地矿实验室样品测试中的质量管理研究

2020-12-20 15:49:30任崇才
中国金属通报 2020年10期
关键词:等离子体电感原子

任崇才

(新疆矿产实验研究所,新疆 乌鲁木齐 830000)

从社会经济层面上分析,地矿测试对于国家矿产资源的储量计算能够形成有效的数据支持,对推动社会经济发展有积极意义,同时,地矿测试分析对于矿物开发、冶炼等工作也有积极意义。

1 地矿实验室样品测试方法

1.1 极谱法

极谱法的特点是投资少,运行成本偏低,在分析化学领域易于推广。尤其是在某些极谱催化波系统中具有很高的选择性和灵敏度,因此广泛应用于医药、食品和冶金方面。与传统测定方法相比,极谱法的应用优势在于实验检测结果的精准度比较高,整个实验流程耗时较短,可以提高工作效率,在第一时间对土壤当中的钨元素含量及质量进行判断。极谱法的基本应用原理是:试料经碱熔分解,热水提取,铁、钛、钴、镍等元素呈氢氧化物沉淀与钨分离,在硫酸氯酸钾苯羟乙酸辛可宁底液中,钨产生灵敏的极谱催化波,峰电位约为-0.76V,钨含量在0.02μg/mL ~0.06μg/mL,峰高与浓度呈线性关系。因此,通常技术人员可以通过绘制曲线图的方式,判断影响钨元素质量的原因,为人们使用这种元素进行相关产品的制作提供数据支持。其利用的方法较为简便,分析所需要的成本较低。不经分离富集,在此体系中极谱法连测,优化实验条件,从而能更好的测出铂的含量。该方法准确度和精密度较好,且简单操作,成本又低,可以进行推广。

1.2 分光光度法

在电感耦合等离子体法测定元素含量之前,分光光度法是测定元素含量的常用方法,它是一种基于对光的选择性吸收的分析方法。其优点是设备简单易操作,适应性强,使用范围广,因此分光光度法适用于测定野外中元素的快速分析方法。能够快速分析贵金属元素的研究方面。在聚四氟乙烯容器中用盐酸-氯酸钾-氯化钠-氟化氢氨在常温常压下密闭分解样品,用琉基棉富集铂,电炉加热灰化处理后采用萃取比色法快速测定了样品中的金属元素。此方法可以不需要实验室内大型试验设备及较好的条件,在简单的条件下,采用目视比色法可以快速测定元素的含量,但比色法的精度不高。

1.3 电感耦合等离子体原子发射光谱法

电感耦合等离子体原子发射光谱法((ICP-AES)是目前测定元素含量的方法中发展较快且应用较广的。电感耦合等离子体原子发射光谱法现已广泛应用于土壤、合金等样品中铂的测定。该方法利用被激发的气体原子或离子发射的特征光谱,以感应耦合等离子体作为原子发射光谱,来确定元素的组成和含量。在测定铜冶炼烟灰中元素含量时,考虑铜冶炼烟灰中成份较为复杂,所以采用火试金富集,在王水介质中用电感耦合等离子体发射光谱仪测定铜冶炼烟灰中铂。在一项研究中所用的方法较为简便、快速准确,能有效地满足铜冶炼系统产生的烟灰中铂和把的日常检测分析。在测定石油化工废旧催化剂中铂的含量中,以低浓度硫酸为介质,用标准曲线法进行样品分析,测得元素含量与回收金属含量相吻合,所用该分析方法测定废旧催化剂中的铂含量方法较为实用和方便。

1.4 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是一种比电感耦合等离子体原子发射光谱法具有更高的精密度的一种方法,但设备价格要比后者贵。它还具有动态线性范围宽、检测限低,谱线较为简单、抗干扰的特点。经常与不同的样品前处理及富集技术相结合,成为痕量、超痕量贵金属元素分析的工具。20 世纪80 年代后期,在国外就有了报道,近二十多年来更是发展飞速。

