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        電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定巖礦中鋰的含量

        2021-03-31 10:55:54
        中國無機(jī)分析化學(xué) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:實驗

        韓 曉 方 迪

        (北礦檢測技術(shù)有限公司,北京 102628)

        前言

        鋰是世界上最輕的金屬,也被譽(yù)為能源金屬。鋰廣泛存在于鋰礦、海水、鹽湖、地下鹵水中,無論是從自然界中提取鋰還是鋰的相關(guān)材料的研究,首先要解決的是鋰含量的測定問題,礦石中鋰的測定方法主要是儀器法,主要有火焰原子吸收光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法和電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法。本方法通過不同混合酸溶樣效果比較,儀器測定條件的優(yōu)化、干擾元素的影響實驗等,建立了一種電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定巖礦中鋰量的方法,能夠應(yīng)用于對巖礦中鋰元素的含量檢測。

        1 實驗部分

        1.1 試劑與儀器

        鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸、硫酸(分析純,國藥集團(tuán));實驗用水均符合國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的二次水要求;鋰標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 000 μg/mL,鋼研納克儀器有限公司)。

        鋰標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(100 μg/mL):準(zhǔn)確移取10 mL的鋰標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液放置于100 mL容量瓶中,加入10 mL硝酸,用水緩慢稀釋至刻度,搖勻。

        Agilent ICP-OES 725型電感耦合等離子體光譜儀(美國安捷倫科技公司)。氬氣[w(Ar)≥99.996%]。

        1.2 實驗方法

        稱取0.1 g(精確至0.000 1 g)試料,置于聚四氟乙烯燒杯中,加入10 mL氫氟酸,5 mL高氯酸,低溫加熱冒白煙至濕鹽狀,取下燒杯稍冷,加10 mL 硝酸,再使用少量二次水沖洗杯壁,使可溶性的鹽類慢慢溶解,直至溶解完全,取下燒杯使其冷卻,把溶液小心地移入100 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度混勻,澄清或干過濾。隨同試料做空白試驗。

        按表1分取試液,置于100 mL容量瓶中,加入10 mL硝酸,用水稀釋至刻度,混勻。

        表1 分取試液體積Table 1 Volume of test solution

        選定鋰元素的波長,在優(yōu)化后的測定條件下,使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行測定。

        1.3 工作曲線的配制

        分別移取 0.00、1.00、5.00、10.00、15.00、20.00 mL的鋰標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)置于 100 mL 容量瓶中,加入10 mL硝酸,稀釋至刻度,搖勻。配制成濃度為0.00、1.00、5.00、10.00、15.00、20.00 μg/mL 系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(表2)。

        表2 工作曲線Table 2 Linear relationship of working curve

        2 結(jié)果與討論

        2.1 儀器參數(shù)的優(yōu)化

        為了獲得較好的鋰靈敏度及穩(wěn)定性,不斷調(diào)節(jié)儀器參數(shù)[1-3],最終選定儀器條件如表3所示。

        表3 推薦儀器參數(shù)Table 3 Recommended instrument parameters

        2.2 檢出限實驗

        檢出限是通過測定11次空白溶液,然后計算出空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差,以其標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為檢出限。結(jié)果如表4所示。

        表4 檢出限Table 4 Detection limits(n=11)

        2.3 儀器短時穩(wěn)定性

        被測元素最大質(zhì)量濃度(20.0 μg/mL)溶液連續(xù)測量6次,其發(fā)射光絕對強(qiáng)度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差表示儀器短時穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)表明,被測元素鋰的發(fā)射光絕對強(qiáng)度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差0.65%,小于通常要求的1%。

