火焰原子吸收光谱法测定预熔型精炼渣中的氧化镁

韩夫强，张彩霞，李杨，席秀丽，王生进

(河北省地矿局第十一地质大队，河北邢台 054000)

火焰原子吸收光谱法测定预熔型精炼渣中的氧化镁

韩夫强，张彩霞，李杨，席秀丽，王生进

(河北省地矿局第十一地质大队，河北邢台 054000)

建立了测定预熔型精炼渣中氧化镁的火焰原子吸收光谱法。样品采用氢氟酸–王水–高氯酸分解后，加入少量硫酸可使溶液底部的絮状不溶物溶解完全。在盐酸介质中，加入氯化锶消除干扰，利用空气–乙炔火焰以原子吸收光谱仪进行测定。测定结果的相对标准偏差为0.50%～1.08%(n=12)，测定标准物质的相对误差为–0.92%，加标回收率为97.56%～102.14%。该法操作简便，分析速度快，适用于大批量样品分析。

氧化镁；预熔型精炼渣；火焰原子吸收光谱法

预熔型精炼渣中的氧化镁来源于渣料和炉衬中的耐火材料，含量一般在3.0%～8.0%，主要用于钢铁精炼、脱氧脱硫、去除钢液中的杂质及提高钢材的纯度和品质。检测氧化镁的方法主要有滴定法、火焰原子吸收光谱 (AAS)法［1–9］、电感耦合等离子体发射光谱 (ICP–AES)法［10–13］和 X 射线荧光光谱(XRF)法［14–16］。其中火焰原子吸收光谱法因选择性好、灵敏度高、精密度好、准确度高、操作简便等特点而被运用于各种矿石和合金中氧化镁的测定。大多数矿石和合金样品，一般用酸溶方式就可以分解完全，而预熔型精炼渣组成比较复杂，在酸溶分解后提取液底部往往有少许不溶物，与固体样品分析方法——X射线荧光光谱法相比，测定结果往往偏低，因此常采用过氧化钠碱熔方法进行样品预处理。过氧化钠碱熔法虽然可以较好地溶解氧化镁，但是样品本底值高，基体效应严重，会引入较多的杂质离子，需要同时对杂质离子进行处理，程序较为繁琐。

笔者在酸溶方法的基础上，增加去硅的样品预处理过程，改变氢氟酸和王水的加入量与比例，并且在溶液中加入适量的硫酸，解决了提取溶液中出现絮状不溶物所导致的测定结果偏低问题，建立了火焰原子吸收光谱法测定预熔型精炼渣中氧化镁含量的分析方法，并应用于实际样品分析，获得了满意的结果。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

电子天平：CP224S型，感量为0.000 1 g，德国赛多利斯科学仪器有限公司；

原子吸收光谱仪：WFX–320型，配镁空心阴极灯，北京北分瑞利分析仪器公司；

精炼渣成分分析标准物质：编号为GBW(E)010213，国家标准物质研究中心；

氧化镁标准贮备溶液：0.5 mg/mL，称取0.500 0 g预先于1 000 ℃灼烧过的氧化镁(基准试剂)于250 mL烧杯中，加入10 mL盐酸溶解，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀；

氧化镁标准溶液：200.0 µg/mL，用移液管移取100.0 mL 氧化镁标准贮备溶液，置于250 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀备用；

盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸、硫酸：分析纯；

实验用水为去离子水(电阻率为18 MΩ·cm)。

模拟分析仪表获得的信号单一，运行人员多数依靠现场经验并结合实际情况来判断分析仪表运行状态是否良好。而智能分析仪表可输出多种信号，可验证所获得的测量值，提高测量值的有效性和准确率。根据现场运行实际情况预估关键部件的使用寿命，更加科学合理去采购备品备件，保证机组安全稳定运行的同时，提高了设备经济运行能力。分析仪表系统监测画面还可显示相应的维护指令，大幅降低仪表运行维护的难度。使维护人员快速分析处理问题，大幅提高生产效率。

1.2 仪器工作条件

分析波长：285.2 nm；灯电流：2 mA；狭缝宽度：0.4 nm；乙炔–空气比：1∶6；燃烧器与光轴角：15°；标尺扩展：0.2；采用氘灯扣除背景。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

准确称取0.500 0 g试样于400 mL聚四氟乙烯烧杯中，加水润湿。依次加入15 mL盐酸、5 mL硝酸、5 mL氢氟酸、3 mL高氯酸，于电热板上加热并不时摇晃坩埚，冒白烟至近干，取下坩埚，冷却，补加5 mL氢氟酸，继续加热至冒白烟10 min以上。取下坩埚，稍冷，补加3 mL高氯酸和1 mL硫酸溶液(1+1)，再加热至冒白烟近干，取下，冷却，加10 mL盐酸溶液(1+1)和少量水提取。取下坩埚，冷却后移入250 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀备用。

