龔迎莉 王 宇 張 寧 謝蓮英

（1.清華大學熱科學及動力工程教育部重點實驗室，北京100084；2.利曼中國公司，北京100084；3.華北石油勘探開發(fā)研究院，任丘062552）

鉻鐵礦屬于尖晶石類礦物，其主要成分為：Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、SiO2等。鉻鐵礦是巖漿作用的礦物，常產于超基性巖中，與橄欖石共生，也見于砂礦中。鉻具有質硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性。鉻鐵礦是最難消解的礦物之一，采用酸溶法制樣，通常使用四酸溶樣，存在著無法測定鉻、硅等含量，并且在高氯酸和鹽酸的作用下會生成有毒的鉻酰氯并存在揮發(fā)現(xiàn)象造成測定的不準確，因此，一般采用熔劑熔融法分解鉻鐵礦［1－5］。本實驗采用偏硼酸鋰BLiO2作為熔劑。

偏硼酸鋰是一種高熔點的非氧化性的熔劑，分解試樣的能力強［4－6］。實驗利用等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP－OES）測定鉻鐵礦中的5種主量元素Cr、Si、Al、Fe、Mg。通過對巖石國家一級標準物質（GBW07820、GBW07101、GBW07102、GBW07201、GBW07202）的測定，其中Si、Al、Fe、Mg滿足定量分析的要求，對于Cr的定量分析可以采用過氧化鈉熔樣，等離子體原子發(fā)射光譜儀采用特殊的耐鹽性高的同心霧化器進行進樣，測定Cr的含量；或者采用過氧化鈉熔樣，硫酸亞鐵胺標準溶液滴定，測定Cr的含量。普通的等離子體原子發(fā)射光譜儀的耐鹽量低，較高的含鹽量會導致數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性降低，嚴重時會阻塞霧化器導致儀器熄火。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

Prodigy電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（美國利曼公司），配有同心霧化器和高效旋流霧室。工作條件：發(fā)射功率：1100kW，冷卻器流量19L／min，輔助器流量：0.4L／min，霧化器流量：34PSI，泵速：1.4mL／min，積分時間：10s。

石墨坩堝，鎳坩堝

1.2 標準溶液和主要試劑

各單元素標準溶液均購于國家標準物質研究中心，濃度為1000μg／mL（Si為500μg／mL）。采用基體匹配法，參考國家一級標準物質GBW07820、GBW07101、GBW07102、GBW07201、GBW07202的元素含量范圍，配制標準系列溶液。

HCl、HNO3、HF、HClO4均為 優(yōu)級純；BLiO2、Na2O2均為分析純；18.2MΩ超純水。

標準溶液系列1的配置如表1。

表1 標準溶液系列1的配制 μg·mL

標準溶液系列2的配置：采用質空白樣品、國家一級標準物GBW07101、GBW07102、GBW07201配制標準系列溶液。

1.3 實驗方法

鉻鐵礦須經破碎縮分至200目。準確稱量0.0300g分別加入到容器中。稱取2.00g BLiO2在光譜純的石墨坩堝內，與樣品充分攪拌混勻，放置于1000℃馬弗爐內，熔融30min。取出樣品，趁熱將石墨坩堝中的紅色球狀熔融物倒入50mL（1＋1）HCl在100mL燒杯中，將燒杯放入超聲波清洗器中加速溶解，時間約30min。將溶液轉移至100ml容量瓶中，加入5mL（1＋1）硝酸，定容、搖勻，待測。

2 結果與討論

2.1 元素分析譜線的選擇和檢出限

電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測試樣品時，通常對同一待測元素選擇2～4條譜線作為分析對象。一般儀器會推薦選擇元素的最靈敏線，但在實際分析中由于某些譜線的靈敏度很大，會造成強度的飽和，操作者根據(jù)經驗選擇元素的次靈敏線等。通過儀器掃描，這5種元素并無發(fā)現(xiàn)元素間明顯的干擾。Cr：選擇267.716nm，Si：251.611nm，F(xiàn)e：234.350nm，Mg：279.078nm，Al：396.152。在儀器的最佳測試條件下，對空白溶液連續(xù)測定10次，以3倍標準偏差計算方法的檢出限（LD）。表2結果表明，5個元素的檢出限為0.003～0.020μg／mL。5個主量元素具有很好的線性關系。標準曲線1元素的線性關系的相關系數(shù)達到0.999以上，標準曲線2元素的線性關系的相關系數(shù)達到0.998以上。

