泡沫塑料富集-火焰原子吸收光谱法测定矿物中低品位伴生金含量

李杰阳

(云南锡业股份有限公司 卡房分公司，云南 个旧 661000)

前言

我国矿物中低品位伴生金资源占黄金总储量40%左右。丰富的资源为开发利用低品位伴生金提供了可靠的物质基础，是我国金矿资源的重要组分部分[1]。

云南锡业某矿区有色金属原矿石矿物主要成分有黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿等，其中有时含有一定的伴生金。本文以云南锡业某矿区有色金属矿物中低品位伴生金含量为研究对象。目前，低含量金的测定方法有原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等[2-7]。本文通过对矿石矿物结构性质的了解，选用操作快捷、经济、安全、环保的泡沫塑料富集-火焰原子吸收光谱法测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器、试剂材料及样品

在实验中仅使用确认为分析纯的试剂和蒸馏水或去离子水或相当纯度的水。

TAS-990或TAS-986原子吸收光谱仪(北京普析通用仪器有限责任公司)；金元素空心阴极灯；SHA-BA恒温振荡器(常州市中贝仪器有限公司)。

聚氨酯泡沫塑料：将泡沫塑料剪成边长50 mm×宽50 mm×厚5～8 mm的小块，用蒸馏水洗净晾干。

负载三正辛胺的泡沫塑料：称取20 g晾干的泡沫塑料块，浸于160 mL三正辛胺浓度为1.5%的乙醇溶液(3 mL三正辛胺+157 mL乙醇溶液)中，反复挤压使泡塑浸泡均匀，在60～70 ℃下小心烘干备用。

硫脲解脱液(硫脲浓度0.5%，盐酸浓度1%)：称取5 g硫脲、量取10 mL盐酸溶于1 000 mL水中，摇匀。

金标准储备溶液(100 μg/mL)：称取0.100 0 g金(99.999%)，置于300 mL锥形瓶中，加入20 mL王水，低温溶解完全，加入5滴氯化钠溶液(200 g/L)，于沸水浴上蒸干，加5 mL盐酸蒸发至干(重复3次)，加入100 mL盐酸温热溶解后，移于1 000 mL容量瓶中。用水稀释至刻度，混匀。

金标准溶液(20 μg/mL)：移取20.00 mL金标准储备溶液(100 μg/mL)置于100 mL容量瓶中，加入20 mL盐酸，用水稀释至刻度，混匀。

标准样品：铜精矿ZBK 338、ZBK 340(山东济南)；当地产种类不一的6个样品：原矿1#、原矿2#、原矿3#和精矿1#、精矿2#、精矿3#。

1.2 实验方法

1.2.1 试样的处理

称取试样10～20 g于50 mL瓷坩埚中(原矿15～20 g、精矿10～15 g，精确至0.000 1 g，样品粒度应不大于0.082 mm，样品应在100～105 ℃烘1 h 后置于干燥器中，冷至室温)，置于马弗炉中，炉门不能关严、处于微开状态，从室温开始升温到450 ℃，在450 ℃内焙烧30 min，搅拌第1次，再焙烧30 min 后；继续升温到650 ℃，在650 ℃内焙烧30 min，搅拌第2次，之后再焙烧30 min，搅拌第3次，继续焙烧30 min，以除尽碳、硫、砷及其他有机物，取出冷却；若有结块现象，增加搅拌次数及频率。

1.2.2 试样的分解

在300 mL锥形瓶中，加入1～3 g酒石酸和5～15 g氟化钠，再加10 mL蒸馏水，加热至大部分溶解(不粘底)，取下冷却，将焙烧好的试样移入锥形瓶中，用10～20 mL(1+4，V/V)稀盐酸清洗瓷坩埚内壁并移入锥形瓶中，加入45 mL盐酸和15 mL硝酸，在低温电热板上加温煮沸20 min以上(样液体积应控制在10～30 mL；加温溶样有溢出现象时，一定要控制好加温速率)，取下冷却，加70～90 mL蒸馏水(保持稀王水溶液在10%～20%，V/V)。

1.2.3 试样的吸附与解脱

在锥形瓶中加入0.1～0.5 g负载三正辛胺的泡沫塑料，按原矿∶精矿=1∶4配制，盖上有小孔的筛子，在震荡器中震荡吸附45 min，取出泡沫块用水冲洗并用手挤压数次，清洗干净后自然放入25或50 mL比色管底部，用移液管移取25 mL硫脲解脱液加入比色管中，沸水浴加热解脱20 min，并趁热用玻棒搅动并挤压1 min(100次)以上，不取出泡塑，摇匀。