1.5 荧光光谱法

X 射线荧光光谱法被用于各个行业领域,比如环境监测、生物制品检测以及易学分析等等,但是其最常用的是岩矿分析中的金属元素的检测。在岩矿分析中采用X 光荧光光谱法检测的时候,应该首先对样品进行定性分析,接着开始检测试验,然后依据检测成分,再进一步进行定量分析。该方法以四硼酸锂-偏硼酸锂为混合溶剂,对混合液的预氧化温度、时间,稀释比,熔融温度与时间等进行严格的控制,将二氧化硅作为玻璃化试剂、溴化锂溶液作为脱模剂,该检测方法满足精矿快速分析的要求。

2 地矿实验室样品测试——以金的测定为例

2.1 样品加工方法

金在自然界含量极低,主要以自然金存在且分布极不均匀,能和银、铜和铂族元素形成合金,也可以和锑形成化合物。自然金具有高度的延展性,不易进一步被粉碎,含有明金的地质样品,样品加工制备的代表性和均匀性难以保证,致使最终分析结果的重现性差,且分析结果严重偏低,即使增加分析次数也难获得正确的结果。

多数实验室对样品加工采用颖式破碎机粗碎一对辊机中碎一磨盘细碎一棒磨机细碎工艺,由于金与共生矿物硬度相差大,造成金破碎不完全,在相关的研究中,学者们在硬度低的岩石样品中加入助磨剂——石英,将样品研磨充分,达到了很好的效果。还有一些学者用圆锉棒磨法对矿石样品进行处理、研磨,大大提高了样品的均匀性,并使得样品具有很高的代表性。

2.2 样品前处理

含金地质样品中常伴有干扰元素,如硫,砷,有机质等影响金的分解富集,样品分解需要预处理,目前广泛采用焙烧法除去这些干扰元素,采用两阶段焙烧法,将要分析的样品置于马弗炉中,先升温至450℃,保温1h,使样品中的金属砷化物分解,挥发除去砷和部分硫、碳,再继续加温至800℃,保温2h,使黄铁矿等金属硫化物分解,挥发除去硫和碳,使样品中的砷、硫、碳等杂质的含量降到最低。

2.3 样品分解

金矿样品分解过程中常用的有火试金法、碱熔融法、酸分解法。但火试金法存在试剂用量大,成本高,空白高等缺点;碱熔融法取样量小,不具有代表性。酸分解法具有空白值低、操作简便、成本低廉、不需要特殊设备等特点,是目前溶解金元素较为常用的方法。

王水的溶解能力很强,是金和金矿最好的溶剂。王水的作用主要是盐酸和硝酸反应所产生的新生态的氯具有极强的氧化能力,加速了试样的分解,是测定金报道最多的方法,在地球化学勘查中发挥了重要作用。此外逆王水也有很强的氧化能力,适用于含铅试样的分解。

2.4 酸-氧化剂分解方法

在盐酸中加入适当的氧化剂,如过氧化氢、氯酸钾、溴水等后,由于这些氧化剂和盐酸作用生成新生态氯,即能溶解金。赵延庆等认为在王水中加入1m1 溴水可以使金全部被氧化,刘军等采用大体积高压密闭罐分别以盐酸-过氧化氢-氯酸钾和王水为消解体系,将实验方法应用于地球化学一级标准物质中金的测定,结果与认定值相符。

2.5 样品分离富集方法

对于性质不同的矿石样品,为了获得更高的检测精度,应该使用不同的分离富集方法,一般比较常见的活性炭吸附法和泡塑吸附法。

2.5.1 活性炭吸附

活性炭具有疏松多孔,比表面积较大等特性,是优良的吸附剂吸附,吸附机理普遍分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要来自于范德华力;化学吸附是由于活性炭在酸性介质中吸附氢离子而带正电荷,从而吸附贵金属络阴离子。

活性炭质量的好坏,对金的吸附有很大的影响。郭林中等对活性炭进行了硝酸改性处理,金的回收率能达到96.6%~99.1,精密度最好。刘先国等在活性炭吸附过程中加入氯化亚锡,采用动静态相结合的吸附方式对化探样品中的金,回收率达到90%以上。

2.5.2 泡塑吸附

泡沫塑料在金属的富集中比较常用,该方法的原理尚有待更深入的研究,根据目前的研究结果,该方法主要利用氨基离子的交换作用和极性基团的吸附作用,但这并不影响它的应用。泡塑大多采用聚氨酯型泡塑,也可以用聚氨醚泡塑。

