錳礦成分的分析方法及應用實踐微探

朱明娟

(新疆輕工職業技術學院，新疆烏魯木齊830021)

錳礦成分的分析方法及應用實踐微探

朱明娟

(新疆輕工職業技術學院，新疆烏魯木齊830021)

分別介紹了滴定法、X射線熒光光譜法、原子吸收光譜法以及電感耦合等離子體原子發射光譜法在錳礦石成分分析當中的運用，簡單闡述了這些實驗所運用的化學原理與錳礦成分分析技術的改進措施。

錳礦石;滴定法;X射線熒光光譜法

在錳礦礦石當中，錳元素的含量一般在24%～68%之間，錳礦當中除了含有錳元素之外，還會擁有諸如鋇、鋁、鉀、鎂、鉛、硫、二氧化硅等物質，部分錳礦甚至可以還會含有鈷、銅、鎳等稀有金屬元素。我國針對錳礦石當中的成分進行分析，通常使用化學檢測的辦法，這些辦法包含有滴定法、X射線熒光光譜法、原子吸收光譜法以及電感耦合等離子體原子發射光譜法等［1-3］。在使用這些檢測方法的過程中，實驗人員是否進行科學合理的操作，往往會對實驗結果產生巨大的影響，因此在操作的過程當中，有關實驗人員必須要進行高度的關注，只有這樣，才能實現實驗精度的最大化。

1 滴定法在錳礦成分分析當中的運用

在實驗人員使用滴定法針對錳礦石當中錳元素含量進行檢測時，通常使用亞硫酸鐵銨滴定法、自動電位滴定法以及硝酸氨氧化法，現針對以下3種方法進行逐一介紹。

1．1亞硫酸鐵銨滴定法

亞硫酸鐵銨滴定法又被稱之為過硫酸銨法，該種方法的化學原理是使用過硫酸銨以磷酸作為介質，在硝酸銀作為催化劑的作用之下，將錳礦石當中的錳元素從原來的+2價氧化為+7價。之后使用N-苯代鄰氨基苯甲酸來作為指示劑，使用亞硫酸鐵銨標準溶液進行滴定，直至溶液顏色呈現亮黃色，來作為最終的實驗結果，國內錳礦研究專家韋文業先生研究使用了微波消解—硫酸亞鐵銨容量法來針對錳礦石當中的錳元素含量進行檢測［4］。在該實驗設計當中，對消化罐、磷酸的使用量、微波活力、水溶液體積、微波使用時長以及氧化劑的具體使用量等數據信息進行了優化。通過實驗結果顯示，采用磷酸來作為實驗溶劑，并利用微波來進行消解，擁有不成為焦磷酸鹽的特征，該實驗操作更加簡易，所得到的數據結果精確度更高。

1．2自動電位滴定法

自動化電位滴定儀在實驗室當中的普及程度得到提升，使用自動電位滴定儀能夠達到多批次錳礦石當中錳元素含量檢測的需求，該實驗操作十分簡單，自動化程度高、實驗時間短、精確度高的優點，適合在多批次錳礦石檢測當中進行使用，很大程度上降低了人工消耗，實用性得到顯著提升［5］。

該實驗的化學原理是，把目視滴定法轉移至自動電位滴定法當中，目視滴定法所使用的化學反應方程式為:

通過該化學反應，把錳礦石樣品進行消解，之后把錳礦石當中的錳元素從+2價氧化為+3價，再使用點位滴定儀開展滴定實驗。我國研發了自動電位滴定錳礦石當中錳元素的實驗辦法，結果顯示，該實驗不需要進行指示劑的使用，有效防止了指示劑對實驗結果所造成干擾，并且本實驗不需要針對pH值進行調試。針對錳礦中錳元素含量不同的樣品都可以適用。同時，該實驗操作過程相對簡易，有很強的實用型。

