淺談灰吹法中影響灰吹的因素

●　山西省分析科學研究院　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，此方法實驗過程步驟較多，尤其灰吹過程對實驗結果影響較大，實驗過程中金的損失及誤差均主要來源于灰吹過程中。

關鍵詞：灰吹法灰皿金銀合珠開花

灰吹過程就是把含雜質金屬的金和銀放在高溫爐內灰皿（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的過程。鉛、銅、錫和其他需分離的金屬雜質被熱空氣氧化，一部分揮發，一部分被灰皿吸收。在火試金分析過程中，灰吹過程很關鍵，金的主要損失及誤差來源均產生于此操作步驟中。

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

儀器設備和試劑材料

1.馬弗爐

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

溫度對灰吹的影響是很大的，一般應控制在920℃～1 000℃，溫度過低會產生凍結，溫度過高又導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%。另一個原因是金銀在高溫下的蒸發隨溫度升高而增加。所以灰吹應該在盡可能低的溫度下進行，以便把損失減少到極小值。金銀在整個灰吹過程中損失的程度是不一樣的，開始時損失很小，隨著灰吹的進行，鉛量逐漸減少，相應地金、銀在鉛中的濃度增加，金、銀的損失也隨著加大，到灰吹后期，當鉛量剩下不到1 g時，損失大增，特別在灰吹接近結束時，損失最大。

2.灰皿

灰皿是灰吹鉛扣時吸收氧化鉛用的多孔性耐火器皿。灰吹法（火試金法）測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、再灼燒得到的，其中有機物必須全部除去。它的成分主要為磷酸鈣、級化鈣、氧化鎂等。骨灰的細度要小于0.147 mm，其中0.088 mm的應占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。鉛扣灰吹時生成的氧化鉛是極強的堿性熔劑。在高溫時氧化鉛與二氧化硅的親和力很強，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，皿表上會出現小坑，貴金屬會因此而受到損失。使用鎂砂灰皿，灰吹后無此現象，表面很光滑。

筆者通過實驗分別驗證了鎂砂灰皿和骨灰灰皿對實驗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實驗過程中金含量的影響

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

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，稱這種捕集了貴金屬的金屬鉛為鉛扣。鉛對Ag，Au的捕集效果很好，捕集率大于99%。

在火試金實驗中，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，不便于包裹標準金和樣品，鉛箔過薄又會在包裹標準金和樣品的過程中撕裂，致使標準金和樣品損失。

由于樣品成色越高且灰吹時間越長，致其在灰吹過程中金銀損失越嚴重，從而影響結果。所以在實驗過程中，應根據樣品的金銀含量進行鉛箔的配比，鉛箔的用量應根據樣品雜質的總量來添加。

灰吹關鍵步驟的操作

在火試金實驗過程中，灰吹過程對實驗結果影響很大，實驗中金銀的主要損失及誤差來源均產生于操作步驟中。根據筆者多年的實驗經驗，歸納為以下實驗關鍵步驟，更有利于提高該方法的準確度和精密度。

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

（2）樣品和標準金中加入適量的純銅。火試金法在測定高純金合金樣品時，樣品和標金中要加入相當于金質量2.1～2.5倍的高純銀。由于銀有很強的吸氧性，在灰吹結束階段，溫度下降，氧氣會從樣品中釋放，這樣就產生了“開花”現象。其原因是銀在高溫液態下，吸收空氣中的氧，吸收量可達銀體積的20倍，在凝固時氧又重新釋放。火試金法中灰吹后，金銀合粒釋放氧一般有3種形式：①集中于一處突然噴出，形成濺散（spit）；②集中一點較緩慢地釋放，攜帶液態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。這三種現象統稱為“開花”。凡產生“開花”現象的合珠都會引起金銀重量損失。前兩種損失最大，造成實驗失敗。

為了克服金銀合珠“開花”， 在稱量樣品和標金時加入適量的純銅來減少和消除開花的現象，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時吸收的氧相結合成為氧化物（此時鉛已氧化完畢），由于氧少銅多，產生氧化亞銅，使氧不再釋放。注意，加銅不要太多，當含銅量超過2%時，在灰吹后期可能形成冰銅而使灰吹無法繼續進行。通常在1 g純金中加入40 mg純銅。

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

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

結論

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，實驗過程步驟較多，尤其灰吹過程對實驗結果影響較大，了解并掌握灰吹過程中影響灰吹的因素，將會大大提高實驗的精確度和準確度。