某礦區含碳硅巖和碳質灰巖中鈾的分析

鄧起鴻

（四川核工業地質局分析測試中心，四川 成都 610503）

1 引 言

實驗室進行鈾礦分析主要應用釩酸銨滴定法進行常量鈾的分析和TBP萃淋樹脂色層分離5-Br-PADAP分光光度法進行微量鈾的分析。近年逐漸使用電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）和激光（紫外）熒光法測定。ICP-MS雖然有檢出限低、快速、準確和多元素同時測定等優點[1-3]，但儀器昂貴；激光（紫外）熒光法測定成本不高，檢出限和準確度均可滿足一般樣品分析要求[4-6]。但是對某礦區含碳硅巖和碳質灰巖樣品中的鈾分析，傳統方法分析結果不穩定。試驗中通過對融樣方法的改進和測試中對分析條件的選擇和改進，提高了分析結果的準確度和穩定性，擴展了微量鈾分析儀的應用范圍，降低了分析周期和分析成本。

2 試驗部分

2.1 主要實驗儀器和試劑

MUA型微量鈾分析儀及痕量鈾抗干擾熒光試劑

（核工業北京地質研究院分析測試中心）

聚四氟乙烯坩堝（50mL）

微量注射器，5～50μL；0.1～1.0mL；1.0～5.0mL

硝酸（分析純）；鹽酸（分析純）；氫氟酸（分析純）；高氯酸（分析純）

鈾標準溶液，100μg/mL（核工業北京化工冶金研究院）分別配成 1μg/mL、2μg/mL、10μg/mL、20μg/mL和40μg/mL介質為1%（ν/ν）的硝酸介質溶液

氫氧化鈉（分析純），配成0.00016mol/mL

實驗用水為去離子水。

2.2 實驗方法

稱樣0.05～0.20g樣品置于瓷坩堝，在650℃的馬弗爐內灼燒2 h，取出轉入聚四氟乙烯坩堝中，加入HF、HNO3、HClO4后放置3 h左右，于低溫溶礦至冒白煙，再用高溫溶礦至白煙冒盡。取下稍冷，加入2mL（1+1）HNO3和適量水溶解。轉入100mL容量瓶，水定容。

取樣0.5 mL（取樣量不足0.5 mL，則加入1%硝酸溶液補足0.5mL），加水4mL混勻后用MUA型微量鈾分析儀測定F，重新取樣取樣0.5mL，加水3.5mL和0.5 mL痕量鈾分析抗干擾專業熒光試劑，混勻后用MUA型微量鈾分析儀測定F1，再加入一定量的鈾標準溶液和等體積氫氧化鈉溶液混勻后用MUA型微量鈾分析儀測定F2，隨樣品測定空白。測量結果用如下公式計算：

式中：C——樣品中鈾的含量，μg/g；

F——石英皿試樣溶液中加入熒光增強劑前的熒光強度讀數；

F1——石英皿試樣溶液中加入熒光增強劑后的熒光強度讀數；

F2——石英皿試樣溶液中加入鈾標準溶液后的熒光強度讀數；

Vs——往試樣中加入的鈾標準溶液體積和加入氫氧化鈉溶液體積之和，mL；

F0——石英皿空白溶液中加入熒光增強劑前的熒光強度讀數；

F01——石英皿空白溶液中加入熒光增強劑后的熒光強度讀數；

F02——石英皿空白溶液中加入鈾標準溶液前的熒光強度讀數；

V0s——往空白中加入的鈾標準溶液體積和加入氫氧化鈉溶液體積之和，mL；

m——稱樣量，g；

V1——樣品溶液的總體積，mL；

Cs/2——標準鈾溶液的濃度，μg/mL；

V2——測量時分取溶液的體積，mL；

K——試樣溶液中加入鈾標準溶液后體積的校正因子，（Vt＋Vs）/Vt；

K0——空白溶液中加入鈾標準溶液后體積的校正因子，（Vt＋V0s）/Vt；

Vt——加入標準鈾溶液前石英皿中樣品溶液的總體積，mL。

3 結果與討論

3.1 溶礦條件選擇

該法因主要針對某礦區碳質灰巖和含碳硅巖的巖石中鈾的分析，故對溶礦使用的酸進行一定選擇，使用國家標準樣品 GBW04112（w（U）＝682 μg/g）同某礦區的碳質灰巖，含碳硅巖的已知鈾含量（A樣w（U）＝46.0 μg/g，B 樣 w（U）＝442 μg/g，C 樣 w（U）＝2180μg/g）樣品進行同質量組合，所得組合樣

