裴 彥

(新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)，新疆鄯善 838200)

在生鐵冶煉中，鐵礦石為煉鐵的重要原料;在原料中除含鐵外，還有錳、銅、鋅、鉛等共存元素。文獻(xiàn)［1-2］提出錳在高爐煉制生鐵時(shí)，如含錳量適當(dāng)，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，另外，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳進(jìn)入爐渣;銅在高爐冶煉時(shí)全部還原到生鐵中，在煉鋼時(shí)又進(jìn)入到鋼中，可改善普通低碳鋼的抗大氣腐蝕性能;鉛在高爐內(nèi)可還原成金屬鉛，并在高爐內(nèi)循環(huán)富集導(dǎo)致高爐結(jié)瘤;鋅在高爐高溫區(qū)內(nèi)形成蒸汽大量揮發(fā)，并在爐身上部被氧化而沉積，使體積膨脹，破壞爐襯，引起爐殼破裂，嚴(yán)重時(shí)引起結(jié)瘤。目前，測定鐵礦石中錳、銅、鋅、鉛的測定方法主要有分光光度法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法等。

本方法參考文獻(xiàn)［3-7］有關(guān)內(nèi)容，采用一次稱樣，用一定量鹽酸溶液(1+1)、過氧化氫(ρ:1.18 kg/L)和氫氟酸(ρ:1.18 kg/L)按照一定比例混合分解樣品，消解完畢后加一定量高氯酸在家用微波爐中冒煙除氫氟酸，加一定量的硝酸溶液(1+1)補(bǔ)充酸度，定容，用空氣—乙炔火焰原子吸收光譜法特有的FS快速序列分析功能在同一樣品中同時(shí)測定溶液中的錳、銅、鋅、鉛。其溶樣方法簡便，可在2 min內(nèi)完成4種以上金屬元素的測定，其測定數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值相吻合。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

主要儀器:MDS-10型高通量密閉微波消解·萃取·合成工作站;240FS原子吸收光譜儀;家用微波爐:功率為1 000 W。

試劑:硝酸溶液:(1+1);鹽酸溶液:(1+1);過氧化氫(AR)，1.18 kg/L;高氯酸(AR):1.67 kg/L;氫氟酸(AR)，1.18 kg/L;錳標(biāo)準(zhǔn)溶液(市售):1 000 mg/L;銅標(biāo)準(zhǔn)溶液(市售):1 000 mg/L;鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液(市售):1 000 mg/L;鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(市售):1 000 mg/L;高純鐵:99.999%。

1.2 低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

分別用移液管依次取10 mL和1 000 mg/L錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液、20 mL和1 000 mg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液分別放入100 mL塑料容量瓶中，用0.1 mol/L硝酸溶液稀釋至刻度并混勻，制備成100 mg/L錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)和200 mg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)混合溶液，備用。再以同樣的方法制備10 mg/L錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)和20 mg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)混合溶液，備用。

1.3 儀器工作條件

經(jīng)實(shí)驗(yàn)并結(jié)合微波消解儀工作手冊(cè)，選定的微波消解儀最佳工作條件見表1。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)并結(jié)合儀器自帶條件優(yōu)化功能，選定的原子吸收光譜儀器最佳工作條件見表2。

表1 微波消解儀工作條件

表2 原子吸收光譜儀器最佳工作條件

1.4 工作曲線的繪制

稱取7份0.500 0 g的高純鐵(99.999%)分別放在7個(gè)100 mL鋼鐵溶樣瓶中，加10 mL硝酸溶液(1+1)，加熱溶解，溶解完冷卻后，再依次分別加入10 mg/L 的錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)混合溶液0、1、2、4、6、8、10 mL和20 mg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)混合溶液，用0.1mol/L硝酸溶液稀釋至刻度并混勻。此時(shí)曲線濃度(錳、銅、鋅)分別為0.000、0.100、0.200、0.400、0.600、0.800、1.000mg/L，鉛濃度分別為0.000、0.200、0.400、0.800、1.200、1.600、2.000 mg/L。

1.5 樣品的處理和測定

按照GB/6730.1-1986要求制備試樣，并保證其試樣粒度為0.104～0.074 mm(150～200目)，然后將分析試樣在105℃ ±5℃烘中干燥2 h，置于干燥器中冷卻至室溫。準(zhǔn)確稱取(0.100 0～1.000 0)g(含量在0.001% ～0.01%之間稱取1.000 0 g，含量在0.01% ～0.05%，稱取0.5000 g，含量在0.05% ～0.20%，稱取0.200 0 g，含量在0.20%以上，稱取0.100 0 g)樣品，放入干凈樣品消解罐中，分別加入10 mL鹽酸溶液(1+1)、2 mL過氧化氫和2 mL氫氟酸。通過實(shí)驗(yàn)獲得的最佳功率、時(shí)間和溫度進(jìn)行消解(見表1)。消解完畢泄壓后，打開消解罐，加入3mL高氯酸，在家用微波爐中(功率為1 000 W)加熱趕酸7 min，冷卻后，加入5 mL硝酸溶液(1+1)，混勻后，將移消解液轉(zhuǎn)于100 mL塑料容量瓶中，用去離子水定容至刻度搖勻。同樣方法制備空白試液。按照設(shè)定儀器工作條件(見表2)在原子吸收儀器上進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣的微波消解