表2 元素的分析線及檢出限

2.2 前處理方法和數(shù)據(jù)分析

在LiBO2為熔劑的實驗中，使用超聲波溶解樣品，鉻含量相對較高的樣品有少量的微溶物存在，未能完全溶解。采用標準曲線1測得的數(shù)據(jù)，見表3。分析數(shù)值與標準值相比，Cr元素含量偏低，Si、Al、Fe、Mg等4種元素含量也偏低。這說明了鉻鐵礦的基體復雜。標準曲線系列1中標準溶液的基體和真實礦物的基體匹配度差。

采用標準曲線2測得的數(shù)據(jù)，見表4。分析數(shù)值與標準值相比，鉻含量的數(shù)據(jù)仍然偏低，但是Si、Al、Fe、Mg與標準值吻合。

表3 LiBO2熔融處理5種標準物質的實驗數(shù)據(jù)（標線1） μg／mL

表4 LiBO2熔融處理2種標準物質的實驗數(shù)據(jù)（標線2） μg／mL

2.3 鉻的測試

稱取GBW07820、GBW07201標準物質30mg，將1.3方法中的熔劑換為過氧化鈉，采用鎳坩堝進行熔樣，馬弗爐溫度為600℃，配制的溶液［7］。表5采用標準曲線1，GBW07820和GBW07201測得氧化鉻的含量各為46.70%、1.53%，標準值的含量分別為46.56%、1.57%、，測量值和標準值吻合。

表5 Na2O2熔融處理2種標準物質的實驗數(shù)據(jù)（標線1） μg／mL

2.4 回收率

選取LiBO2熔融法處理的鉻鐵礦標樣GBW07820的溶液，作為加標回收率的實驗對象，向10mL比色管中加入1000μg／mL Cr、Fe、Mg、Al標準溶液0.25mL，加入500μg／ml Si標準溶液0.1mL。表6結果表明，BLiO2方法的回收率（R）分別為101.6～105.3%。

表6 方法的回收率

3 結語

采用偏硼酸鋰熔解鉻鐵礦，超聲波提取，選擇標準物質配制標準工作曲線，利用等離子體發(fā)射光譜法測定鉻鐵礦中的5種主量元素Cr，Si，F(xiàn)e，Mg，Al。結果表明，Cr的測試值偏低，偏硼酸鋰并不能完全有效地熔解鉻鐵礦中的鉻。采用標準溶液配制的工作曲線1，鉻鐵礦樣品溶液的基體復雜，標準溶液和待測樣品的基體匹配度差，這樣測得的Cr、Si、Fe、Mg、Al元素含量數(shù)值統(tǒng)一偏低；采用鉻鐵礦和超基性巖配制的工作曲線2，標準溶液的基體和測試樣品的基體近似，測試樣品中的Si，F(xiàn)e，Mg，Al元素的測試值與標準值吻合。通過國家一級標準物質的驗證，偏硼酸鋰熔解鉻鐵礦能有效、準確地對巖樣中的主量元素Si，F(xiàn)e，Mg，Al進行測試。對于鉻鐵礦中的鉻需要采用其它方法進行分析測試，建議用強氧化性和熔解能力更強的Na2O2進行堿式熔樣，利用等離子體發(fā)射光譜法測定Cr［7］或者采用硫酸亞鐵銨滴定法測定Cr2O3的質量分數(shù)［8］。實驗表明，偏硼酸鋰熔解鉻鐵礦前處理方便快捷，對環(huán)境的污染小。通過對國家一級標準物質測定驗證，方法的準確度、精密度滿足鉻鐵礦中Si，F(xiàn)e，Mg，Al等元素的定量分析要求。

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［8］張惠君.巖石全分析中偏硼酸鋰熔礦的應用.科技資訊，2006，（1）：150－151.