1.3.2 标准工作曲线绘制

各 移 取 0.00，0.5，1.00，1.50，2.00，2.50 mL 氧化镁标准溶液，分别置于100 mL容量瓶中，加水至50～60 mL，加入4 mL盐酸溶液(1+1)，再加入10 mL 10 g/L氯化锶溶液，用水稀释至标线，摇匀。在火焰原子吸收光谱仪上，设定最佳测试条件，于285.2 nm处测定氧化镁的吸光度，绘制标准工作曲线。

2 结果与讨论

2.1 溶样方法

预熔型精炼渣是精炼渣的一种，其主要原料为石灰石、菱镁矿、白云石和萤石等矿石，根据不同用途，其中还常加入其它一些特殊物质如氟化钠、金属铝等。因此在样品溶解过程中，不仅要考虑原有物质的分解，还要考虑所加入物质的分解。氢氟酸可以分解矿石中的二氧化硅，盐酸可以分解碳酸盐，硝酸主要用于氧化原料中的还原性物质，使样品中的金属元素以高价离子的形态存在于溶液中。本实验选用精炼渣标准物质GBW(E) 010213作为分析对象，在原有酸溶溶样的基础上作出以下改变：

(1)为使样品分解完全，增加了赶硅的前处理步骤，预先用氢氟酸、王水蒸发赶硅。补加高氯酸、硫酸，赶尽氢氟酸。

(2)氢氟酸可以较好地分解矿石中的二氧化硅，所以溶矿过程中增大了氢氟酸的加入量并改变了氢氟酸与王水的比例。在原来酸溶方法的基础上进行酸加入量及其配比系列试验，结果见表1。

表1 不同酸加入量对应的氧化镁溶出率

由表1可知，当氢氟酸加入量为5 mL时，氧化镁已经有较高的溶出率，在此基础上增加王水的加入量，因其较强的氧化性，可使氧化镁的溶出率略微提高。因此选择氢氟酸和王水的用量分别为5 mL和20 mL。

(3)实验过程中发现，在用盐酸提取已蒸干的样品时，在坩埚的底部常出现少量絮状不溶物，移入容量瓶中时，絮状不溶物更加明显。试验结果表明，加入少量硫酸可以解决这一问题。实验过程中加入1 mL硫酸溶液(1+1)，并注意在赶尽氢氟酸后，硫酸烟切勿冒尽，使其部分留存于溶液当中，可防止絮状不溶物出现。

2．2 酸度

吸取7份20 μg/mL氧化镁标准工作溶液5 mL，分别转移至100 mL容量瓶中，分别加入0，0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mL 盐酸，用水稀释至标线，混匀，用原子吸收光谱仪测定吸光度，不同盐酸体积分数对应的氧化镁吸光度见图1。

图1 不同盐酸体积分数对应的氧化镁吸光度

2.3 共存元素的干扰及消除

精炼渣样品经酸溶分解后，样品溶液中常含有钙、铁、锰、钛、磷、铝等元素，逐一考察这些共存元素对镁测定结果的干扰。试验结果表明，在氧化镁质量浓度为3 mg/L时，按溶液中共存元素的最高质量分数(36.0%钙、0.30%铁、0.15%锰、0.6%钛、0.02%磷、15.0%铝)分别加入各共存元素标准溶液(此溶液中各共存元素的质量浓度分别为钙360 mg/L，铁 3 mg/L，锰 1.5 mg/L，钛 6 mg/L，磷 0.2 mg/L，铝150 mg/L)进行测定，并对加入共存元素前后的样品溶液测定结果进行t检验(n=11)。结果显示，在检出水平α=0.05时，含有钙、铁、锰、钛、磷元素的两种样品溶液测定值无显著性差异，这表明试样中钙、铁、锰、钛、磷元素不干扰测定；含有铝元素的两种溶液测定值存在显著差异，表明铝的存在对氧化镁的测定有显著影响。这是因为在测定氧化镁时，铝与镁会生成铝酸镁难熔晶体，使镁难于原子化而干扰镁的测定。加入适量氯化锶可与铝生成稳定的铝酸锶而将镁释放出来，从而消除铝的干扰。

移取5 mL 20 μg/mL氧化镁标准工作溶液于不同的100 mL容量瓶中，分别加入不同体积的氯化锶溶液，用水稀释至标线，混匀，氯化锶溶液的质量浓度为0～50 g/L，用原子吸收光谱仪测定吸光度。图2为不同质量浓度氯化锶溶液对应的吸光度。由图2可知，当氯化锶溶液质量浓度小于10 g/L时，随氯化锶溶液质量浓度增大，镁的吸光度迅速增大；进一步增大氯化锶溶液的浓度，吸光度变化较小；当氯化锶溶液的质量浓度大于10 g/L时，镁的吸光度达到最大值并趋于稳定。因此本实验选择氯化锶溶液的质量浓度为10 g/L。

