●　山西省分析科學(xué)研究院　閆中健

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淺談灰吹法中影響灰吹的因素

●山西省分析科學(xué)研究院閆中健

摘 要：灰吹法（火試金法）是測定金合金首飾中的金含量的仲裁方法，此方法實(shí)驗(yàn)過程步驟較多，尤其灰吹過程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，實(shí)驗(yàn)過程中金的損失及誤差均主要來源于灰吹過程中。

關(guān)鍵詞：灰吹法灰皿金銀合珠開花

灰吹過程就是把含雜質(zhì)金屬的金和銀放在高溫爐內(nèi)灰皿（由耐火或耐高溫材料制成的平底多孔盤）中熔化，隨后在其上面吹入熱空氣氣流來分離掉雜質(zhì)的過程。鉛、銅、錫和其他需分離的金屬雜質(zhì)被熱空氣氧化，一部分揮發(fā)，一部分被灰皿吸收。在火試金分析過程中，灰吹過程很關(guān)鍵，金的主要損失及誤差來源均產(chǎn)生于此操作步驟中。

灰吹過程中影響灰吹的因素主要來源于兩個(gè)方面：（1）儀器設(shè)備和試劑材料；（2）灰吹關(guān)鍵步驟的操作。

儀器設(shè)備和試劑材料

1.馬弗爐

馬弗爐，試金用的高溫灰吹爐，這種爐子應(yīng)具有使空氣流通的進(jìn)氣口和出氣口，最好能使空氣預(yù)熱并能使其穩(wěn)定地通過，爐溫能均勻地由室溫加熱到1 000 ℃。

溫度對(duì)灰吹的影響是很大的，一般應(yīng)控制在920℃～1 000℃，溫度過低會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)，溫度過高又導(dǎo)致金銀在灰吹過程中的損失增加。通常情況下，金銀是難氧化的，但是隨著溫度的升高，金銀的氧化程度也在增加。金銀氧化后，其氧化物隨氧化鉛吸收到灰皿中，或者散落在灰皿表面，這是金銀損失的主要因素，其量約占全部損失的90%。另一個(gè)原因是金銀在高溫下的蒸發(fā)隨溫度升高而增加。所以灰吹應(yīng)該在盡可能低的溫度下進(jìn)行，以便把損失減少到極小值。金銀在整個(gè)灰吹過程中損失的程度是不一樣的，開始時(shí)損失很小，隨著灰吹的進(jìn)行，鉛量逐漸減少，相應(yīng)地金、銀在鉛中的濃度增加，金、銀的損失也隨著加大，到灰吹后期，當(dāng)鉛量剩下不到1 g時(shí)，損失大增，特別在灰吹接近結(jié)束時(shí)，損失最大。

2.灰皿

灰皿是灰吹鉛扣時(shí)吸收氧化鉛用的多孔性耐火器皿?；掖捣ǎɑ鹪嚱鸱ǎy定金合金首飾中的金含量常用的灰皿有兩種：鎂砂灰皿和骨灰灰皿。

骨灰灰皿是用牛羊骨頭灼燒、磨細(xì)、再灼燒得到的，其中有機(jī)物必須全部除去。它的成分主要為磷酸鈣、級(jí)化鈣、氧化鎂等。骨灰的細(xì)度要小于0.147 mm，其中0.088 mm的應(yīng)占50%以上。用純骨灰制的灰皿較松，試金分析一般使用骨灰和水泥的混合灰皿。

鎂砂的主要成分是氧化鎂，它是很好的耐火材料，能耐堿性熔劑的侵蝕。鉛扣灰吹時(shí)生成的氧化鉛是極強(qiáng)的堿性熔劑。在高溫時(shí)氧化鉛與二氧化硅的親和力很強(qiáng)，能侵入灰皿中的硅酸鹽。骨灰灰皿中含的硅酸鹽較多，用這種灰皿灰吹后，皿表上會(huì)出現(xiàn)小坑，貴金屬會(huì)因此而受到損失。使用鎂砂灰皿，灰吹后無此現(xiàn)象，表面很光滑。

筆者通過實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證了鎂砂灰皿和骨灰灰皿對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中金含量的影響，單位（%）見表1。

表1　鎂砂灰皿和骨灰灰皿對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中金含量的影響

表1的結(jié)果顯示，樣品金含量與理論金含量的結(jié)果偏差均小于0.1%，但采用鎂砂灰皿其結(jié)果更接近理論值。

3.鉛箔

鉛在高溫下具有萃取貴金屬的能力，作為捕集劑，其比重大，最后沉降在試金坩堝的底部。冷卻后的形狀像鈕扣，稱作扣或試金扣。用鉛作捕集劑時(shí)，稱這種捕集了貴金屬的金屬鉛為鉛扣。鉛對(duì)Ag，Au的捕集效果很好，捕集率大于99%。

