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采用恒温实验电热板湿法消解地质样品

2021.05.07

采用恒温实验电热板湿法消解地质样品


铌和钽在化学元素周期表中同属一族,性质很相似。它们在自然界中总是共生的,而铌钽矿石中的铌钽主要矿物是共生成铌铁矿和钽铁矿,能抵抗多种酸的侵蚀,它们很分散,富矿很稀少,在自然界中没有单质状态,不易从它们的化合物中分离出来[1-2]。几年来随着地质勘探的开展,越来越多的铌钽矿石被发现,并且被选矿人员进行分离富集,需要检测人员对其含量进行快速准确的精确测定。


实验证明,钽在常温下,对碱溶液、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂均不起作用,仅在氢氟酸和热浓硫酸作用下有所反应。这样的情况在金属中是比较罕见的。目前比较常见对铌、钽的测定通常都是用微波消解法氢氟酸消解矿样对其测定[3-5]。针对地调项目的大批量(通常都是日处理几百件)要求快速得到准确结果的要求,微波消解方式的处理速度远远达不到要求。本文采用恒温电热板,氢氟酸2硫酸2硝酸混酸对矿样进行消解处理,酒石酸定容用电感耦合等离子体2原子发射光谱法(ICP-AES),选择铌钽的标准物质作为标准系列对其含量进行测定,能一次性处理100多件样品,基本上满足了地调项目快速出结果的要求,并且结果准确可靠。本文通过选择分析线,优化仪器工作条件,采用基体匹配方法,消除消解基体的影响,建立了ICP-AES测定铌钽矿石中的铌、钽含量的方法。


恒温实验电热板


1实验部分


1.1仪器与试剂


电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国PerkinElmer公司)。恒温实验电热板(小编推荐:格丹纳HT系列恒温电热板)100g/L、2g/L酒石酸(优级纯)溶液;40g/L草酸铵(优纯纯)溶液。Nb2O5和Ta2O5标准储备液:分别取0.02g铌、钽样品用焦硫酸钾于铂金坩埚中融解,冷却后用50g/L草酸优级纯溶解定容于200mL容量瓶中待用。硫酸、氢氟酸、硝酸(分析纯)。实验用水为二次蒸馏水。


1.2仪器工作条件


高频发生器功率为1000W,载气流量控制在0.85—0.9(L/min),辅助气流量为0.2L/min,观测高度为15mm,冲洗时间为20s。铌、钽的分析线分别为316.324nm和268.517nm。


2.3实验方法


称取0.5g样品于300mL聚四氟乙烯烧杯中,加入约为10mL硝酸2氢氟酸2硫酸(6∶5∶1,V/V/V)的混酸,在恒温电热板上高温加热至冒硫酸烟1min左右,取下冷却后用50g/L酒石酸15mL提取,于恒温电热板上加热3—5min,待样品完全溶解后,用5%酒石酸定容于25mL容量瓶中,用电感耦合等离子体-原子发射光谱法测定。


2结果与讨论


2.1分析谱线


实验对仪器推荐的铌、钽分析线进行扫描,比较同一元素几条分析线的特点,同时考虑共存元素的相互干扰,从中选择灵敏度高、背景低、基体对测定不干扰或者干扰尽量小的谱线为分析线。仪器开机,点燃电感耦合等离子体后,依次喷入二次蒸馏水、25g·mL-1铌、钽溶液和标准物质溶液进行测定,用仪器推荐的几条分析谱线进行测定,通过观察屏幕显示的光谱轮廓图像,计算信背比,以信背比强度大,相互间无谱线干扰及检出限低为依据,选定铌、钽的最佳分析线分别为316.324nm和268.517nm。


2.2仪器工作参数


针对载气流量、观测高度、高频功率等主要参数的改变,依据背景等效浓度值为考察指标对仪器的分析性能进行分析,从中选出对各个元素合适的分析线。


2.2.1高频发射器功率的选择


改变高频发射器功率,在仪器工作条件下测定背景等效浓度值,结果表明,功率越大,温度升高,信背比将降低,导致检出限增高,降低了检出能力;采用相对较低的功率信背比增加,但基体效应较明显。由于地调样品中的铌、钽含量都在克吨级别,在满足条件的前提下,选择较低的高频功率以获得较好的检出限。实验选择高频发射器的功率为1000W。