（理論值：1 號樣 w（U）＝（682+46）/2=364μg/g；

2 號樣 w（U）＝（682+442）/2=562μg/g；

3 號樣 w（U）＝（682+2180）/2=1431μg/g）

進行含量分析，所得結果如表1、表2、表3。由表1、表2和表3可知某礦區的碳質灰巖，含碳硅巖樣品在0.05～0.10g之間加入氫氟酸4mL、硝酸6mL和高氯酸4mL時，溶礦效果最佳，測量結果最接近理論值。

表1 加入不同比例酸測得1號樣的鈾含量

表2 加入不同比例酸測得樣2號樣的鈾含量

表3 加入不同比例酸測得3號樣的鈾含量

通過試驗可知，對于某礦區的碳質灰巖和含碳硅巖樣品，因為含有一定量的硅巖和有機質，加入一定量的氫氟酸、高氯酸對溶礦完全很有幫助。但是加入鹽酸與硝酸形成王水介質反而使溶礦效率降低主要是因為王水的沸點較低，如加熱溫度很高，將增大酸的揮發損失，同時反應的速度難以控制，高溫下王水介質生成Cl2（HNO3+HCl2H2O+Cl2）易發生濺跳，引起測定含量偏低。

3.2 酸度的選擇

不同酸度對熒光增強效果有影響，且細微酸度的變化也會引起熒光值的變動，如表4，在靈敏度為3時，對50ng鈾標準溶液加入0.5mL熒光增強劑和不同量的1%硝酸進行熒光值的測試。由此可知在測試了F1后，加入1%硝酸介質的鈾標準溶液來測定F2時，F2的熒光值已經受到加入硝酸量的影響，熒光值偏低。由計算公式可知，F2偏低會引起計算結果偏高。若在測試中加入鈾標準溶液后，加入同體積同濃度的氫氧化鈉溶液中和加入的鈾標準溶液中的硝酸，再進行F2的測試。由表5可知，中和引入的硝酸后的測試結果穩定且準確。

表4 引入不同量的1%硝酸進行熒光值測試

表5 不加和加入同體積氫氧化鈉中和加入鈾標準溶液測得樣品值鈾含量

3.3 靈敏度的選擇

靈敏度的選擇主要取決于加入鈾標準溶液后F2-F1（F2≥2F1）的大小，實驗取一定量鈾標準溶液，加入熒光增強劑再加水至5mL混勻后測定熒光值，記錄如表6。當稱樣量為0.1g左右，定容于100mL（1%硝酸介質），取0.5mL進行樣品測定。根據F2≥2F1，熒光強度應穩定且不應過小的原則，應選擇500≤F≤3500。依照表6的實驗數據，對應的不同樣品含量的靈敏度選擇如表7。若稱樣量減少至0.05g，定容于100mL，取樣量減至0.1mL，則可以對3%左右的樣品進行測試，提高了激光鈾儀的應用范圍。當樣品 w（U）≤10μg時，靈敏度宜選擇 5～7；當樣品 10μg≤w（U）≤200 μg時，靈敏度宜選擇 3；當樣品200μg≤w（U）≤800μg時，靈敏度宜選擇 2；當樣品800μg≤w（U）≤3200μg時，靈敏度宜選擇 1。

4 結束語

該文研究了某地區特殊的碳質灰巖和含碳硅巖的鈾礦分析，改進了溶礦和分析條件，特別對溶礦條件、酸度和靈敏度的選擇做了大量實驗研究。得出某礦區的碳質灰巖，含碳硅巖樣品在0.05～0.10 g之間加入氫氟酸4mL、硝酸6mL和高氯酸4mL時，溶礦效果最佳。分析中加入同體積同濃度的氫氧化鈉溶液中和加入的鈾標準溶液中的硝酸后再進行F2的測試，測試結果穩定且準確。

表6 不同濃度鈾標準液的熒光強度試驗

表7 不同樣品含量的靈敏度選擇

[1] 李 冰，尹 明.電感耦合等離子體質譜法進展[J].巖礦測試，1995，14（4）：254-273.

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[5] 葉開明，畢松苓.激光熒光法測定天然水和土壤中痕量鈾[J].鈾礦冶，1985，4（4）：26-32.

[6] 杜安道，楊桂芳，周肇茹，等.激光熒光法測定地質樣品中痕量鈾[J].巖礦測試，1989，8（3）：208-211.