泡塑吸附操作简单,相对于活性炭吸附更容易使用,活性炭吸附时,一般需要将吸附柱冲洗多次,将其表面的杂质清洗干净,而泡沫吸附一般冲洗两到三次即可。除此之外,泡塑价格低廉,取材容易,并且现阶段市场销售的聚氨酯泡沫只需要稍微处理一下就可以直接使用,非常方便。由于泡塑吸附金后易于无臭灰化或者被硫服解脱,现已成为测定岩石矿物中金的重要手段。

将泡塑预处理后可增加其吸附性能,将聚氨酯泡沫塑料用5%NaOH 溶液浸泡60min,再用10%HCl 溶液浸泡120min 预处理后,吸附测定金矿石国家标准物质,测定值与标准值基本一致。聚氨酯泡沫塑料在无水乙醇中最佳浸泡时间为4h,该方法金回收率在95%以上,用载炭泡塑吸附金,用ICP-OES 测定金量,实现了载炭泡塑对金的振荡吸附,吸附率高,对共存元素的抗干扰能力强,对低含量和高含量的样品均有较高的准确度,采用负载二苯硫服聚氨酯泡塑同时分离富集痕量金,对国家标准物质中金检测结果与标准值基本相符。

2.6 样品测试方法

地质样品经分解,富集,吸附后制成的金溶液可以根据其含量高低选用合适的仪器测试,常用的有分光光度计比色法,原子吸收光谱法,电感藕合等离子体发射光谱法。

2.6.1 分光光度比色法

分光光度法,依据朗伯-比尔定律,通过测定元素在某一波长或者波长范围内的吸光度进行元素的测定。硫代米蚩酮是光度法测定金中应用最广、灵敏度较高的显色剂,它与Au+形成配合物可直接测定,也可用有机溶剂萃取后测定,此外孔雀绿和结晶紫也是金的灵敏的显色剂,但比色法常用到有机试剂,一方面对环境造成污染,另一方面损害检测人员身体健康,且萃取时间长,劳动强度大,不适合大批量操作。

2.6.2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法由于其仪器结构简单、操作简便、易于掌握、价格便宜、分析速度快、耗费低、选择性好、精密度高等优点,在冶金、地质、化工、医药、刑侦和食品卫生等领域得到了广泛应用。地质样品经分解,富集,吸附后制成的金溶液可以直接用原子吸收法测量,测试时由于加热方式及不同分为石墨炉原子吸收光谱法和火焰原子吸收光谱法,其中常量金用火焰原子吸收法测量,痕量金用石墨炉原子吸收法测量。

2.6.3 电感耦合等离子体发射光谱法

金的地质样品经分解,富集,吸附解吸附后也可以选择电感藕合等离子体发射光谱法测量,此方法对金的分析性能好、检出限低、线性范围宽,可以用一条校准曲线分析较宽浓度范围的试样,对于含量较低的元素测定,可以提高检测精度,对于含量较高的样品,不需要对其进行稀释操作,比较适合用在含量跨度达4 个数量级的金矿石样品的检测。但是其仪器本身价格昂贵且耗材高,一般在满足测量条件下选用其他仪器代替。

3 结语

地矿测试工作作为地球科学研究的关键性工作,在当前技术水平与技术环境下已经得到了较好的技术升级与更新。为了能够提高测试结果准确性,从地质样品的加工,预处理,分解,分离富集方法和仪器测试的各个方面,岩矿测试工作者们一直在研究更加先进的检测技术。在检测过程中,应该从样品的处理、检测方法的选择等多个方面,对检测质量进行严格的控制,提高检测效率与检测精度。

猜你喜欢
等离子体电感原子
原子究竟有多小?
原子可以结合吗?
带你认识原子
连续磁活动对等离子体层演化的影响
基于低温等离子体修饰的PET/PVC浮选分离
基于NCP1608B的PFC电感设计
等离子体种子处理技术介绍
新农业(2017年2期)2017-11-06 01:02:23
隔离型开关电感准Z源逆变器
改进型抽头电感准Z源逆变器
基于MSP430G2553的简易数字电感表
河南科技(2014年14期)2014-02-27 14:12:08