3.2.2载气流量的选择改变载气流量,在仪器工作条件下测定背景等效浓度值,结果表明,随着载气流量增加,溶液喷雾量及气溶胶数量增大,待测物在等离子体中通道的停留时间减少;当载气流量为0.9L/min时,铌、钽信背比较高,实验选择载气流量为0.9L/min。


2.2.3观测高度的选择


改变观察的高度,在仪器工作条件下测定背景等效浓度值,结果表明,随着观测高度的增加,光源背景发射强度减弱,当观测高度为15mm时,光源背景发射强度最弱,实验选择观测高度为15mm。


2.3溶样酸及其用量的选择


考虑了不同酸体系对样品溶解的影响,结果表明,硝酸的氧化能力较强,但对硅的溶解能力不足,而加入氢氟酸又对雾化器、雾化室和等离子体钜柱等有腐蚀作用,为此加入硫酸冒烟赶去过量的氢氟酸。为降低试剂空白,减少酸的腐蚀及对测试稳定性的影响,在样品溶解完全的前提下,尽量减少酸的用量,实验采用用硝酸2氢氟酸2硫酸(6∶5∶1,V/V/V)混合酸对样品进行溶解。


2.4校准曲线和检出限


选择3个含量和性质接近的矿石标准样品按实验方法处理后,在仪器工作条件下测定其发射强度,铌、钽质量分数分别在0—8μg/mL,与相应的发射强度呈线性关系。分别用I表示铌、钽发射光谱强度,x为铌、钽含量。铌和钽的线性回归方程分别为I(Cts/s)=9.98x(μg/mL)+0.00112和I(Cts/s)=1.8215x(μg/mL)+0.00021,相关系数为1.0000和0.9998。按实验方法测定11份空白溶液,以测定结果3倍标准偏差计算,铌、钽的检出限分别为0.021、0.048μg/mL。


2.5样品分析


按实验方法对不同含量的铌钽标准品进行6次平行测定,结果见表1,同时进行加标回收实验,结果见表2。


恒温电热板消解后铌钽结果


由表1表2结果可以看出,该方法对铌、钽的标准物质的测定结果与标准值基本一致,平行测定6次的相对标准偏差符合地质样品的测定要求。进行样品加标回收测定,回收率在95.6%—108.3%之间,能满足铌钽矿石中的铌和钽元素的测定要求。该方法能很好的解决在处理地质调查样品时所面临的大批量而且要求快速出结果的需求。


3结论


采用恒温电热板,氢氟酸-硫酸-硝酸混酸对矿样进行消解处理,酒石酸定容用电感耦合等离子体原子发射光谱法,分别用316.324nm和268.517nm两条分析线,选择高频发射器的功率为1000W,观测高度为15mm,气流量为0.9L/min的条件下,对铌、钽的标准物质进行测定,结果与标准值基本一致,进行样品加标回收测定回收率95.6%—108.3%之间,能满足铌钽矿石中的铌钽元素的测定要求,建立了ICP-AES测定铌钽矿石中的铌、钽含量的方法。


4参考文献


[1]岩石矿物分析编写组.岩石矿物分析:第一分册[M].第4版.北京:地质出版社,2011.376—377.

[2]李滦宁,马玖彤,沙志芳等.丹宁棉分离富集2发射光谱法同时测定地质样品中微量铌钽锆铪[J].岩矿测试,2001,20(1):27—30.

[3]许涛,崔爱端,杜梅等.稀土铌钽矿中铌,钽,锆量的电感耦合等离子2原子发射光谱法测定[J].分析科学学报,2007,23(3):346—348. [4]余生根.某大型铌钽矿综合利用试验研究[J].有色金属(选矿部分),2005,5:13—18.

[5]倪文山,张萍,姚明星等.微波消解2电感耦合等离子体发射光谱法测定矿石中铌钽[J].冶金分析,2010,30(8):50—53.


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