1.2.4 测试

在原子吸收光谱仪波长242.8 nm处，空气-乙炔火焰中，以硫脲解脱液校零(每次测试都要校零)，及时测其吸光度。随同试样做空白实验。

1.2.5 工作曲线的绘制

吸取0、0.50、1.50、3.00、5.00、10.00 mL含金10 μg/mL的金标准溶液于25 mL比色管中，用硫脲解脱液来定容，此溶液为含金0、0.2、0.6、1.2、2.0、4.0 μg/mL的工作溶液，按试样相同条件，用原子吸收光谱仪测定后建立工作曲线。

1.2.6 分析结果的计算

按式(1)计算出试样中的金量。

公式中：ω—矿石中金含量，g/t；

c—从工作曲线上查得的金量浓度，μg/mL；

V—加入硫脲解脱液的体积，mL；

m—表示称取试样的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 原子吸收光谱仪的性能考察

原子吸收光谱仪最佳工作条件为波长242.8 nm、灯电流4.0 mA、光谱带宽0.4 mm、燃烧器高度6.0 mm、空气压力0.2 MPa、乙炔压力0.05 MPa、乙炔流量1 200 mL/min。

用含金0、0.2、0.6、1.2、2.0、4.0 μg/mL的工作溶液进行测定，金量与吸光度之间的线性回归方程为y=0.002 5x+0.000 3，相关系数r=0.999 89；选取浓度c为0.2 μg/mL金标准溶液，连续测定11次，求得吸光度A平均值为0.013，标准偏差S为0.000 83，计算出DL=3cS/A=0.038 31 μg/mL。

2.2 聚氨酯泡沫塑料尺寸大小及负载三正辛胺吸附性实验

矿物经过浮选工艺，将低品位伴生金富集到铜精矿中，金含量通常不超过3.5 g/t。矿石试样处理后，待测金组分以AuCl4-的形式进入溶液中，并用聚氨酯泡沫塑料富集金，与其它干扰组分分离，以此满足准确测定。

选择市面上常见的聚氨酯泡沫塑料(带黄色)，分别用洗净聚氨酯泡沫塑料吸附和聚氨酯泡沫塑料负载三正辛胺吸附实验。准确移取10 μg金量(下同)，按分析方法操作，结果见表1。

由表1可见，聚氨酯泡沫塑料本身具有吸附金的能力，但负载三正辛胺后聚氨酯泡沫塑料对金的吸附能力有明显改善；聚氨酯泡沫塑料的尺寸大小对金的吸附能力有影响。每次新使用的聚氨酯泡沫塑料必须进行吸附性实验，吸附回收率≥95%时才能使用。重复使用负载三正辛胺聚氨酯泡塑泡沫测定结果有波动，有破损或颜色发黑的尽量不重复使用。

表1 聚氨酯泡沫塑料尺寸大小及负载三正辛胺吸附性实验Table 1 Size of polyurethane foam and adsorption of tri-n-octylamine

2.3 王水浓度对吸附金的影响

改变王水浓度，振荡吸附60 min，按分析方法操作，结果见表2。

表2 王水浓度对吸附金的影响实验Table 2 Effect of aqua regia concentration on adsorption of gold

从表2可见，王水浓度在10%～20%金的回收率为佳。

2.4 不同温度下吸附时间对测定金的影响

不同温度下改变吸附时间，按分析方法操作，测定结果见表3。

从表3可见，加热对吸附的效果不明显。金的吸附速度随金品位的降低和试样量的增加而降低，振荡吸附时间需延长至90 min，一般样品振荡吸附30 min即可，故选用常温下吸附45 min。

表3 不同温度下吸附时间对测定金的影响实验Table 3 Effect of adsorption time on determination of gold at different temperatures

2.5 解脱液中硫脲、盐酸浓度对测定金的影响

固定吸附条件(吸附介质20%王水，吸附时间60 min)，解脱时间(20 min)，改变解脱液中硫脲、盐酸浓度进行金吸附回收实验,测定结果见表4。

表4 解脱液中硫脲、盐酸浓度对测定金的影响实验Tabl 4 Effect of thiourea and hydrochloric acid concentration in decomposed solution on determination of gold

从表4可见，硫脲浓度对金的回收率影响呈上升趋势且在0.5%以上趋于稳定；盐酸浓度对金的回收有影响，随着盐酸浓度的增加，金的吸附率降低。故实验中选择硫脲浓度为0.5%、盐酸浓度为1%。

2.6 解脱时间及挤压定容实验

吸附金后的聚氨酯泡沫塑料自然放入比色管底部，改变解脱时间及按以下方法挤压定容后进行金的回收实验。测定结果如表5所示。

表5 解脱时间及挤压定容实验Table 5 Release time and extrusion constant volume experiment

方式一：加20 mL硫脲解脱液，沸水浴解脱后用玻棒挑出聚氨酯泡沫塑料在管壁上挤压约1 min并用解脱液吹洗数次，尽量挤干后取出，加解脱液定容至25 mL刻度，摇匀后进行测定。

