豐山銅礦X射線熒光光譜分析法與傳統滴定法的對比研究

盧衛星，李廣漢

(大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232)

豐山銅礦X射線熒光光譜分析法與傳統滴定法的對比研究

盧衛星，李廣漢

(大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦， 湖北陽新縣 435232)

豐山銅礦最新引進了一臺能量色散型X射線熒光光譜儀，主要用于礦石中Cu、Mo、Fe、S、Ag、Pb和Zn等金屬元素的定量分析，以礦石中銅品位測定為例，對比分析了碘量法(銅含量檢測滴定法)和X射線熒光光譜法，分析得出X射線熒光光譜法不僅能夠有效降低職工的勞動強度，減少化學藥劑對環境影響，而且能達到快速檢測，有效指導礦山實際生產的目的，提高了企業的經濟效益。

Cu檢測；X射線熒光光譜分析法；滴定法；對比研究

0 引 言

豐山銅礦隸屬于大冶有色金屬有限責任公司，主要開采方式為井下開采，礦體均為硫化礦石類型，礦石結構有自形、半自形、他形粒狀結構、交代殘余結構和交代鑲邊結構、固熔體分離結構、文象結構、葉片狀結構、放射狀結構、網脈狀結構等，礦石中有用礦物為黃銅礦、斑銅礦以及少量輝銅礦，主要含金屬銅，伴生鉬、硫、金、銀。

分析化學作為研究物質的組成、含量、結構和形態等化學信息的分析方法及理論的一門科學，是化學的一個重要分支[1]。在礦山實際生產中，它主要應用于地質普查、礦產勘探、礦石成分分析等方面，對礦山探礦、采礦、選礦具有較強的指導作用。豐山銅礦自正式規模開采以來，主要采用滴定法對礦石中主要金屬元素Cu進行定量分析，從取樣、制樣到最后滴定計算結果。2015年，豐山銅礦引進了一臺能量色散型X射線熒光光譜儀，用于礦石中Cu、Mo、Fe、S、Ag、Pb和Zn等金屬元素的定量分析，本文主要對碘量法和X射線熒光光譜法測定Cu元素進行對比分析，以尋求更適用于礦山實際生產的檢測方式。

1 原 理

1.1 碘量法原理

試樣用硝酸和硫酸溶解，保持溶解后溶液pH值在3～4，加入NH4HF2消除Fe的干擾，用過量的KI與Cu2＋產生難溶于稀酸的CuI，析出游離I2，用Na2S2O3標準溶液進行滴定，滴定至淺黃色，加入淀粉指示劑，繼續滴定至淺藍色，加入硫氰酸鉀溶液，激烈搖振至藍色加深，再滴定至藍色剛好消失為終點。根據消耗的 Na2S2O3的量計算礦石中銅含量[2]。

具體化學反應過程如下:

1.2 能量色散型X射線熒光光譜分析法原理

能量色散型X射線熒光光譜法(EDXRF)，是一種非破壞性的儀器分析法。它是根據化學元素二次激發所發射的X射線譜線的波長和強度測量進行定性和定量分析的。用來自X射線管的初級線照射樣品(試樣或標準)，激發其中每個化學元素，不同元素的原子受到激發后，放射出各自特征的二次譜線，以其不同元素的波長為該元素的特征(定性分析的基礎)，其不同元素波長處的譜峰強度與被測樣品中能發射該能量的熒光X射線的元素含量有直接聯系(定量分析的基礎)，通過測量這些譜線的強度，并進行相應的數據處理和計算，就可以得出被測樣品中各種元素的含量[3-5]。

2 實驗步驟及檢測結果對比

2.1 碘量法滴定銅含量

2.1.1 主要試劑及儀器準備

(1)試劑:試樣(銅精礦和尾礦各5份)；KI；KClO3；NH4HF2飽和溶液；鹽酸(比重1.19)；HNO3(比重 1.42)；H2SO4(比重 1.84)；尿素(A.R)；HAc-NH4Ac緩沖溶液(A.R)；KSCN溶液(40%)；淀粉溶液(0.5%)；Na2S2O3標準溶液(0.05 mol/L)。

(2)儀器:錐形瓶；燒杯；滴定管；藥匙；移液管；玻璃棒；漏斗；電子天平；電熱板。

2.1.2 實驗步驟

(1)稱取0.2 g銅精礦(尾礦為0.5 g)試樣置于300 mL燒杯中，加少量蒸餾水潤濕，加入 0.5 g KClO3，加入10 mL HNO3，加蓋表面皿，置于電熱板上低溫加熱3～5 min，取下稍冷。

(2)加入8 mL鹽酸，繼續加熱使試樣完全溶解成糖漿狀，冷卻后用蒸餾水沖洗杯壁和表面皿，加熱煮沸使鹽類完全溶解，體積保持在20 mL內，加入尿素0.5 g，冷卻后繼續加熱驅散多余尿素，取下，冷卻至室溫。

