电感耦合等离子体光谱法测定几内亚红土型铝土矿中的Al2 O3、Fe2 O3、SiO2、TiO2

韩婷婷，余文丽

（1.中化地质矿山总局河南地质局，河南 郑州 450011；2.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南 郑州 450018；）

关键字：电感耦合等离子体；红土型铝土矿；Al2 O3、Fe2 O3、SiO2、TiO2

几内亚的铝土矿资源十分丰富，储量世界第一，号称“铝矾土国王”，其铝土矿资源量约占世界总量的2／3，且品味高、富铝、高铁、低硅、易采、易选等，属富含三水铝石的红土型铝土矿［1-3］。，其中Al2O3平均含量高达35%～60%，Fe2O3含量10% ～32%，SiO2含量 ＜3%［2］。

目前铝土矿中的硅铝铁钛的测定传统分析方法多采用比色、容量法等［4-6］，测试过程繁琐，对几内亚铝土矿、高含铁的铝矿的测定有较大的影响，需要分离。因此测试效率低，过程复杂，且只能进行分析测试单个元素。电感耦合等离子体光谱法灵敏度高，准确性好，可以同时测定铝土矿中的主要成分，测试效率有了很大的提高，能够更快速、高效的为地质找矿服务［7］。

1 实验部分

1.1 主要仪器

全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪（德国斯派克 SPECTROBLUE）；高纯氩气（99.9%）；马弗炉；烘箱。

1.2 主要试剂

氢氧化钠（分析纯）、过氧化钠（分析纯）、盐酸（分析纯，1.18g／mL）、试验用水为去离子水。

硅单标储备液（GSBG62007-90，500μg／mL）、铝单标储备液（GSBG62006-90，1000μg／mL）、铁单标储备液（GSB 04-1726-2004，1000μg／mL）、钛单标储备液（GSBG62014-90，1000μg／mL）。

1.3 仪器工作条件

实验选定的最佳工作条件：

等离子体功率为1450W；工作气体为氩气，冷却气流量为12L／min；辅助气流量为1.0L／min；雾化器流量为0.8L／min；蠕动泵转速为30 r／min。

1.4 试验方法

称取0.1000g（精确至0.0001g）预先在105℃烘2h试样，置于30 mL银坩埚中，加入1.0g氢氧化钠，加入0.2g过氧化钠，混匀，再覆盖1.0g氢氧化钠，放入马弗炉中，从低温升起，升至700℃，到温10min之后取出坩埚，摇晃一下，再放入马弗炉中，到温5min之后取出。稍微冷却后，放入250 mL塑料烧杯中，加入50 mL热水浸取，待熔块脱落之后，洗出坩埚。把提取液倒入预先装有50 mL（1+1）盐酸的250 mL容量瓶中，边倒边摇晃。用水稀释至刻度，摇匀。

分取20 mL溶液于100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，用ICP-AES测定。

1.5 标准曲线的配置

根据三水型铝土矿的成分特点，为和待测样品的样品含量尽可能保持一致，需要不同元素配置不同的浓度点。待测样品中硅、钛含量较，曲线浓度较小，铁和铝含量较高曲线配置成较高浓度，这样能更接近样品的实际状态，得出准确的结果。

校准曲线系列溶液通过移取一定量的硅、铁、铝、钛标准溶液至预先装有20 mL试液空白溶液的100 mL容量瓶中，配置成含有不同浓度的系列溶液。加入20 mL空白溶液是使校准曲线和样品基体保持一致。绘制标准曲线，见表1，其中元素相关系数为r≥0.9996。

表1 标准曲线的配置 μg／mL

2 结果与讨论

2.1 样品处理方法的选择

铝土矿一般采用碱溶分解试样，酸溶对有些矿物分解的不彻底而导致结果偏低。碱熔一般采用镍坩埚或者银坩埚。镍坩埚熔矿会导致大量的镍熔下来，引入大量的镍元素，因此采用银坩埚熔矿。本文比较了方法1（氢氧化钠）熔矿和方法2（氢氧化钠+过氧化钠）两种熔矿方法的结果。选取两个国家标准物质ZBK 394，ZBK 395，分为两组，分别用两种溶矿方法，测定结果见表2。