1．3硝酸銨氧化法

該種方法的化學原理是:將錳礦樣本使用硝酸、磷酸以及硫酸溶解，在磷酸介質的作用下，使用硝酸銨把錳從+2價氧化成+3價，通過N-苯代鄰氨基苯甲酸的指示效果，使用硫酸亞鐵銨標準液將樣本溶液滴定至亮黃色，接下來憑借N-苯代鄰氨基苯甲酸的用量，來判定錳礦石當中的錳元素含量。

陜西省安康電解錳廠在2003便針對硝酸銨氧化法進行了改良，實驗結果顯示，在錳礦樣本冒煙之后自然冷卻20 s左右，在進行硝酸銨的添加，既可以保障氧化程度符合要求，同時也阻止了試樣液體所產生的飛濺現象，并且在該實驗當中，改用基準錳溶液進行標定，重點反應變得更加靈敏，實驗人員更加容易對實驗進行控制，并有效針對由于指示劑使用消耗基準溶液所導致的實驗結果誤差。

2 X射線熒光光譜法在錳礦成分分析中的運用

2．1粉末壓片法制樣的X射線熒光光譜法

粉末壓片法制樣的X射線熒光光譜法擁有操作技術簡易、實驗時間短、使用范圍廣、精確度較高的優勢，能夠符合錳礦企業對錳礦石所開展的大規模成分檢測的要求［6］。

我國學者寧艷對粉末壓片法制樣的X射線熒光光譜法的最佳環境條件進行了研究，研究結果顯示，使用粉末壓片制樣，所制成的粉末顆粒直徑會對實驗的結果產生十分重大的影響。按照研究結果，在規定的范圍當中，所制成的粉末顆粒直徑越小，他們所展現出的熒光強度便會越大。這種實驗方式的精密度數據滿足錳礦石樣本的檢測需求，精確性很高，能夠妥善針對熔融狀態下玻璃片需要花費較長時間的問題進行處理，同時，單個實驗樣本就可以完成多組成分的分析檢測。

2．2熔融玻璃片制樣的X射線熒光光譜法

熔融玻璃片制樣是我國檢驗認證集團所使用的一種制樣方法，使用X射線熒光光譜儀來針對高碳錳爐渣當中的錳、鐵、三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鎂以及氧化鈣成分含量進行檢測。該集團通過多次實驗研究，得出了最佳儀器測量數據、最佳熔融條件以及校正模式，結果顯示，這種實驗方法精確度較高，適合針對高碳錳爐渣當中的成分開展分析。

天津市檢疫局化礦實驗室在使用熔融法制樣時，使用硝酸銀來破壞錳礦樣品當中的有機成分，使用比例為6∶11的混合溶劑在1 000℃環境當中進行制樣的辦法，有效針對錳礦石制樣過程中因為有機物分解所產生的氣泡飛濺現象進行了處理。有效解決了錳礦石樣本的礦物質效應以及粒度效應，防止了硫元素在制樣過程當中的迅速揮發。實驗結果顯示，這種制樣方式能夠符合錳礦樣本檢測過程中精確性和速度的要求。

另外，早在2005年，石家莊環保局的有關工作人員，就開始使用粉末壓片法制樣的X射線熒光光譜法來對錳礦當中的錳及其他元素開展成分分析。使用瑞士生產的ARL-9800XP型號的熒光光譜儀，配合偏硼酸鋰與四硼酸鋰混合制成的熔融劑，憑借對錳礦石進行灼燒的方法，完成了對錳礦石樣本當中，錳、鐵、硅、鈣、鋁等物質的在線分析，極大程度的降低了實驗或消耗的時間，提示了實驗室工作人員的整體工作效率，大幅度降低了實驗人員的勞動強度［7］。

