优化碱熔试剂-电感耦合等离子光谱法测定重晶石中的主次量元素

郭艳丽，王燕，张国龙



优化碱熔试剂-电感耦合等离子光谱法测定重晶石中的主次量元素

郭艳丽，王燕，张国龙

（青海省地矿测试应用中心，青海 西宁 810008）

目前，重晶石的分析方法是以容量法、重量法、火焰原子吸收法、比色法等传统的化学分析方法为主，测定过程冗长，操作步骤繁琐，费时费力。而ICP-OES的分析技术已经特别成熟，这种方法具有稳定、高效、准确度高、精密度好、线性范围广等优点。采用ICP-OES法测定重晶石中的钡、锶、氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钾、氧化钠：试料用无水碳酸钠、草酸、硝酸钾混合溶剂分解，水提取，过滤。沉淀用热盐酸溶解后，用ICP-OES测定各元素的含量，经标准物质准确度验证，获得满意结果。

电感耦合等离子体发射光谱法; 混合溶剂分解; 重晶石

重晶石是一种非常重要的非金属矿产资源，属不可再生资源，广泛应用于社会各个方面[1]。随着社会的发展，重晶石资源的消耗也越来越大[2]，它应用于石油、天然气、钻探泥浆的加重剂。在钡化工、非常规领域、填料等领域的消费量也在逐年平稳增长。而且我国是世界上最大的重晶石储量国和最大生产国，随着重晶石矿石的大量出口，在国际国内市场上占有越来越重要的地位[3]，因此及时准确的测定出重晶石中的主次量元素，对于评价矿石的质量等级等也显得越来越重要。目前，各实验室主要用铬酸钡容量法及硫酸钡重量法测定重晶石中的钡，比色法测定三氧化二铁及三氧化二铝，原子吸收法测定氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠[4]。本工作采用的是瓷坩埚熔矿，优化了的混合熔剂分解试样的前处理方法，没有了传统方法中昂贵铂坩埚的使用，避免了溶剂对铂坩埚的损毁[5]，很大程度上降低了成本，且后期测定时用ICP-OES，使得分析工作更加简捷、快速、准确、有效。

1 实验部分

1.1 实验仪器

（1） 美国热电公司的iCAP-6300型电感耦合等离子体全谱直读光谱仪；

（2） 华港通科技(北京)有限公司的MF-3012F型陶瓷纤维马弗炉；

（3） 瑞士梅特勒-托多利公司的AL104型电子天平；

1.2 试剂（分析中仅使用确认为分析纯的试剂）

（1） 分析中用水为二次去离子水，电阻为18 MΩ ；

（2） （1+1）王水：750 mL盐酸与250 mL硝酸及1 000 mL水混合并摇匀，用时配制；

（3） 碳酸钠洗液:(Na2CO3)=10 g/L；

（4） 优化混合试剂：无水碳酸钠+草酸+硝酸钾（1 : 0.4 : 0.075）；将这三种试剂按需要的比例称取后混匀并仔细碾细后装瓶备用；

（5） 标准系列

混合标准溶液STD-基体：

（Al2O3）＝1 000 μg/mL；

（Fe2O3）＝1 000 μg/mL；

（CaO）＝500 μg/mL；

（MgO）＝500 μg/mL；

（K2O）＝250 μg/mL；

（Na2O）＝250 μg/mL；

STD-Sr Ba

（Sr）＝200 μg/mL；

（Ba）＝200 μg/mL；

使用时用10%王水配制，具体标准系列配制方法详见表1。

表1 标准系列

1.3 仪器工作条件（iCAP-6300）

在仪器分析过程中，仪器工作条件的选择对去干扰及优化检测环境提供了方向，由此可知其重要性，本实验使用的具体工作条件见表2。

表2 仪器工作条件

1.4 分析谱线的选择

在ICP-OES的分析中，分析谱线的选择特别重要，因为ICP的激发能力很强，几乎每种分析元素都不同程度的存在光谱干扰，其干扰程度与谱线的选择有很大关系，为了考察元素间相互干扰的情况，首先选取2~3条仪器软件推荐的这八种元素的分析谱线[6]，对各元素进行扫描，最终选出以下分析谱线，具体见表3。

表3 分析谱线的选择

注：表中截取宽度、截取高度为待测元素谱图窗口（Subrray）尺寸大小，以像素（Pixel）计. 读出宽度为待测元素中心波长处测量区域，宽度大小仍以像素（Pixel）计。

1.5 实验方法

试料粒径应小于0.097 mm, 经105 ℃干燥2 h，冷却后装入磨口小玻璃瓶中备用。

先称取约1 g左右的混合熔剂于20 mL的内壁光滑的瓷坩埚中，用直径和坩埚底部内径相当的玻璃棒压实坩埚中的混合熔剂。再放入5~6 g的混合熔剂，此时，称取试料0.500 0 g，在不搅动坩埚底部试剂的情况下将样品与上部试剂搅匀，再均匀地覆盖1~2 g混合熔剂，放入马弗炉中，由低温升至400 ℃，保温40 min，再升温至680 ℃，保温60 min，取出坩埚。冷却后，将半熔物倒入250 mL烧杯中，洗净坩埚，加热水70 mL，置已经提前升温的电热板上煮沸10 min，取下冷却，用塑料漏斗及中速定量滤纸过滤，用10%热碳酸钠洗涤液清洗烧杯3~4次，清洗沉淀8~10次。沉淀用竹针戳穿滤纸最下端并用热水将沉淀冲入100 mL容量瓶中，再用热（1+1）盐酸20 mL将滤纸上的沉淀洗干净，溶液冷却，用蒸馏水定容至100 mL，摇匀，待测。

