重晶石中BaSO4（Ba元素）测试方法的探讨

＊谢丽云

（中铝洛阳铜业检测技术有限公司 河南 471039）

1.前言

重晶石是一种以硫酸钡（BaSO4）为主成分的矿物，用途非常广泛。

我国重晶石资源丰富，储量和产量均居世界首位，也是最大的出口国，在国际市场上占有重要的地位[4]。全国探明储量矿区有230处[5]，总查明资源储量矿石3.9亿吨[4]。贵州、湖南、广西、甘肃、陕西五省储量占全国80%[4]。经综合地质模型方法确定，我国预测潜在资源量14.41亿吨，找矿潜力巨大[6]。

重晶石中BaSO4（Ba元素）的测试一直以容量方法[7-8]和碱金属熔融重量法[3]为主，但步骤烦琐、经多次分离、耗时长、所需试剂较多，难以适应准且快的需求。近年来有人在此基础上作出了一些改进[2]，但效果仍不理想。

本文参考其它矿物（如铜、铅、锌、镍、铁、锰矿石等）[7]中低含量Ba的分析方法——重量测试法，针对纯度较高重晶石中BaSO4的测试，提出采用直接重量测试法代替容量测试方法[7]及熔融制样-X射线荧光光谱法[1]等，经过掩蔽剂合理优化选择，缩短测试周期，提高测试准确度、降低测试烦琐程度、减少试剂消耗。

2.实验部分

(1)对重晶石物理及化学特性的分析

重晶石是钡的最常见矿物，以硫酸钡（BaSO4）为主成分矿产品，纯重晶石是无色透明，呈白或浅黄色，有玻璃光泽，由于杂质混入呈灰、浅红或浅黄色等。

用于化工、造纸、纺织填料，在玻璃生产中当助熔剂并增加光亮度，也作为加重剂用在钻井行业中及提炼钡。

有比重大、硬度低、性脆的特点。化学性质稳定，不溶于水和盐酸，无磁性和毒性。

(2)测试方法的探讨与选择

①岩石矿物方法类别的探讨

A.成分方法：重量法、容量法、分光光度法、AAS法、光电直读光谱法、熔融制样-X射线荧光光谱法[1]、极谱法、ICP-AES法[9]、ICP-MS法等。

B.基体元素，测试应选重量法[8]或容量法[2]：试样用酸溶解、碱溶解[10]、碱金属高温熔融[3]或微波消解后，用重量法、容量法测试[7]。优缺点比较见表1。

表1 优缺点比较

②提出更适合重晶石中BaSO4（Ba元素）的测试思路：直接重量测试法。

A.将制备为200目矿粉用稀HCl溶解，将除BaSO4外Ba元素的各种存在形式（BaO、BaCO3、BaCl2）完全转化为BaCl2。

BaCO3+2HCl=BaCl2+CO2↑+H2O

BaO+2HCl=BaCl2+H2O

B.加入适当的掩蔽剂消除共存干扰影响。

C.加入过量的H2SO4，将BaCl2转化为BaSO4沉淀。

BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl

D.将沉淀洗涤、灰化、灼烧后称重，计算出BaSO4（Ba元素）的含量。

3.结果与讨论

(1)确定溶解酸的选择

①BaSO4存在形式：不溶于水和盐酸，在溶液中直接就是需要的沉淀形式[7]。

②Ba其它存在形式（BaO、BaCO3、BaCl2）：可较好溶解于稀HCl中。

③其它共存组分：重晶石中常可能伴生的其它组分[1]（如铁、镍、铅等）均可以较好的溶解于稀HCl中。

因此，选择采用稀HCl溶解。

(2)干扰情况的影响

要消除其它元素以硫酸盐沉淀形式析出而产生正干扰。

①Ba的其它形式（BaO、BaCO3、BaCl2）：加入HCl后全转化为BaCl2，遇H2SO4全转化为BaSO4沉淀，不产生干扰；

②其它可能共存组分是否与SO42-生成沉淀的元素讨论，见表2。

表2 是否与SO42-生成沉淀元素讨论

(3)掩蔽剂的选择

考虑元素性质[11]，供选掩蔽剂见表3。

表3 可选掩蔽剂

因此，选用的掩蔽剂为乙酸铵。

（备注1：测试锆英石[8]中BaSO4时，可同时加入草酸铵，增加对Hf、Zr的掩蔽）；

（备注2：测试含锶重晶石[4]时，可同时加入NTA，增加对Sr的掩蔽）。

(4)消除BaSO4沉淀不完全的影响

①同离子效应：在生成沉淀环节加入SO42-时，SO42-要过量。

②盐离子效应：在选择沉淀剂时，不能选K2SO4、Na2SO4等强电解质；选择掩蔽剂时，不能选乙酸钠等较强电解质。

③酸效应影响：溶液酸度要保持在0.3%～1%（V/V）之间为宜。

④络合效应影响：由于Ba2+和SO42-都不易与其它离子形成络合物[12]，因此，络合效应的影响也可以忽略。

⑤沉淀温度影响：BaSO4沉淀的溶解度基本不受温度的影响，可以忽略。

⑥溶剂极性影响：BaSO4沉淀是离子型无机难溶化合物，在水中、弱酸中的溶解度已经很小，加入有机溶剂后溶解度变化不大，因此，不必要加入有机溶剂。

(5)沉淀剂浓度及用量的选择

①防止加入沉淀剂时瞬间放出大量热，产生溶液崩溅，H2SO4选择为（1+1）。

②确保BaSO4沉淀完全，H2SO4要过量50%～100%。

(6)消除BaSO4沉淀纯度的影响

①消除共沉淀现象

A.消除表面吸附：将溶液稀释至约300mL并加热近沸后，再加入H2SO4。

B.消除生成混晶：PbSO4、SrSO4易同沉淀，出现混晶现象[7-8]。因此要先加入乙酸铵掩蔽Pb2+、加入NTA掩蔽Sr。

C.消除吸留和包裹：H2SO4要一边搅拌一边缓慢加入。

②消除后沉淀现象[11]

将溶液稀释至约300ml加热近沸的温度，加入沉淀剂H2SO4（1+1）后，要进行保持温度下静置操作（沉淀静置过夜效果更好）。

③洗涤剂的选择

A.为保持较快过滤速度选择H2SO4（2+98）。

B.洗涤至滤液中无Cl-（使用Ag+检查）。

(7)沉淀的灰化灼烧

①烘干及灰化：沉淀同滤纸转入瓷坩埚，高温灰化。

②灼烧：于800～850℃灼烧30min。

(8)测试方法的精密度与准确度

按方法测定10次，计算标准偏差S和相对标准偏差RSD（%），精密度良好，结果见表4。

表4 方法精密度

平行称取试样3份，每份加入10mg Ba溶液，计算回收率，准确度良好，结果见表5。

表5 方法准确度

以上测试结果，均优于化工行业标准HG/T 3588-1999《化工用重晶石》方法[3]。

4.结语

通过优化实验繁琐的前处理、改进消除干扰，将样品用酸溶解后直接沉淀，建立了准确且快速测定含重晶石BaSO4的方法。

采用酸溶解决了碱金属熔融步骤多、会带来大量盐分且重复性不好的问题；加入有效掩蔽剂抑制干扰，消除共存组分对测定的影响。一次过滤、洗涤、灼烧沉淀即可得到准确结果，分析速度快，精密度和准确度高，有很好的实用价值。

本方法适合于批量样品的测试，可用于矿产地质勘查中毒重石等选冶实验分析[13]，预计可应用于[14]稀土共伴生的萤石矿测试与钨锡多金属共伴生的重晶石矿测试。