要求。

针对锰矿石当中高含量的其他难熔金属，若使用混合酸，则很难达到完全消解的效果，实验室便需要使用碱熔消解法来对这些锰矿石样本进行消解。我国广州澳实分析检测厂便针对这一课题开展了研究。在他们所开展的实验当中，选择使用过氧化钠来作为实验的碱熔剂，将锰矿石和碱熔剂投入坩埚当中进行高温加热处理，在使用电感耦合等离子体原子发射光谱法对锰矿石当中含量较高的钽、铌、钒等难熔金属元素，其检测获取的实验结果和标准值之间误差很小，符合针对锰矿石当中难熔金属的检测国家标准。

另外，我国安阳钢铁股份有限公司在2007年开始，就凭借对分析元素谱的筛选、试样溶解方式的选择、设备仪器工作环境的研究，构建了一种碱熔、酸浸的溶解办法，使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪对锰矿样本当中的铁、二氧化硅、氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、磷、二氧化锑等开展检测，这种检测技术对锰矿石样本能够进行精准的分析，显著降低了资金成本的投入。此实验方法不仅可以在工程进行原材料采购时的质量检验当中进行使用，同时对工程开展的炼钢工作的质量管理控制也具有重要的指导意义。

5 结语

本文所阐述的针对锰矿石的分析办法，是目前我国各大矿产分析部门开展锰矿石分析过程中常见的主流办法，这些办法自身优势和缺陷都十分明显。如技术标准中所参考使用的锰矿石化学分析办法，虽然成本投入相对较低，但是实验时间相对较长，操作技术难度相对较大。而仪器分析法虽然精度高、并且实验时间短暂，但是资金投入却相对较大。因此，检测部门需要根据锰矿分析的具体情况，采取最为合理的锰矿成分分析技术，只有这样，才能在最大程度优化资金使用率的情况下，提升锰矿成分检测的精确性，减少用于锰矿检测的时间。

［1］韦国柱，史磊，陆超，等．锰矿成分的分析方法研究［J］．企业技术开发，2015(10):31－33．

［2］颜代蓉，李建威，胡明安，等．广西下雷氧化锰矿床矿石特征及成因分析［J］．地质科技情报，2011(3):61－67．

［3］姚敬劬．我国沉积碳酸盐型锰矿中菱锰矿的成分特征［J］．矿物学报，2011(1):13－20．

［4］杨钟堂，李智明，乔耿彪，等．陕西省勉县后沟锰矿成矿特征、成矿模式及找矿标志［J］．地质与勘探，2011(2):38－44．

［5］韩秀丽，李前懋．选择性分步溶解法研究碳酸锰矿物成分初探［J］．中国锰业2012(2):10－15．［6］谭雪英，张小毅．电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰矿中15种主次成分［J］．冶金分析，2011(10):36－39．

［7］朱明忠，宋志娇，陈翠华，等．重庆城口高燕锰矿床矿物学特征及成矿环境分析［J］．矿产与地质，2015(6):771－775．

［8］曲月华，王一凌，张悫，等．熔融制样-X射线荧光光谱法测定锰矿中9种组分［J］．冶金分析，2011(9):24－29．

Composition Analysis of Manganese Ore and Its Application in Practice

ZHU Mingjuan
(Xinjiang Light Industry Professional Technology Institute，Urumchi，Xinjiang 830021，China)

Thispaperintroducestitration，includingX-rayfluorescencespectrometry，atomicabsorption spectrometry and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry in manganese ore composition analysis of the application．It briefly describes the use of these experiments Chemical principle and the examples of the relevant staff of these manganese ore analysis of improvement measures．

Manganese ore;Titrimetry;X-ray fluorescence spectrometry

P575

B

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．035

2017－01－13

朱明娟(1981－)，女，甘肃临洮人，讲师，研究方向:化学工艺，手机:18599102223，E-mail:592873017@qq．com．