微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定汉中天台山锰矿中二氧化硅含量

李成福，任战利，曹有全

(1. 青海地质调查局，青海 西宁 810001； 2. 西北大学地质学系，陕西 西安 710069； 3. 青海省第五地质矿产勘查院，青海 西宁 810028)

微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定汉中天台山锰矿中二氧化硅含量

李成福1，任战利2，曹有全3

(1. 青海地质调查局，青海 西宁 810001； 2. 西北大学地质学系，陕西 西安 710069； 3. 青海省第五地质矿产勘查院，青海 西宁 810028)

利用微波消解技术对锰矿石进行预处理，随后采用电感耦合等离子体原子发射光谱测定其二氧化硅含量。微波消解条件为：以浓硝酸、浓盐酸为消解液，消解压力5.0 MPa，消解时间15 min，在分析谱线251.61 nm处测定微波消解后样品的锰含量。三种样品测定结果与国标方法结果较为一致，具有简便、快速、准确等优点，从而可用于相关产业生产控制分析。

锰铁；微波消解；电感耦合等离子体原子发射光谱法；二氧化硅

陕西汉中天台山锰矿储藏丰富，锰矿石中除含有锰外，另含有铁、碳、硅、磷、硫等元素，通常锰矿石中SiO2含量不高，一般小于20%[1-2]，但其含量直接影响锰矿石的烧结与冶炼，例如用于冶炼锰铁的富矿或精矿一般要求SiO2的含量在15%以内[3]，因此如何方便、快速、准确测定锰矿石中SiO2含量意义重大。

目前传统测定锰矿石中SiO2含量的分析方法主要有：高氯酸脱水重量法[4]、氟硅酸钾容量法[5]与硅钼蓝分光光度法[6]，但上述分析方法均需提前配制强酸或强碱溶液对样品进行高温熔解预处理，费时费力，难以满足日常生产中快速检测的需求。微波消解是近年发展起来的一种快速溶样技术，具有消解速度快、耗用试剂少、易挥发组分不损失、节能等优点，已应用到环境、生物、医药、食品、冶金、建材等诸多领域[7-8]，而电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)具有灵敏度高、检出限低、动态线性范围宽、可满足多元素同时检测，且快速准确等特点[9]，因此本研究以锰矿石为研究对象，探索微波消解对锰矿石预处理后，利用电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定其中SiO2含量。

1 试验部分

1.1试验仪器

Optima 8000 DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司)；密闭高压消解罐(德国Berghof公司)、MWD-520型微波消解仪、DB12-20型不锈钢恒温电热板(天津labotery)。

1.2试验试剂

浓硝酸、浓盐酸、SiO2标准溶液、盐酸、硫酸、氢氟酸、高氯酸、双氧水和无水碳酸钠，上述试剂均为分析纯，试验用水为超纯水，锰矿石样品(汉中天台山)。

1.3样品预处理

准确称取0.5 g锰矿石样品，加入至密闭高压消解罐后，各加入5 mL浓硝酸、5 mL浓盐酸，放置于微波消解仪中，按照设定的溶样程序，进行程序升温加压，见表1所示。待消解结束后冷却，将样品溶液加热驱酸后稀释，转移至100 mL容量瓶定容待测。

表1 微波消解过程

1.4 ICP-AES法

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定溶液SiO2浓度，检测条件为：测定波长251.61 nm，发生器功率1.3 kW；四通道蠕动泵，泵速1.5 r/min；工作气体为氩气(99.99%)；冷却气流量：14 L/min；辅助气流量1.2 L/min；雾化气流量0.8 L/min；积分时间15 s；重复3次。配置不同浓度的SiO2标准溶液，以发射强度对SiO2质量浓度作标准曲线，随后测定样品溶液中的SiO2含量。

1.5高氯酸脱水重量法

准确称取0.50 g锰矿石样品置于烧杯内，另加入15 mL盐酸、3 mL硝酸加热至未有氮氧化物产生后，滴加过氧化氢溶液，并加热煮沸后过滤，将滤渣放入马弗炉中加热至750℃灰化，随即加入3 g无水碳酸钠，继续加热至1 000℃保持10分钟，随后将熔融液与滤液合并，并加入20 mL高氯酸过滤洗涤，将沉淀放入1 000℃马弗炉中灼烧至恒重，记重量为m1,随后往沉淀中滴加硫酸和氢氟酸，置于电炉蒸干后，放入1 000℃马弗炉中灼烧至恒重，记重量为m2，通过质量差(m1-m2)计算SiO2含量。