        2.4 試樣分解方法的選擇

        采用5種不同組合方式的混合酸(硫酸-氫氟酸、氫氟酸-高氯酸、四酸、硝酸-氫氟酸-高氯酸、王水-高氯酸)消解樣品。方案如表5所示。

        表5 溶樣方式對比Table 5 Comparison of sample dissolution methods /%

        方案1:加15 mL鹽酸低溫加熱溶解10 min,再加5 mL硝酸、5 mL高氯酸,低溫加熱溶解樣品。

        方案2:加10 mL氫氟酸、5 mL硫酸,低溫加熱溶解樣品。

        方案3:加10 mL鹽酸、10 mL硝酸、10 mL氫氟酸、5 mL高氯酸,低溫加熱溶解樣品。

        方案4:加10 mL硝酸、10 mL氫氟酸、5 mL高氯酸,低溫加熱溶解樣品。

        方案5:加10 mL氫氟酸,5 mL高氯酸,低溫加熱溶解樣品。

        對比結(jié)果表示,王水-高氯酸消解樣品測定結(jié)果明顯偏低,原因是原礦樣品中含有大量的二氧化硅,一部分鋰包裹在二氧化硅中不能完全溶出。其它幾種溶樣方式并無太大差異,但硫酸-氫氟酸體系的消解液會有一些白色沉淀,需要過濾后上機(jī)測定。根據(jù)經(jīng)濟(jì)環(huán)保節(jié)約的原則,實驗選擇氫氟酸-高氯酸來消解樣品。

        2.5 酸度的影響

        試料以氫氟酸+高氯酸混合酸溶解,用硝酸浸取進(jìn)行測定。實驗考察了硝酸酸濃度對鋰元素測定的影響。取質(zhì)量濃度為1.00 μg/mL和10.00 μg/mL的鋰溶液,實驗了硝酸體積分?jǐn)?shù)1.0%、5.0%、10.0%、15.0% 時對鋰測定的影響。結(jié)果見表6。

        表6 酸度對鋰測定結(jié)果的影響Table 6 Effect of acidity on measurement results of lithium /(μg·mL-1)

        實驗表明,當(dāng)硝酸的體積從1.0%到15.0%時,酸濃度對測定結(jié)果基本沒有影響,實驗選擇體積分?jǐn)?shù)5.0%硝酸作為測定介質(zhì)。

        2.6 干擾及消除

        2.6.1 共存元素種類

        巖礦成分比較復(fù)雜多變,主要存在的金屬元素有Ca、Mg、Al、Fe、K、Na、Cu、Pb、Zn等,針對這些共存元素做干擾元素實驗。

        2.6.2 單元素干擾實驗

        通過在1.00 μg/mL的鋰溶液中加入干擾元素,考察干擾元素的影響,測定結(jié)果見表7。

        表7 各共存元素對鋰的干擾Table 7 Interference of various coexisting elements on lithium

        實驗結(jié)果可以說明,加入的干擾元素在選定的測定條件下,基本沒有影響。

        2.6.3 混合共存元素的干擾實驗

        將干擾元素分別加入到濃度為1.00 μg/mL和20.00 μg/mL的鋰溶液中,考察干擾元素同時存在的影響,結(jié)果見表8。

        表8 干擾元素同時存在的影響Table 8 Mixed element interference experiment

        表8結(jié)果顯示,混合干擾元素對鋰的測定沒有影響。

        2.7 精密度實驗

        分別對5個不同含量的樣品進(jìn)行了11次獨(dú)立測定,測定結(jié)果見表9。

        表9 精密度實驗結(jié)果Table 9 Precision test results(n=11) /%

        對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行格拉布斯檢驗,通過查表對照可知,當(dāng)n=11,a=0.05時舍棄界限為2.355,測得實驗數(shù)據(jù)均小于2.355,沒有出現(xiàn)異常值,實驗結(jié)果說明本方法的重復(fù)性和精密度都較好。

        2.8 加標(biāo)回收實驗

        對1#和3#樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收實驗,通過在樣品中加入一定量的鋰標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照本方法進(jìn)行測定,由測定結(jié)果計算加標(biāo)回收率,計算結(jié)果見表10。

        表10 加標(biāo)回收實驗結(jié)果Table 10 Results of recovery test /%

        由表10 的實驗結(jié)果可以說明,加標(biāo)回收率在98.9%~105%,回收率較好。

        2.9 方法對比

        將國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07152和GBW07153的樣品在ICP-AES和AAS上分別進(jìn)行測定,Li2O的理論值分別是0.46%和2.29%,在ICP-AES上測定值分別是0.46%和2.28%,AAS上測定值分別是0.45%和2.26%。 由此可見測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)理論值吻合得很好,不同儀器測定結(jié)果是一致的,說明此方法可行。

        3 結(jié)論

        采用氫氟酸-高氯酸溶解樣品,通過一系列實驗,建立了ICP-AES法測定巖礦中鋰量的方法,完全能夠滿足礦石中鋰含量的批量檢驗工作。方法準(zhǔn)確度較高,精密度好,能滿足測定需求。

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