表2 两种溶矿方法的实验结果 w／%

几内亚铝土矿属于三水型铝土矿物，虽然三水铝石比较好溶，但是由于样品中铁含量比较高，使用氢氧化钠可能导致某些样品溶解后底部有黑渣，经过分析，可能是部分铁没有溶解完全。因此，采用氢氧化钠+少量的过氧化钠溶矿，对于含铁比较高的三水铝石样品，溶矿更为完全。

过氧化钠会腐蚀银坩埚，因此我们加入少量过氧化钠即可。且经过实验，少量过氧化钠不会对造成大量的银脱落，对坩埚造成影响。

2.2 溶样温度、溶矿时间的影响。

一般银坩埚选择650～750℃溶矿。本文用ZKB 394这个标准物质，马弗炉分别设置为600℃、650℃、700℃、750℃、对比溶矿温度对结果的影响。

由图1看出，温度小于700℃的，温度太低，可能导致溶矿不完全。温度大于700℃的，温度太高，会有银脱落，对坩埚腐蚀的较为严重，因此设置为温度为700℃。

溶矿时间小于15min，时间太短，＞15min，溶矿时间太长，溶矿时间太长，溶液容易漫到银坩埚壁上，可能会导致溶液有损失，且会有银脱落，对坩埚腐蚀的较为严重，因此溶矿时间设置为15min。

图1 溶矿温度的影响

2.3 分析线的选择

在电感耦合等离子体发射光谱的实际分析中，共存元素会激发产生谱线从而引起光谱干扰，光谱的干扰程度与谱线的选择有很重要的关系，因此分析谱线的选择很重要。

根据仪器推荐的谱线，选择2-3条互相光谱干扰小，背景低，灵敏度适合的谱线，进而选择最优的分析谱线。几内亚三水铝土矿中铝、铁的含量比较高，硅、钛的含量相对较低，因此，针对这个情况，在兼顾灵敏性的同时选择干扰比较小的谱线，选择的谱线见表3。

表3 待测元素分析线

2.4 元素的光谱干扰及基体干扰的消除

由于采用氢氧化钠+过氧化钠碱熔，待测试液中有大量的钠盐基体，考虑到如果氢氧化钠加入量过大，导致溶液中有大量的盐类，容易堵塞雾化器且背景值也会很高，基体效应影响严重，仪器稳定性降低，准确度受到影响。因此，本文采用减少称样量，从而减少盐类对测定的影响，并稀释的方法使溶液中盐类总量降低。并在标准溶液中加入空白溶液，使标准系列与待测溶液保持一致，结果更准确可靠。

2.5 方法准确度和精密度

利用本实验方法对国家标准物质ZBK 394，按试验方法分别制样7份，在仪器工作条件下进行测定，计算平均值和标准值的相对标准偏差。由表4可知，本方法测定结果的相对标准偏差在0.07%～0.37%，RSD在0.82%～3.09%。测定均值与样品参考值基本吻合，表明方法的精密度、准确度均比较好。

表4 方法的准确度和精密度（n＝7）

2.6 加标回收率实验

选择称取国家标准物质ZBK 394，在标准样品中加入一定量的标准溶液，按照实验分析方法，进行回收率实验，其结果如表5所示。加标回收率在94.96%～103.07%，该方法准确可靠。

2.7 方法对比

取未知样品4份，按照本文建立的方法对未知样品进行分析，二氧化硅采用硅钼蓝比色法，三氧化二铁采用容量法，三氧化二铝采用容量法，二氧化钛采用二安替比林甲烷比色法与本方法的测定结果进行对比。结果见表6，相对偏差0.07% ～3.22%之间，能满足 DZ／T0130-2006［8］的要求。

表6 样品中不同方法分析结果比对

3 结语

针对几内亚红土型铝土矿的高铝高铁低硅的特点，采用银坩埚，氢氧化钠加入一点过氧化钠溶矿，解决了高含量铁熔矿会有黑渣溶解不完全的问题。用元素比例接近待测样品制作标准校准溶液，并加入空白溶液，保持与待测样品一样的基体，消除了盐类基体对测定准确性的干扰。通过国家标准物质以及实际样品的验证，测定结果准确，分析速度快，能同时检测铝土矿中的多种元素，与传统分析方法相比具有明显的优势，可以满足批量红土型铝土矿石样品日常检测的需求。