2 结果与讨论

2.1样品前处理条件选择

锰矿石中的SiO2含量能否准确测定，主要取决于样品在预处理过程中是否完全消解。一般微波消解样品时，多选用HNO3、HCl或其混合酸作为消解溶液[10]，本试验比较了上述强酸及其混合酸在同样的微波消解条件下对锰铁的消解情况，见表2所示。从表2中可见，当锰铁称样量为0.50 g，浓硝酸与浓盐酸均为5.0 mL时，观察到样品的消解情况最好。同时，将该消解条件后的样品溶液，于15天后重新测定，测定其中SiO2含量也较为一致，表明了该预处理样品方式得到的溶液在15天内保持稳定。

表2 样品消解条件的选择

2.2线性回归方程

按照电感耦合等离子体原子发射光谱法确定的试验条件，分别配置浓度为0，0.5，1.0，5.0，10.0 mg/L的锰标准溶液，以锰的质量浓度对发射强度绘制工作曲线，得到线性方程为y=163.43x-20.51，相关系数r>0.999，从而保证分析结果的准确性。

2.3回收率与精密度

在锰矿石中加入不同量的锰标准溶液，利用工作曲线对锰含量进行测定，回收率与精密度结果如表3所示。从表3中可见，用工作曲线测定锰铁中的锰含量，回收量与加入标准量基本吻合，且精密度较好。

表3 回收率与精密度试验结果(n=3)

2.4与其他方法比较

分别按照国标推荐的高氯酸脱水重量法和微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰矿石中SiO2含量，平行测定3次，见表4所示。从表4中可见，采用微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法测定结果与国家规定的高氯酸脱水重量法结果最大仅相差0.76%，从而具有较好的准确度。

表4 锰矿石中SiO2含量结果(n=3) %

3 结 论

本方法对锰矿石采用微波消解预处理，具有简便、快速、试剂用量小等优点，随后利用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定样品溶液中的SiO2含量。与国家规定标准方法相比，具有较好的精密度与准确度，从而可满足相关工业生产的快速分析要求。

[1] 王尔贤. 中国锰矿石的开采与深加工[J]. 电池工业, 2007, 12(4): 268-272.

[2] 金献忠, 陈建国, 梁帆, 等. 碱熔融-ICP-AES法对锰矿石中主量、次量与痕量元素的同时测定[J]. 分析测试学报, 2009, 28(2): 150-156.

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RapidDeterminationofSiO2inFerromanganeseofTiantaiMountain'sbyICP-AESwithMicrowaveDigestion

LI Chengfu1, REN Zhanli2, CAO Youquan3

(1.QinghaiBureauofGeologicalSurvey,Xining,Qinghai810001,China; 2.NorthwestUniversity,Xi'an,Shanxi710069,China; 3.The5thGeologicalMineralExplorationInstituteinQinghaiProvince,Xining,Qinghai810028,China)

A rapid method of ICP-AES determination with microwave digestion of silicon dioxide in ferromanganese was proposed. The conditions of microwave digestion were chosen. High nitric acid and hydrochloric acid were selected as digestion solution. The digestion pressure was 5.0 MPa and the digestion time was 15 min. The silicon dioxide contentions of samples were respectively measured at the analytical spectral line at the wavelength of 251.61 nm after microwave treatment. The determination results of three samples were in agreement with national standard method. The proposed method is simple, rapid and accurate. Therefore, it can be suitable for an analysis of corresponding industrial production control.

Ferromanganese; Microwave digestion; CP-AES; Silicon dioxide

2017-06-26

国家科技重大专项(2011ZX05005-004-007HZ)；中国地质调查局科研项目(12120113040300-01)。

李成福(1985-)，男，青海湟中人，硕士研究生，研究方向：地质矿产资源勘查，手机：18197069192， E-mail：280423455@qq.com.

O657.31

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.043