矿石中金银铜铅锌的测定及不确定度研究

刘晓红，赵兰兰，柏述文

（山东黄金冶炼有限公司，山东 烟台 261437）

矿石分析作为物理化学知识在实际运用上的一种主要分支课程，其内容主要是以岩石、矿物为研究对象。在这样的情况下，检测人员应当结合当前实际情况提出矿物中金银铜铅锌的测定和不确定度研究。在分析测定矿石中金银铜铅锌等元素的含量时，需要使用一些机械设备与仪器来完成测定工作，确保数据的准确性。剖析在实际测定过程中不确定度的主要分量来源，并对不同不确定度分量进行了独立计量。

1 不确定度概述

不确定率指的是因计算误差存在，对实际测量值准确度无法肯定的程度，影响对表面检测结果可信赖程度的指数，不确定率越小，则代表无法确定程度越小，其测量值与实际值越相似，测量结果的使用价值越高，而不确定率越大，则代表无法确定程度越大，其测量值与实际值的差异也越大，测量结果使用价值越低。矿石分析测试是一个复杂的过程，在分析测试的过程中，测试方法不科学、环境因素影响、操作人员失误、测量定义不完整、仪器设备不确定性等多方面因素都可能产生测量不确定度。需要明确的是，任何测量都不是完全理性的，对于矿石中金银铜铅锌的测定来说也是如此，由于各种因素的影响，例如测试环境湿度、温度、测试人员操作等变动，这些因素都会导致最终的测试结果存在偏差，进而导致最终得到的数据与实际存在较大差距，这对于后续的工作非常不利。

因此，为了保证这个分析测试结果更加规范和科学，必须要采用更加科学合理的方式来表述这种测定的最终精准程度，为该行业的持续发展奠定基础。不确定度主要来源于测量过程中的模糊性和随机性，测量本身概念的模糊或分析测量条件的不充分都可能导致不确定度产生，因此，我们可以将不确定度划分为多个分量，一些分量可以通过测量结果统计来进行分析评价，而一些分量则可以通过经验值来进行分析评价。

2 金属元素金银铜铅锌的性能及当前研究现状分析

经过对不同矿物样品进行研究后可以看出，在自然元素矿物中常见的金属元素主要有金银铜，铅锌等元素属于偶见。而黄金身为一个特性比较优异的贵金属材料，因为拥有较好的热延伸性、机械性质比较稳定、高导电性，以及导热性较好等特性而被普遍地应用于各类高尖端技术。同样成为中国当前外汇储备的重要基石。尽管通过近几年的发展我国现阶段黄金储量已经取得了较大的发展，但是与其他国家相比较仍然有较大的差异，所以我们国家的相关工作者不能盲目跟风使用其他国家的检验测定技术，必须要结合国情来进行相关研究。经过一段时间的调查发现，我国有关这方面的测定虽然仍有不足，但是已经有很大进步，在近些年的科学研究中还发现了银离子的纳米颗粒有较好的杀菌功效，这都是较好的工作。除了作为货币流通外，在近些年的新建筑材料研发和药物研发等方面也取得了较大规模的应用。近些年来，银在工业生产上的应用也在逐渐增多，现已占据了我国金属生产的大多数产品。铜是传统的重要金属材料，同样又是身体所需要的重要微量元素之一。而铜的制作选用又是采用较多的工业生产原材料，熔点低，熔炼方式也相对简单，已成为中国现阶段在工业生产发展过程中，用量仅次于铝的另一类重要金属材质。铅的密度很大，耐腐蚀较好，熔点较低，材料比较柔软，塑性极好，因而能够加工制成各类用品，在生活和工业中都获得了广泛应用。同样，铅和某些金属结合生成的合金能够得到单个合金生产中所没有的特性，在电池生产以及各类酸性物料的生产等方面也获得了广泛应用。而锌是一种人体中所必需的元素，通常呈淡灰色，有着优异的耐腐蚀性。在工业上，常常用作对合金元件制作的使用。铜锌合金、氧化锌等都曾在工业上获得过广泛使用。同时作为一种电镀废水的主体材料，在车辆生产和机械制造等方面也使用得较多。

3 矿样中金银铜铅锌元素的测定方法介绍

对矿石中各种元素进行测定时，技术检测人员可以根据矿样中金属元素的浓度大小变化来选择合适的方法进行下一步工作，这样就可以有效保证最终的效率以及精准程度达到要求。以山东某矿山企业为例，介绍矿石中金银铜铅锌的测定。

