ICP-OES法测定萤石矿中主要成分

沈晓霞

(中国建筑材料工业地质勘查中心福建总队 福建 福州 350001)

萤石，又称氟石，化学式为CaF2；纯萤石含Ca 51.3%，含F 48.7%，是一种钙的天然卤素化合物，是工业上最有用的氟矿物，主要用于冶金工业，因其熔融温度低，可作助熔剂。根据萤石不同的工业用途，一般熔剂用萤石分析CaF2、S、Pb、Zn、SiO2、CaCO3、BaSO4、P等项目；陶瓷用萤石分析CaF2、Al2O3、Fe2O3、CaCO3、MgO、S、Pb、Zn等项目；玻璃用萤石分析CaF2、Fe2O3等项目；化工用萤石分析CaF2、CaCO3、SiO2、Fe2O3、P、S、Pb、Zn、BaSO4等项目。有特殊要求的萤石，还要做有害、有毒元素分析。萤石的分解应根据矿物的特性、分析项目的要求以及干扰元素的分离等因素，选择适当的分解方法[1]。萤石常测项目为CaF2、CaCO3、SiO2、Fe2O3等项目。常见方法一般用中性三氯化铝溶液浸取溶解或硼酸—盐酸浸取溶解测定CaF2、CaCO3，硅钼蓝分光光度法测定低含量SiO2或采用氢氟酸直接挥发法、氟硅酸钾容量法测定高含量SiO2，磺基水杨酸分光光度法或原子吸收分光光度法测定Fe2O3，磷矾钼黄分光光度法测定P，燃烧碘量法测定S。这些均为国家标准分析方法，但操作繁琐，需对CaF2、CaCO3、SiO2、Fe2O3、P、S等项目分别进行测定，耗时长，分析速度慢[2-4]。

本文利用目标元素在等离子体火炬中被气化、电离、激发并辐射出特征谱线，在一定浓度范围内，其特征谱线的强度与元素的浓度成正比，这一特性，在一定的条件下采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)同时分析测定萤石中CaF2、CaCO3、SiO2、Fe2O3、P、S的含量[5]。

1 试验部分

1.1 试验仪器

采用iCAP7000电感耦合等离子体原子发射光谱仪；仪器工作参数见表1。

表1 仪器工作参数

1.2 元素分析谱线的选择

ICP-OES谱线的选择直接影响到测定结果的准确性以及测定方向的可信度，应该考虑需要的线性范围、基体及共存元素干扰等因素。本文根据萤石矿的成分特点，对每个待测元素选择3条不同波长的较为灵敏的谱线，经过试验对比，综合分析强度、干扰情况及其稳定性，选取结果准确性高、稳定性好、谱峰干扰小、线性关系好的谱线，结果见表2。

表2 ICP-OES法分析谱线

1.3 试验试剂及标准液

混合熔剂为2份无水碳酸钠与1份四硼酸钠研磨而成；盐酸、无水乙醇、冰乙酸，均为分析纯；氩气(纯度＞99.95%)；所用水均采用去离子水(电阻率18.25MQ·cm，25℃)；P、S标准储备液BWT30158-50(批号B2105156)：0.1g/L；Ca、Fe标准储备液(自配)：1.0g/L；Si标准储备液(自配)：0.2g/L。使用时逐级稀释至所需浓度并保持2%(体积分数)的HCl酸度。根据不同元素测定的需要，配制不同浓度的混合标准溶液。标准所采用的是与待测样品相匹配的混合溶液。

1.4 标准样品的选择

以GBW(E)07106、GBW(E)070166标准物质为本试验的标准样品。

1.5 样品处理

(1)称取0.1000g试样(准确至±0.0002g)放入铂坩埚中，加热使滤纸灰化，然后加2g混合熔剂，混匀后在表面再覆盖1g混合熔剂，盖上坩埚盖，放入高温炉中加热到980℃，熔融20min，使熔物成为澄清、透明的液体。取出稍冷，将坩埚连同坩埚盖分别放入预先加有70mL微沸盐酸(1+2)的250mL塑料烧杯中，水浴加热，使熔块完全溶解，溶液澄清透明，用水洗净坩埚及坩埚盖，将溶液移入250mL容量瓶中，定容，摇匀，用以测定CaF2、CaCO3、SiO2、Fe2O3、P、S的含量[6-7]。分取10mL提取液置于100mL容量瓶中，加入2mLHCl，用水稀释至标线，摇匀，备用待测。同时按样品处理步骤制备空白溶液11份。

(2)称取0.1000g试样(准确至±0.0002g)于250mL烧杯中，加入4或5滴无水乙醇将样品润湿，加入10mL乙酸溶液(1+9)，盖上表面皿，摇散试料，使样品勿结底，置于90℃～95℃恒温水浴中加热30min，驱尽CO2(期间摇晃烧杯3～4次，使试料摇散)，冷却至室温，用定量慢速滤纸过滤，用水洗净。滤液定容于250mL容量瓶中，摇匀后测定Ca，并计算CaCO3含量。差减法得CaF2含量[8-9]。

2 结果与分析

2.1 分析特性

按仪器工作参数测定标准系列，建立标准曲线，测定11份空白溶液的强度，按3倍标准偏差计算方法检出限。研究分析各项目的标准曲线、线性范围及检出限。其线性关系好，相关系数均大于0.995，检测范围宽，检出限低，均满足试验方法的要求，具体结果如下表3。

表3 各项目的分析特性

2.2 精密度试验

按照前面样品的处理方法对萤石标准物质GBW(E)07106、GBW(E)070166各取7份同时进行处理和测定(表4、表5)，可以看出7份分析结果的相对标准偏差均小于《地质矿产实验室测试管理规范》要求的相对标准偏差允许限[10-12]，说明精密度完全符合要求，表明该方法的可靠性。

表4 GBW(E)07106试验结果

表5 GBW(E)070166试验结果

2.3 准确度试验

以前项精密度试验测定数据偏离最大值做准确度分析。将其测定结果与标准值进行比对(表6)，可以看出本方法的分析结果与标准值的相对误差，均小于《地质矿产实验室测试管理规范》要求的相对误差允许限，说明准确度也完全符合要求。

表6 准确度试验

3 结论与讨论

本方法采用无水碳酸钠与四硼酸钠混合的熔剂熔融萤石试样，再用盐酸酸化，滤液中盐分较大，本仪器采用的是陶瓷矩管，可以有效避免被烧蚀。用ICP-OES法同时测定CaF2、SiO2、Fe2O3、P、S等多个项目，各元素的质量浓度在线性范围内与谱线强度呈良好的线性关系，相关系数r≥0.999，方法检出限为0.003～0.02mg/L。其线性关系好，检测范围宽，检出限低。用该方法对萤石标准物质进行测定，测定结果的相对误差、相对标准偏差均小于《地质矿产实验室测试管理规范》要求的允许限，符合检测依据对结果的要求。具体萤石矿检测分析操作过程中可随时带标准物质测定，以便对测试结果进行校正，确保实验结果的准确性。本方法操作简单、快速，适合萤石矿物中多个项目含量的快速测定。