2 结果与讨论

2.1 混合熔剂的选择

在有硝酸钾及草酸的存在下，将试样与碳酸钠在680 ℃半熔，样品被完全分解。单独用碳酸钠680 ℃熔矿，很可能导致硫酸钡分解不完全，引起结果的偏低，所以，合适的熔剂是准确测定重晶石各元素含量的前提。本实验选取了重晶石标准物质GBW07816及GBW07817,对这两个标准物质尝试两种熔矿方法，用ICP-OES分别测定样品中各元素的含量，结果见表4及表5。

表4 不同熔矿的实验结果（GBW07816）

表5 不同熔矿的实验结果(GBW07817)

表6 不同熔矿温度对测定结果的影响

2.2 熔矿温度的选择

熔矿的温度直接影响着样品的分解率。温度低，样品分解不完全；温度高，熔剂熔化与瓷坩埚粘在一起，导致坩埚的报废及提取样品时的困难。称取重晶石标准物质GBW07816，加入同等量的熔剂，在马弗炉中分别用640, 660, 680 ℃熔矿，考察不同温度对结果的影响。实验表明：随着温度的增加，在680 ℃的温度下熔矿，测定结果比较稳定。由表6可知各元素测定值随温度的升高而逐渐接近认定值，因此，本实验选择熔矿温度为680 ℃。具体熔矿温度对结果的影响见表6。

2.3 准确度与精密度

选取2个重晶石标准物质（GBW07816及 GBW07817）按实验方法进行平行测定[7]，结果见表7及表8。

表7 准确度与精密度实验结果(GBW07816)（n=7）

表8 准确度与精密度实验结果(GBW07817)（n=7）

由表7及表8可以看出，本法所测定的多个元素的分析结果的精密度及准确度均能满足生产分析的要求，且重现性良好。

3 结论

本工作建立了碱熔-ICP-OES测定重晶石中各元素的方法。该方法熔样安全，消除了大量盐类的干扰，实现了ICP-OES对重晶石样品的简便、快捷、经济、准确[8]的测定。

［1］陈奎.重晶石矿物中硫酸钡含量测定方法的优化[J].世界有色金属，2016（11）：51-53.

［2］张鹏翔.贵州重晶石萤石共生矿选矿试验研究[D].昆明理工大学，2016（4）：93.

［3］张世洋，张艳，于汶加，等. 中国重晶石供需形势及出口前景[J].中国矿业，2014（10）：17-20+24.

［4］岩石矿物分析编写组.岩石矿物分析（3版第—分册）[M].北京：地质出版社，1991:203-207.

［5］张志勇，陈述，李子尚，周海波，刘晓锋. 改进碳酸钠-氧化锌半熔-硫酸钡重量法测定重晶石中的硫[J].岩矿测试，2015(05):575-578.

［6］胡璇，石磊 ICP-AES法测定不锈钢中高含量镍和铬的光谱干扰和校正[J].分析实验室，2017（2）:203-206.

［7］仵利萍，刘卫. 熔融制样-X射线荧光光谱法测定重晶石中主次元素[J].岩矿测试，2011（4）：217-221.

［8］付雪，微波消解电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定黑木耳中5种微量元素[J]. 当代化工，2012（8）：879-880.

Optimization of the Alkali Reagent-Inductively Coupled Plasma-optical Spectrometry for Determining Major and Minor Elements in the Barite

,,

（Qinghai Research Institute of Geological and Mineral, Qinghai Xining 810008, China）

At present, the analytical method of barite is mainly based on the traditional chemical analysis methods, such as the volumetric method, flame atomic absorption spectroscopy method, colorimetric method and so on.These methods have many disadvantages, such as long determining process, tedious procedures,time-consuming and so on.But ICP-OES analytical technique is particularly mature, this method is stable and efficient, has advantages of high accuracy and good precision. In this article, ICP-OES method was used to measure barium,storontium,calcium oxide,magnesium oxide,aluminium oxide,ferric oxide,potassium oxide,sodium oxide in the barite.The sample was decomposed by using mixed solvent of anhydrous sodium carbonate,oxalic acid and potassium nitrate.And then it was extracted by water, and the sediment was dissolved by hot hydrochloric acid, and each element was measured by ICP-OES. The accuracy was verified by standard material, satisfied results were achieved.

ICP-OES；Compound solvent decomposition；Barite

O 657

A

1671-0460（2017）08-1730-03

2017-06-21

郭艳丽（1969-），女，青海省西宁市人，工程师，1991年毕业于甘肃省天水地质专科学校岩矿测试专业，研究方向：岩矿测试。E-mail：574730985@qq.com。