方式二：用移液管准确移取25 mL硫脲解脱液加入比色管，沸水浴解脱后趁热用玻棒搅动并挤压聚氨酯泡沫塑料约1 min，并补加体积改变量，不取出聚氨酯泡沫塑料直接测定。

从表5可见，解脱时间越长，解脱液的体积减少量越大，故综合考虑回收率和对溶液体积的影响，以及挤压定容操作的简便性，选用解脱20 min和挤压定容方式二。

2.7 干扰因素及消除

低品位伴生金矿石矿物中除钨>10 mg、锑>20 mg、铁>4 000 mg和可溶性二氧化硅/酸溶性硅酸盐≥200 mg，以及碳、硫、砷及其他有机物影响吸附和测定外，矿石中大量其他共存元素均无明显干扰。

2.7.1 钨、锑的干扰

酒石酸消除钨、锑的干扰。当矿石中钨、锑的含量大于限量时，可以用酒石酸来掩蔽钨、锑的干扰。实验表明，1 g酒石酸可消除100 mg钨、300 mg锑的干扰。

2.7.2 铁和酸溶性硅酸盐的干扰

大量铁和一定量酸溶性硅酸盐的干扰可加入氟化钠使之生成氟硅酸钠(Na2SiF4)晶体沉淀而消除。实验表明，5 g氟化钠可允许5 000 mg铁的存在；试样中1 g酸溶性硅酸盐只需加入4.2 g氟化钠消除干扰。

2.7.3 碳、硫、砷及其他有机物的干扰

采用低温入炉、分段焙烧其过程中搅拌来消除碳、硫、砷及其他有机物的干扰。实验表明：1)焙烧还有利于金的浸出和溶解；2)低温入炉、分段焙烧其过程中搅拌则更有利于消除或减少一部分干扰物的影响(如铜、铁、硅、锑、汞、蹄、银、碳、硫、砷及有机物等)，特别是对含砷量高的试样，焙烧时应从低温开始，控制在200 ℃以下为佳，逐渐升高温度，至450 ℃时保持1～2 h，使砷挥发，然后再升高温度继续焙烧除尽碳、硫、砷及其他有机物，否则由于形成低沸点的砷-金合金而挥发，造成金的损失，导致测定结果偏低；3)确保焙烧中供氧充足，炉门不能关严、处于微开状态，当有烧结现象时，增加搅拌次数并可将试样中结块物质捣碎成粉末状，如试样烧结严重(样品中铅或锑、锡含量很高时)，甚至在磁坩埚内壁成釉，金的浸出和溶解困难，测得结果存在偏低风险，可采取增大焙烧时受热面积和增加搅拌次数、频率。

3 样品分析

3.1 标准物质验证

选取2种标有金量的有证标准物质(山东济南众标科技有限公司)，分别用未用过、用过负载三正辛胺聚氨酯泡沫塑料，按照实验方法进行测定，结果与标准值进行比对，见表6。

表6 准确度实验Table 6 Accuracy verification /(g·t-1)

结果表明：分析结果都在国标允许误差范围内，准确率较高。负载三正辛胺聚氨酯泡沫塑料在完好清洁下，可反复多次使用。

3.2 精密度实验

用云南锡业某公司自产的6个代表性的试样，按照实验方法进行11次平行测定，作为本方法精密度的考察，分析结果见表7。

表7 精密度实验Table 7 The precision test(n=11)

由表7可以看出，泡沫塑料富集火焰原子吸收光谱法测定有色金属矿物中低品位伴生金含量，相对标准偏差RSD在2.4%～8.4%，精密度良好，满足测定要求。

3.3 加标回收实验

为了考察测定结果的准确度，在6个代表性的试样中加入不同量的金标准溶液(0.5～2.0倍金量，其体积不大于1.00 mL)，按照实验方法进行加标回收实验，分析结果见表8。

由表8可以看出，6个代表性的试样加标回收率在95.2%～109%。

表8 加标回收实验Table 8 Standard addition recovery experiment

4 结论

泡沫塑料富集-火焰原子吸收光谱法具有操作简单、劳动强度不大，矿石试样经过焙烧、分解后，所含杂质元素基本不干扰金的富集与测定，仪器灵敏度高、线性好、结果稳定性好、检出限低，特别是对操作条件及环境、试剂、仪器要求不高，经国家标准物质验证，方法快速、准确、经济、安全、环保，检测结果准确度和精密度较高，可满足于有色金属矿物中低品位伴生金的精准检测要求，应用于实际样品测试中，取得了较好的经济效益，值得推广运用。