高频红外测定碳酸盐型石墨矿中固定碳含量方法的探究

谢进福

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

石墨强度随温度提高而加强，在2 000 ℃时，石墨强度提高一倍。石墨的导热性、导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。润滑性取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。可塑性韧性好，可碾成很薄的薄片。抗热震性常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏。

固定碳含量是衡量石墨矿品位的重要指标之一，检测方法有间接法[1]、重量法[2]、非水滴定法等方法。低含量尤其是边界品位样品检测结果的准确性尤为重要，通常低含量样品的矿物成分较为复杂，常含有SiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO、CO2、CH4、NH3等杂质，间接法和重量法因偶然误差较大很难满足低含量样品的检测分析要求，目前，使用较为广泛的非水滴定法最大的缺陷就是含有碳酸盐杂质的样品检测误差较大，基本无法满足检测要[3]。因稀硝酸处理含有碳酸盐样品时容易飞溅，反应生成的硝酸盐还会对样品进行包裹，使碳酸盐处理不完全，且经稀硝酸处理的样品在马弗炉高温处理后还会返潮吸水，严重影响检测的准确性。高频红外吸收法中，样品在烧杯中经酸加热处理后过滤，在马弗炉中470 ℃高温灰化后纯化滤纸，然后使用高频红外吸收法检测石墨矿中的固定碳含量，很好地解决了以上干扰检测的问题，完全可以满足相应的精密性和准确度等要求。

1 材料与方法

1.1 仪器与使用条件

HCS-808系列高频红外碳硫分析仪，四川赛恩思仪器有限公司，相关的技术指标见表1—表2。

表1 高频炉主要技术参数

表2 红外部分主要技术参数

分析天平：BSA224S-CW 赛多利斯科学仪器

马弗炉：220 V，50 Hz，8 kW，1 000 ℃。

1.2 材料与试剂

坩埚：碳硫分析专用坩埚。

国家一级标准物质：GBW03118（固定碳2.91%）、GBW03119（固定碳9.91%）。

1.3 实验方法[4]

称取经105 ℃烘干（200目）的样品0.1 g于100 mL烧杯中，加水润湿后加20 mL（体积比1∶1）稀硝酸，在电热板上微沸15 min，冷却后用中速滤纸过滤，滤纸和滤渣放入经高温处理的碳硫仪专用坩埚中，在470 ℃马弗炉中灰化150 min，取出冷却，加1.5 g金属钨粒和0.3 g纯铁粒，经校准后的碳硫仪进行测定。

2 结果与分析讨论

2.1 国家标准物质的分析检测

按照本实验方法和标准方法分别对石墨矿成分分析国家标准物质[5]GBW03118、GBW03119各平行测定10次，检测结果和计算数据见表3。

表3 2种方法对石墨矿中固定碳检测结果的对比

石墨矿成分分析国家标准物质GBW03118产品组分中固定碳含量为2.91%，CO2含量为3.6%（碳含量约为0.98%），GBW03119产品组分中固定碳含量为9.91%，CO2含量为0.67%（碳含量约为0.18%），CO2对于石墨矿成分分析国家标准物质GBW03118、GBW03119的影响系数分别为33.7%和1.82%。

2.2 实际样品的分析检测

挑选已检测过的实际矿样，按照本实验方法和标准方法分别进行分析测试10次，检测结果和计算数据见表4—表5[6]。

表4 2种方法对石墨矿中固定碳检测结果的对比（碳酸盐含量较高）

表5 2种方法对石墨矿中固定碳检测结果的对比（碳酸盐含量较低）

2.3 结果分析

从检测结果看出，非水滴定法中碳酸盐对于固定碳检测存在较大干扰，实验方法相较于非水滴定法存在以下优点：

2.3.1 改进方法处理碳酸盐更彻底，检测结果准确度大有提高

非水滴定法中硝酸处理碳酸盐的过程中容易包裹形成小分子，部分碳酸盐包裹其中不能被完全处理，检测结果会偏高。而实验方法在烧杯中加酸煮沸破坏了反应形成的小包裹分子，碳酸盐被完全反应，处理更加彻底，检测结果更接近真值。

2.3.2 改进方法更科学合理，检测结果重现性较好

非水滴定法中硝酸处理碳酸盐反应生成大量的硝酸盐会吸水返潮，影响测定；高含量的碳酸盐样品在滴加稀硝酸时容易飞溅、检测结果会偏低，反应生成的大量硝酸盐在定碳炉1 000 ℃中高温分解NO2会使检测结果偏高。实验方法很好地解决了前处理碳酸盐处理不完全的问题，高频红外吸收法在特定的波长处吸收检测CO2，消除了水分和NO2的影响，检测结果的精密度大幅度提高，可以满足地质样品的检测要求。