3 原子吸收光譜法在錳礦成分分析當中的運用

原子吸收光譜法即AAS，他是建立在錳礦樣本當中待測元素的氣態原子能夠對光源輻射出來的特效光波進行吸收的原理上進行使用的。不同種類的原子，他們吸收輻射光的強度存在差異，所以實驗人員能夠根據這些差異開展對錳礦石的定量分析。該實驗技術針對錳礦石當中的鈣、鎂元素的含量檢測有極佳的效果。在上文所提到的各種實驗類型當中，針對鈣、鎂元素的檢測往往都存在有一定的困難，若使用化學技術進行檢測，實驗操作過程往往極為復雜，并且結果準確性明顯偏低。該方法是我國礦產研究專家劉翠華女士研究的，通過大量的實驗論證，證實了該實驗方法可以針對錳礦當中0．1%～15%鎂、鈣元素進行精確檢測。

使用火焰原子吸收的辦法，來檢測錳礦石當中錳元素的含量，是我國較為常見的錳礦成分分析實驗，但這種實驗有一個十分明顯的缺點，即在針對大理巖當中的錳元素進行檢測時，因為大理巖當中富含的鈣元素會對火焰原子的吸收行為產生極大程度的影響，為了能夠針對這一問題進行有效的處理，我國黑龍江省第四地質勘察院的曲瑞增同志，在2007年的時候，就使用飽和消除法來解決了這一問題。該解決辦法是在針對大理巖當中錳元素進行檢測時，令標準溶液與試劑當中的鈣離子濃度保持一致，這樣便可以有效消除原子吸收光譜法在錳礦成分分析當中檢測過程中鈣元素對錳元素的干擾現象。數據研究顯示，該種方式能夠起到很好的效果，其誤差也在可控范圍

4 ICP-AES法在錳礦檢測中的運用

電感耦合等離子體原子發射光譜法，即ICPAES，是利用氬氣來作為載體首先把錳礦石樣本帶入霧化系統當中開展霧化處理，錳礦石樣本在經過霧化處理之后，會形成氣溶膠狀物，之后再將樣本送入到等離子體軸向通道之中，在這極度高溫并充斥惰性氣體的環境當中，錳礦石樣本得到的充分的蒸發、電離、原子化和激發，散發出了錳礦石樣本當中所含有的全部元素的特征光譜，依照特征光譜的類型以及強度，試驗人員便能夠開展對錳礦石樣品的成分種類和成分含量檢測。

在上文當中所提到的錳礦石成分分析辦法當中，全部辦法均只能針對待測錳礦石當中的極少數主量元素以及次量元素的成分和含量開展分析，但是使用電感耦合等離子體原子發射光譜法便能夠同時針對待測錳礦當中多種元素的含量進行分析［8］。例如:在新疆礦產實驗研究所當中，實驗人員使用電感耦合等離子體原子發射光譜法直接檢測了錳礦石樣品當中的全部主量成分二氧化錳、氧化鈉、氧化鎂、鐵、氧化鉀、氧化鈣和三氧化二鋁，以此次量成分氧化鈷、磷、鋅、銻、鎳、同、鉛、鋇等物質的含量。實驗結果顯示，電感耦合等離子體原子發射光譜法適合針對錳礦樣本當中多種成分開展同時分析。

在針對錳礦石進行消解的過程中，通常使用混酸來作為消解試劑，其操作流程往往十分繁瑣，并且針對錳礦石當中一些容易揮發的物質，其檢測結果往往存在有很大的誤差，為了能夠防止上述缺點，中國廣西省防城港出入境檢驗管理中心使用高圧密封容器來對錳礦樣本進行消解，使用電感耦合等離子體原子發射光譜法同時對錳礦樣本當中的硅、鋁、鐵、磷四中元素的含量進行檢測，添加了和基本匹配的混合標準試劑來作為成分檢測過程當中的校準曲線。實驗結果顯示，分析結果和標準值相似程度極高，誤差遠低于國家標準，符合針對錳礦開展日常成分檢測分析的要求。