方法是參照文獻(xiàn)［3-5］的溶解方法結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果而來，一般情況下(在常壓下)，溶解鐵礦石樣品的溶劑般為鹽酸、硝酸、過氧化氫、氫氟酸等按一定比例混合而來，也可將上述溶劑采用分開加入進(jìn)行溶解;在微波溶解過程中，由于微波的固有特性，可使試液中的帶電粒子(離子、水合離子等)在交變的電磁場中，受電場力的作用而來回遷移運(yùn)動(dòng)，也會(huì)與臨近分子撞擊，使得試樣溫度升高，在密閉高壓狀態(tài)下，可使得溶劑溫度升高到200℃以上，同時(shí)激發(fā)了溶劑中分子的活性;從而達(dá)到快速溶解樣品的目的，但在消解過程中須考慮到以下幾個(gè)因素。

2.1.1 稱樣量

根據(jù)鐵礦石樣品中錳、銅、鋅、鉛含量范圍并結(jié)合工作曲線，為使測試溶液的濃度落在最佳的測定范圍內(nèi);本文稱樣量根據(jù)元素含量不同，將其控制在0.100 0 ～1.000 0 g。

2.1.2 酸用量

考察了上述酸的用量以及配比，本實(shí)驗(yàn)采用鹽酸溶液(1+1)、過氧化氫和氫氟酸混合酸溶解樣品，然后采用高氯酸冒煙驅(qū)趕氫氟酸，再補(bǔ)加一定量的硝酸溶液(1+1)保持溶液酸度;通過溶劑加入量對(duì)樣品消解的影響實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果表明，溶劑用量太少，也不能使鐵礦石樣品完全溶解，特別是二氧化硅。用量過大，消解罐容易發(fā)生爆炸導(dǎo)致人員和財(cái)產(chǎn)損失。結(jié)合本消解罐比較大的特點(diǎn)，將溶劑總用量控制在15 mL以內(nèi)為最佳，其鹽酸溶液(1+1)用量為10 mL。

2.1.3 家用微波爐

由于鐵礦石樣品經(jīng)微波消解后，要加一定量的高氯酸通過加熱來驅(qū)趕多余氫氟酸，為了將其驅(qū)除徹底，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，在消解罐開口狀態(tài)下，用家用微波爐加熱7 min便可冒高氯酸煙將氫氟酸完全驅(qū)除。

2.2 校正曲線

按儀器工作條件對(duì)錳、銅、鋅、鉛的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，所得錳、銅、鋅、鉛校準(zhǔn)曲線的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限見表3。

表3 線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)

2.3 共存離子的影響

實(shí)驗(yàn)證明，在滿足相對(duì)偏差小于±1%的情況下，對(duì)于0.5 mg/L的錳，1 000倍的銅、鋅，500倍的鉛不干擾測定;對(duì)于0.5 mg/L的銅，1 000倍的錳、鋅、鉛不干擾測定;對(duì)于0.5 mg/L的鋅，1 000倍的錳、銅、鉛不干擾測定;對(duì)于1.0 mg/L的鉛，1 000倍的錳、銅、鋅不干擾測定。為了避免鐵礦石樣品中主量元素鐵對(duì)錳、銅、鋅、鉛的干擾，采用基體匹配的辦法，即在繪制校準(zhǔn)曲線時(shí)加入相當(dāng)數(shù)量的鐵，可有效消除主量元素鐵的干擾［2］。

2.4 樣品分析

選擇4個(gè)鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)樣品，按本實(shí)驗(yàn)方法各進(jìn)行10次測定，測定結(jié)果與認(rèn)定值進(jìn)行對(duì)照，并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD%)，結(jié)果見表4。

表4 分析結(jié)果對(duì)比試驗(yàn)

2.5 回收率實(shí)驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對(duì)鐵礦石標(biāo)樣GSBH3001-97進(jìn)行溶解，溶解完畢后，并分別加入一定量的錳、銅、鋅、鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液，并測定其含量，其結(jié)果見表5。

表5 回收率實(shí)驗(yàn)

通過標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行的上述試驗(yàn)表明，微波消解—原子吸收法快速同時(shí)測定鐵礦石中的錳銅鋅鉛。具有簡單快速，無干擾，可一次完成錳、銅、鋅、鉛等金屬元素測定。該法結(jié)果較準(zhǔn)確可靠，減少多次測定的人為誤差，能滿足鐵礦石分析的要求。

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