3.1 矿石中金的测定

对矿石中金含量加以分析时通常选择用王水对矿样加以溶解，根据含量的高低选用合适的化验方法。早在相关的测试当中，有关技术人员在具体实践的过程当中采用的是泡塑吸附原子吸收光谱法。根据《泡塑富集-原子吸收光谱法》进行矿样用王水溶解，聚苯乙烯泡沫塑料吸附富集金，用硫脲-盐酸溶液解脱塑料吸附的金，金经硫脲-盐酸溶液解脱后，利用原子吸收光谱法在波长为242.8nm处，根据金的吸光度计算出其含量。对于金的测定还有火试金法，活性炭吸附-碘量法，活性炭吸附-原子吸收光谱法等，目前这三种矿石中金的测定方法在矿山金矿化验中比较普遍常用。火试金法测定金是将试样与适量溶剂（碳酸钠、硼砂、二氧化硅、氧化铅及还原剂或氧化剂）混合，在高温下熔融，待整个试样都成流动状态时，铅与贵金属生成的合金沉于坩埚底部成为铅扣，试样中的杂质元素与试剂形成流动性好，易与铅扣分离的炉渣。将铅扣在灰皿中进行灰吹，最后在灰皿中留下金银等贵金属合粒，称重得到金银合重。再利用银能溶于硝酸而金不溶，用硝酸将银完全溶解，对不溶物再次称重得到金重，金银合重减去金重就是银重。活性炭吸附-碘量法测金的过程可简单地概括为用王水溶解矿样，活性炭吸附富集金，碳化，灰化，除去样品中的活性炭后，蒸酸赶尽氮的氧化物，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定碘，间接测得金的含量。矿石中金的含量不高时可采用活性炭吸附-原子吸收光谱法，吸附金的活性炭灰化后，用王水溶解，加入一定量的盐酸-硫脲，用原子吸收光谱仪测定。

3.2 矿石中铜铅锌的测定

测定矿石中铜、铅、锌时，视矿体中含量而定，为了保证准确度，采用两种测定方法。它们主要是容量法和原子吸收光谱法。容量法测定矿石中铜的含量常采用碘氟法，称取0.2000g～0.5000g试样，加入盐酸低温加热，再用硝硫混酸处理样品，待溶液蒸发至干时，加入硫酸（1+1），用蒸馏水洗涤，加热溶解盐类，取下冷却后，用氨水（1+1）和氟化氢铵调节溶液为pH=3.0-4.0的弱酸性，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定碘，间接测得铜的含量。本方法适用于铜含量在0.5%以上的矿样。

容量法测定矿石中铅锌的含量常采用EDTA滴定法。试样用酸分解后，铅生成了硫酸铅沉淀与其他元素分离，溶液用慢速定量滤纸过滤，经过过滤后，滤液留作分析测定锌的含量，滤纸上面的就是硫酸铅沉淀，将沉淀用蒸馏水和乙酸-乙酸钠缓冲溶液洗入烧杯中，加热溶解硫酸铅，待其溶解后，在pH为5.5-6.0的乙酸-乙酸钠溶液中，以二甲酚橙为指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为亮黄色为终点。本方法适用于铅含量在1%以上的试样。在分离铅后的滤液中加入氯化铵、过硫酸铵、氟化钠、氨水，加热煮沸，趁热用快速定性滤纸过滤，用热的氯化铵溶液洗涤，在滤液中加入抗坏血酸，二甲酚橙指示剂，用氨水（1+1）和硫酸（1+1）调节溶液的酸度为pH=5.5-6.0的弱酸性，加入饱和硫脲和乙酸-乙酸钠缓冲溶液，以二甲酚橙作指示剂，用EDTA标准溶液滴定锌。

采用原子吸收光谱法测定铜、铅、锌时，对结果影响较小，方法灵敏、快捷、简单，尤其适合于低浓度铜铅锌的测定。本方法适合于含铜量在0.01%～1.0%，含铅量在0.05%～2%的试样。当试样中铜浓度很低时，也可以用醋酸丙烯溶液提取，使铜富集于有机相中。利用原子吸收光谱仪，于324.8nm波长处测出铜的吸光度进而计算出样品中铜的含量，在283.3nm处测定铅，在213.9nm处测定锌。

3.3 矿石中银的测定

对银开展检验时，通常也能够根据浓度的差异选用适当的检验方法。针对痕量的银，通常使用原子发射光谱法。而针对较微量的银，则通常使用分光光度法、原子吸收光谱法或者差量法开展检验。原子吸收光谱法测定矿石中的银有盐酸介质和盐酸-硫脲介质。两种方法都是先加入盐酸分解硫化矿，再加硝酸，不同之处是盐酸介质原子吸收光谱法在加入硝酸后，待矿样近干时加入纯盐酸加热，取下冷却后用水定容；盐酸-硫脲介质原子吸收光谱法是在加入硝酸后，再加入高氯酸加热至矿样冒白烟，取下冷却后加入盐酸（1+1）和一定量水，再加热，取下加入一定量5%硫脲后，用水定容到容量瓶中。最后都是利用原子吸收光谱仪在波长328.1nm处进行测定矿石中银。