針對錳礦石當中高含量的其他難熔金屬，若使用混合酸，則很難達到完全消解的效果，實驗室便需要使用堿熔消解法來對這些錳礦石樣本進行消解。我國廣州澳實分析檢測廠便針對這一課題開展了研究。在他們所開展的實驗當中，選擇使用過氧化鈉來作為實驗的堿熔劑，將錳礦石和堿熔劑投入坩堝當中進行高溫加熱處理，在使用電感耦合等離子體原子發射光譜法對錳礦石當中含量較高的鉭、鈮、釩等難熔金屬元素，其檢測獲取的實驗結果和標準值之間誤差很小，符合針對錳礦石當中難熔金屬的檢測國家標準。

另外，我國安陽鋼鐵股份有限公司在2007年開始，就憑借對分析元素譜的篩選、試樣溶解方式的選擇、設備儀器工作環境的研究，構建了一種堿熔、酸浸的溶解辦法，使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀對錳礦樣本當中的鐵、二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁、磷、二氧化銻等開展檢測，這種檢測技術對錳礦石樣本能夠進行精準的分析，顯著降低了資金成本的投入。此實驗方法不僅可以在工程進行原材料采購時的質量檢驗當中進行使用，同時對工程開展的煉鋼工作的質量管理控制也具有重要的指導意義。

5 結語

本文所闡述的針對錳礦石的分析辦法，是目前我國各大礦產分析部門開展錳礦石分析過程中常見的主流辦法，這些辦法自身優勢和缺陷都十分明顯。如技術標準中所參考使用的錳礦石化學分析辦法，雖然成本投入相對較低，但是實驗時間相對較長，操作技術難度相對較大。而儀器分析法雖然精度高、并且實驗時間短暫，但是資金投入卻相對較大。因此，檢測部門需要根據錳礦分析的具體情況，采取最為合理的錳礦成分分析技術，只有這樣，才能在最大程度優化資金使用率的情況下，提升錳礦成分檢測的精確性，減少用于錳礦檢測的時間。

［1］韋國柱，史磊，陸超，等．錳礦成分的分析方法研究［J］．企業技術開發，2015(10):31－33．

［2］顏代蓉，李建威，胡明安，等．廣西下雷氧化錳礦床礦石特征及成因分析［J］．地質科技情報，2011(3):61－67．

［3］姚敬劬．我國沉積碳酸鹽型錳礦中菱錳礦的成分特征［J］．礦物學報，2011(1):13－20．

［4］楊鐘堂，李智明，喬耿彪，等．陜西省勉縣后溝錳礦成礦特征、成礦模式及找礦標志［J］．地質與勘探，2011(2):38－44．

［5］韓秀麗，李前懋．選擇性分步溶解法研究碳酸錳礦物成分初探［J］．中國錳業2012(2):10－15．［6］譚雪英，張小毅．電感耦合等離子體原子發射光譜法測定錳礦中15種主次成分［J］．冶金分析，2011(10):36－39．

［7］朱明忠，宋志嬌，陳翠華，等．重慶城口高燕錳礦床礦物學特征及成礦環境分析［J］．礦產與地質，2015(6):771－775．

［8］曲月華，王一凌，張愨，等．熔融制樣-X射線熒光光譜法測定錳礦中9種組分［J］．冶金分析，2011(9):24－29．

Composition Analysis of Manganese Ore and Its Application in Practice

ZHU Mingjuan
(Xinjiang Light Industry Professional Technology Institute，Urumchi，Xinjiang 830021，China)

Thispaperintroducestitration，includingX-rayfluorescencespectrometry，atomicabsorption spectrometry and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry in manganese ore composition analysis of the application．It briefly describes the use of these experiments Chemical principle and the examples of the relevant staff of these manganese ore analysis of improvement measures．

Manganese ore;Titrimetry;X-ray fluorescence spectrometry

P575

B

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．035

2017－01－13

朱明娟(1981－)，女，甘肅臨洮人，講師，研究方向:化學工藝，手機:18599102223，E-mail:592873017@qq．com．