(3)加入HAc-NH4Ac緩沖溶液至紅色不再加深，過量1 mL，滴加NH4HF2飽和溶液至紅色消失并過量1 mL，用蒸餾水沖洗杯壁，搖勻。

(4)向溶液中加入2～3 g KI，搖勻，迅速用Na2S2O3標準溶液滴至淡黃色，加入5 mL 0.5%淀粉溶液，繼續滴至淺蘭色，加入2 mL 20%KSCN溶液，搖動至藍色加深，再滴定至藍色剛好消失為終點。

記下Na2S2O3標準溶液消耗體積VmL，按照下列公式計算出銅的含量。

式中，T為Na2S2O3標準溶液對銅的滴定度，g/mL；V為滴定消耗Na2S2O3標準溶液的體積，mL；m為稱取試樣的質量，g。

2.2 X－射線熒光光譜分析法檢測銅含量

2.2.1 實驗準備

試樣(與滴定法一致)；標準樣品；能量色散型X射線熒光光譜儀；壓片機；穩壓電源

2.2.2 實驗步驟

(1)標準曲線的繪制。將標準樣品壓片制作，將不同標準樣品(10各不同階梯標準樣)分別放入X射線熒光光譜儀進行檢測，計算機根據元素的濃度和已測的Cu的特征譜線的強度按一定關系進行擬合，繪制出標準曲線。標準樣品必須是在實際生產所用的礦區采樣，標樣特征與生產樣特征基本一致，Cu含量范圍覆蓋實際生產所能達到的范圍，盡可能在生產控制指標的中部，以保證分析的準確性。

(2)樣品壓片。用藥匙將實驗樣品適當攪勻(力度統一均勻)，取適量實驗樣品放于制樣模具，設置好壓力值(一般為20 MPa左右)，啟動壓片設備對樣品進行壓片，取出。

(3)檢測。將壓片連同制樣模具放入X射線熒光分析儀，在 Cu標準曲線下進行檢測，做好記錄。

2.3 檢測對比分析

從碘量法實驗步驟可以看出，碘量法在分析銅含量過程較為復雜，并且在分析過程中需要加入不同的試劑，這個分析過程控制難度較大，尤其是在滴定過程中對顏色的突變要求較高，可能造成的誤差因素較多；X射線熒光分析過程操作簡單，分析速度快，過程容易控制。

從Cu含量檢測結果(見表1)可以看出，兩者在檢測結果方面誤差較小，能夠符合豐山銅礦目前生產實際，但是X射線熒光光譜儀的檢測時間大幅縮短，提高了工作效率，可適用于實際生產。

表1 滴定法和X射線熒光分析實驗結果對比

總結以上分析，能量色散X射線熒光光譜儀的主要優勢可以概括為以下幾點:

(1)X射線熒光分析法是一種真正意義上的無損檢測方法，被測樣品在測量前后，無論其化學成份、重量、形態等都保持不變。

(2)分析速度較快，檢測一個樣品中的Cu元素含量只需5 min左右。

(3)精度高，準確度好，影響檢測結果誤差在允許范圍內，能夠符合豐山銅礦實際生產過程。

(4)自動化程度相對較高，除樣品壓片外，其余分析過程全為自動進行。

3 結 論

豐山銅礦引進一臺X射線熒光光譜儀，經過幾個月的實踐和應用，在原礦、精礦、尾礦銅檢測方面，與滴定法逐一進行了對比實驗，誤差可以控制在允許誤差范圍之內，能夠及時快速指導實際生產，為進一步優化工藝流程、提高選銅回收率可起到積極作用。不僅如此，X射線熒光分析法的成功引進，職工勞動強度大幅度得到下降，每年還可以為豐山銅礦帶來28萬元的直接經濟效益，另外分析藥劑用量、

儲備的減少也可以降低安全隱患。

[1]韓俊紅.淺談礦山常用化學分析方法[J].華東科技:學術版，2014(10):430-430，433.

[2]林振興，陳建國.碘量法測定銅精礦中銅含量不確定度的估算[J].有色礦冶，2002(5):46-48.

[3]黃 敏.能量色散型X射線熒光光譜儀分析條件的選擇方法[J].國防技術基礎，2015(1):20-22.

[4]吉 昂，陶光儀，卓尚軍，等.X射線熒光光譜分析[M].北京:科學出版社，2003:87-184.

[5]簡 虎，吳松坪，姚高尚，等.能量色散X射線熒光光譜分析及其應用[J].電子質量，2006(1):13-15.

2016-02-23)

盧衛星(1987-)，男，助理工程師，從事礦山化學分析工作，Email:Luweixing＿123@163.com。