图2 不同氯化锶溶液质量浓度对应的吸光度

2.4 稀释因子

按照本实验方法，将精炼渣国家标准物质GBW(E) 010213和实验室自制预熔型精炼渣标准样品YRZ03分别制备成稀释因子为2，5，10，20的样品溶液各一份，每一份样品溶液连续测定12次，计算得出测定结果的相对误差，结果见表2。由表2可知，稀释因子分别为2，5，10时，随着稀释因子逐渐增大，测定结果的相对误差有逐渐增大的趋势，但变化不明显；当稀释因子超过20时，相对误差增大明显；当稀释因子低至2时，相对误差和稀释因子为5比较起来增大明显。这是由于当稀释倍数较小时，样品中镁元素的浓度较高，已超出氧化镁标准工作曲线的测定范围，从而影响测定结果的准确度，相对误差增大；当稀释倍数过大时，氧化镁灵敏度过低，使待测元素的分析信号减弱，也会影响测定结果的准确度，相对误差增大。综合考虑，本方法选定样品溶液稀释因子为5。

表2 不同稀释因子的样品溶液测定结果

2.5 方法精密度和准确度

利用本方法对精炼渣国家标准物质GBW(E)010213和实验室自制预熔型精炼渣样品YRZ03、YRZ05、YRZ07进行测定，每个样品平行测定12次,测定结果见表3。由表3可知，测定结果的相对标准偏差在0.5%～1.08%之间，表明本法测量结果具有良好的精密度。

表3 精密度试验结果 %

选用精炼渣国家标准物质GBW(E) 010213进行测定，平行测定4次，测定结果见表4。由表4可知，本法测量值与标准样品理论计算值的相对误差为–0.92%，表明本法具有较好的准确度。

表4 准确度试验结果 %

2.6 加标回收试验

将编号为YRZ03，YRZ04，YRZ07的实验室自制样品分别与国家标准物质GBW(E) 010213(氧化镁含量为6.55)按照质量比1∶1混合，利用本方法对氧化镁进行加标回收试验，试验结果见表5。由表5可知，加标回收率在97.56%～102.14%之间，符合质量管理规范规定，能够满足分析要求。

表5 加标回收试验结果 %

3 结语

建立了火焰原子吸收光谱测定预熔型精炼渣中氧化镁的方法。样品经氢氟酸–王水分解后，溶液底部会有少许絮状不溶物，后经加入硫酸后可使样品分解完全。初步判断絮状不溶物为二氧化钛水解后的产物，至于具体是何种物质还需要进一步实验。本方法分析流程简单，易于掌握，灵敏度高，测定结果准确可靠，精密度高，同时在测定大批量样品时可以大幅降低劳动强度，节约劳动时间，提高工作效率，降低生产成本。

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俄科学家研制出净化油污土壤的生物吸附剂

据俄塔斯社消息，西伯利亚列舍特涅夫国立大学的科学家研制出一种用于净化油污土壤、恢复植被层的生物吸附剂。该吸附剂由多孔聚合材料制成，1 m3吸附剂能吸收1 t石油，是同类产品的7～10倍。吸附剂内含从石油污染地区土壤中分离而得的石油氧化微生物，能将石油分解为无毒简单化合物。

西伯利亚国立大学专家表示，只需将生物吸附剂粉末撒在被石油污染的土壤表面，石油产品就会与吸附剂粘合(被吸附剂“吸收”)，随后微生物利用石油产品和吸附剂中的有机成分积极繁衍。一个暖季内，土壤中所有石油或石油产品均分解为二氧化碳和水，与此同时植被层得以恢复。而在自然条件下，该恢复过程则需耗费几十年，尤其在北方地区。俄北方地区对该种吸附剂的需求迫切。今后拟在生产中利用树皮或锯木屑，这恰好是克拉斯诺亚尔斯克边疆区木材加工废料问题的解决方法之一。

(中国化工仪器网）

Determination of Magnesium Oxide in Pre-Melting Refining Slag by Flame Atomic Absorption Spectrometry

Han Fuqiang, Zhang Caixia, Li Yang, Xi Xiuli, Wang Shengjin
(The Eleventh Geological Brigade in Hebei Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources, Xingtai 054000, China)

The flame atomic absorption spectrometry was established for the determination of magnesium oxide in pre-melt refining slag. The samples were decomposed with hydrochloric acid, nitric acid，hydrofluoric acid and perchloric acid. After adding a small amount of sulfuric acid, the sample was decomposed, and the bottom of the solution was flocculent insoluble. The interference was eliminated by adding strontium chloride in hydrochloric acid medium before the determination by air–acetylene flame AAS. The relative standard deviation of the measurement result was 0.50%–1.08%(n=12), and the relative error was –0.92% for determination of the reference material, and the recovery rate of the standard was 97.56%–102.14%. The method is quick and easy to operate, and it is suitable for the analysis of bulk samples.

magnesium oxide; pre-melting refining slag; flame atomic absorption spectrometry

O657.3

A

1008–6145(2017)05–0089–04

10.3969/j.issn.1008–6145.2017.05.023

联系人：韩夫强；E-mail: 28822507@qq.com

2017–07–05