以新疆地区所执行到的矿样检测流程为例，针对其所包含的黄金铜铅锌等微量元素通常都要加以富集，并尽量完全的将矿样中的各金属单质进行获取。然后再通过分子吸收光谱法等方式加以测定。具体流程是，先将矿样在王水中经过充分溶解，将炉渣加以筛选然后再使用发泡塑胶等材质对矿样中的微量元素加以富集。接着再向富集以后的溶液中添加硫脲等试剂，对各金属单质加以洗脱。因为金属的原子吸收谱线是确定的，所以在采用原子吸收谱线加以测定时可根据这一数值设定不同参数，对金属矿样的原子吸光度加以测定。进而对得到的数值加以分析计算，得出一定的结论。

4 矿石中金银铜铅锌等金属元素检测过程中的不确定度的分析

有关人员应当清楚地意识到所说的不确定性，是在测定中所得到的样品结论和在有关规范中制定的基准结论间的分散性是不是在合理科学有效区间以内。为了更好地满足这一现状，工作人员一定要重视科学合理的检测方式，先做好相关的基础工作才能继续实施后续内容。不确定性在通常情况下都是要通过置信区间来进行度量的，并且整个置信区间都必须处在合理科学有效置信区间以内，这有利于减轻工作人员的压力同时还能保证最终数据的精准程度。对于实验得到的结论的不确定程度，一般采用化学准则、合成准则、和扩展不确定性三种程度加以判断。比较类似的，以中国新疆某地的金属矿样为例，该矿样研究重点是对研究时天平称量所得的产品质量、酸解以后得到的溶剂容量和酸解以后溶剂的含量三种结论，对不确定程度加以分析。因此采用这种分析方法，能够更有效地对实验得到的结论准确度继续判断，并确保矿样研究实验得到的结论都处在相对正确的范畴内。

矿石中金银铜铅锌测量的不确定度具体包括几个方面。

4.1 称量质量引入的不确定度

在进行化验测定矿石中金银铜铅锌的过程当中，对于样品的称量质量经常会出现一些不确定的因素，这非常容易引起数据的不准确性。然而经过调查发现，对于这方面内容的影响主要是由于以下两个方面。第一个方面是在对天平进行校验的过程当中，天平本身出现了不确定度。而第二个方面则是在进行称量的过程当中，天平由于外力因素的影响导致其出现晃动。所以在这样的情况下，进而导致对样品的称量准确性不能达到要求。

4.2 定容容积引入的不确定度

在给试样和标准溶液进行定容处理的过程中，经常会使用到容量瓶，而容量瓶是属于烧制而成的，在其制作过程中会出现温度以及密度的偏差，也会导致其体积出现些许偏差，这就会给计量带来最终的偏差，这样也会导致定容过程出现较大的不确定度。试样定容流程中，容积引入的不稳定程度实际包含了在容量瓶中给定的体积偏差不确定度，国家标准所提出的容量瓶的容量范围偏差与不确定度：100毫升容量瓶定义为A型，若根据JJG116-2008国家标准，其总容积允许偏差为±0.05毫升，若适当设置，其标准不确定度则为0.0058mg。温度变化与校正水温不同步，而产生的体积不确定量：假设实验室水温基本在±5℃区域内波动，水的增长系数就是2.0×10-4/℃，可以按照水温均匀分布的规律加以估计。

4.3 配制标准溶液引入的不确定度

在配制标准溶液过程中,电子天平在称量过程中所容许的最大偏差,和在定容处理过程中容量瓶所容许的最大体积偏差,都会使得标准溶液在实际使用时会产生不确定度。标准溶液不确定度主要是由于人们在配制标准储存溶液时,通常都会使用相对纯度为0.9999的基准物质,所使用的标准储存溶液的相对标准不确定度范围一般在0.04%～0.20%左右,所以标准溶液不确定度的区间零点五宽基本为百分之零点二零,符合正态分布,溶液密度K取1.96，故标准溶液的不确定度=0.20/1.96=0.102%=1.02×10-3。

4.4 滴定终点判断引入的不确定度

使用指示剂颜色变化来判断滴定终点时，由于不同的人对颜色变化的敏感程度不同，对终点的判断有的人颜色偏深有的人偏浅，这样就会使分析结果产生差异。同一个人用同一指示剂作分析化验时终点颜色的判断也会有差异。

5 结语

我国是世界第三国土面积国家，具有着丰富的矿产资源，自我国第一朝代夏朝开始就开采并使用了金属矿产资源，所以我国是世界上最早开发利用金属矿产资源的国家之一，而发展至今，我国的金属矿产资源已经成为了我国经济发展和国民生活质量提升的重要支撑。而在金属矿石的开发使用中，金属矿石的测定尤为重要，不仅能够为矿山开采带来数据参考，同时还能够为地质勘测和冶金工艺流程样品的检测带来帮助。所以现阶段矿石化工技术人员要不断钻研实验技术，还要结合国内外更为全面、高效的测定方法创新测定工作程序，通过技术手段推动我国金属测定和地质勘测工作，凝心聚力、砥砺前行。