在火試金實(shí)驗(yàn)中，將鉛粒（分析純，不含貴金屬和鉍）熔化鑄條，軋成0.2 mm厚的鉛箔，擦去油脂。由于試驗(yàn)中鉛箔重量和樣品重量有比例要求，鉛箔過厚使其面積太小，不便于包裹標(biāo)準(zhǔn)金和樣品，鉛箔過薄又會(huì)在包裹標(biāo)準(zhǔn)金和樣品的過程中撕裂，致使標(biāo)準(zhǔn)金和樣品損失。

由于樣品成色越高且灰吹時(shí)間越長，致其在灰吹過程中金銀損失越嚴(yán)重，從而影響結(jié)果。所以在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)根據(jù)樣品的金銀含量進(jìn)行鉛箔的配比，鉛箔的用量應(yīng)根據(jù)樣品雜質(zhì)的總量來添加。

灰吹關(guān)鍵步驟的操作

在火試金實(shí)驗(yàn)過程中，灰吹過程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很大，實(shí)驗(yàn)中金銀的主要損失及誤差來源均產(chǎn)生于操作步驟中。根據(jù)筆者多年的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，歸納為以下實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟，更有利于提高該方法的準(zhǔn)確度和精密度。

（1）將干凈無灰的鎂砂灰皿在920℃的馬弗爐內(nèi)灼燒20 min左右，除去灰皿中的有機(jī)物和氣體物質(zhì)。如果樣品與鎂砂灰皿在常溫下一同放入馬弗爐，會(huì)在灰吹過程中鼓泡而造成金銀損失。

（2）樣品和標(biāo)準(zhǔn)金中加入適量的純銅?；鹪嚱鸱ㄔ跍y定高純金合金樣品時(shí)，樣品和標(biāo)金中要加入相當(dāng)于金質(zhì)量2.1～2.5倍的高純銀。由于銀有很強(qiáng)的吸氧性，在灰吹結(jié)束階段，溫度下降，氧氣會(huì)從樣品中釋放，這樣就產(chǎn)生了“開花”現(xiàn)象。其原因是銀在高溫液態(tài)下，吸收空氣中的氧，吸收量可達(dá)銀體積的20倍，在凝固時(shí)氧又重新釋放?；鹪嚱鸱ㄖ谢掖岛螅疸y合粒釋放氧一般有3種形式：①集中于一處突然噴出，形成濺散（spit）；②集中一點(diǎn)較緩慢地釋放，攜帶液態(tài)金屬形成小的芽狀突起（sprout）；③使合粒整體膨脹而在合粒表面形成裂紋。這三種現(xiàn)象統(tǒng)稱為“開花”。凡產(chǎn)生“開花”現(xiàn)象的合珠都會(huì)引起金銀重量損失。前兩種損失最大，造成實(shí)驗(yàn)失敗。

為了克服金銀合珠“開花”， 在稱量樣品和標(biāo)金時(shí)加入適量的純銅來減少和消除開花的現(xiàn)象，其原理是加入的銅部分被灰吹，約20%的銅殘留在金銀合珠中，殘留于合珠中的銅與合珠在液態(tài)時(shí)吸收的氧相結(jié)合成為氧化物（此時(shí)鉛已氧化完畢），由于氧少銅多，產(chǎn)生氧化亞銅，使氧不再釋放。注意，加銅不要太多，當(dāng)含銅量超過2%時(shí)，在灰吹后期可能形成冰銅而使灰吹無法繼續(xù)進(jìn)行。通常在1 g純金中加入40 mg純銅。

（3）鉛箔包裹樣品和標(biāo)準(zhǔn)金時(shí)，需將鉛包擠壓嚴(yán)實(shí)，不留空隙，有利于灰吹效果和減少金銀合珠“開花”的發(fā)生。將樣品與標(biāo)準(zhǔn)金的鉛包交叉排列放入馬弗爐內(nèi)的灰皿中，以免爐溫的不均造成誤差。

（4）當(dāng)樣品是含鎳的白色金合金（不含鈀）時(shí)，可采用增加鉛箔用量的方法進(jìn)行灰吹。即用6 g左右鉛箔對(duì)樣品和標(biāo)準(zhǔn)金進(jìn)行包裹，此時(shí)的鉛箔用量相當(dāng)于普通用量的1.7倍～2倍，灰吹溫度也要提高到1 000℃～1 150℃。對(duì)于含有鈀的白色金合金樣品，將經(jīng)過一次灰吹和分金的合金卷和標(biāo)準(zhǔn)金再次用4 g鉛箔（再加約50 mg的純銅）進(jìn)行包裹，在爐溫為1 000℃左右的溫度下進(jìn)行第二次灰吹。

結(jié)論

灰吹法（火試金法）作為測定金合金首飾中的金含量的仲裁方法，實(shí)驗(yàn)過程步驟較多，尤其灰吹過程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，了解并掌握灰吹過程中影響灰吹的因素，將會(huì)大大提高實(shí)驗(yàn)的精確度和準(zhǔn)確度。