優化堿熔試劑-電感耦合等離子光譜法測定重晶石中的主次量元素

郭艷麗，王燕，張國龍

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優化堿熔試劑-電感耦合等離子光譜法測定重晶石中的主次量元素

郭艷麗，王燕，張國龍

（青海省地礦測試應用中心，青海 西寧 810008）

目前，重晶石的分析方法是以容量法、重量法、火焰原子吸收法、比色法等傳統的化學分析方法為主，測定過程冗長，操作步驟繁瑣，費時費力。而ICP-OES的分析技術已經特別成熟，這種方法具有穩定、高效、準確度高、精密度好、線性范圍廣等優點。采用ICP-OES法測定重晶石中的鋇、鍶、氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鉀、氧化鈉：試料用無水碳酸鈉、草酸、硝酸鉀混合溶劑分解，水提取，過濾。沉淀用熱鹽酸溶解后，用ICP-OES測定各元素的含量，經標準物質準確度驗證，獲得滿意結果。

電感耦合等離子體發射光譜法; 混合溶劑分解; 重晶石

重晶石是一種非常重要的非金屬礦產資源，屬不可再生資源，廣泛應用于社會各個方面[1]。隨著社會的發展，重晶石資源的消耗也越來越大[2]，它應用于石油、天然氣、鉆探泥漿的加重劑。在鋇化工、非常規領域、填料等領域的消費量也在逐年平穩增長。而且我國是世界上最大的重晶石儲量國和最大生產國，隨著重晶石礦石的大量出口，在國際國內市場上占有越來越重要的地位[3]，因此及時準確的測定出重晶石中的主次量元素，對于評價礦石的質量等級等也顯得越來越重要。目前，各實驗室主要用鉻酸鋇容量法及硫酸鋇重量法測定重晶石中的鋇，比色法測定三氧化二鐵及三氧化二鋁，原子吸收法測定氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉[4]。本工作采用的是瓷坩堝熔礦，優化了的混合熔劑分解試樣的前處理方法，沒有了傳統方法中昂貴鉑坩堝的使用，避免了溶劑對鉑坩堝的損毀[5]，很大程度上降低了成本，且后期測定時用ICP-OES，使得分析工作更加簡捷、快速、準確、有效。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

（1） 美國熱電公司的iCAP-6300型電感耦合等離子體全譜直讀光譜儀；

（2） 華港通科技(北京)有限公司的MF-3012F型陶瓷纖維馬弗爐；

（3） 瑞士梅特勒-托多利公司的AL104型電子天平；

1.2 試劑（分析中僅使用確認為分析純的試劑）

（1） 分析中用水為二次去離子水，電阻為18 MΩ ；

（2） （1+1）王水：750 mL鹽酸與250 mL硝酸及1 000 mL水混合并搖勻，用時配制；

（3） 碳酸鈉洗液:(Na2CO3)=10 g/L；

（4） 優化混合試劑：無水碳酸鈉+草酸+硝酸鉀（1 : 0.4 : 0.075）；將這三種試劑按需要的比例稱取后混勻并仔細碾細后裝瓶備用；

（5） 標準系列

混合標準溶液STD-基體：

（Al2O3）＝1 000 μg/mL；

（Fe2O3）＝1 000 μg/mL；

（CaO）＝500 μg/mL；

（MgO）＝500 μg/mL；

（K2O）＝250 μg/mL；

（Na2O）＝250 μg/mL；

STD-Sr Ba

（Sr）＝200 μg/mL；

（Ba）＝200 μg/mL；

使用時用10%王水配制，具體標準系列配制方法詳見表1。

表1 標準系列

1.3 儀器工作條件（iCAP-6300）

在儀器分析過程中，儀器工作條件的選擇對去干擾及優化檢測環境提供了方向，由此可知其重要性，本實驗使用的具體工作條件見表2。

表2 儀器工作條件

1.4 分析譜線的選擇

在ICP-OES的分析中，分析譜線的選擇特別重要，因為ICP的激發能力很強，幾乎每種分析元素都不同程度的存在光譜干擾，其干擾程度與譜線的選擇有很大關系，為了考察元素間相互干擾的情況，首先選取2~3條儀器軟件推薦的這八種元素的分析譜線[6]，對各元素進行掃描，最終選出以下分析譜線，具體見表3。

表3 分析譜線的選擇

注：表中截取寬度、截取高度為待測元素譜圖窗口（Subrray）尺寸大小，以像素（Pixel）計. 讀出寬度為待測元素中心波長處測量區域，寬度大小仍以像素（Pixel）計。

1.5 實驗方法

試料粒徑應小于0.097 mm, 經105 ℃干燥2 h，冷卻后裝入磨口小玻璃瓶中備用。

先稱取約1 g左右的混合熔劑于20 mL的內壁光滑的瓷坩堝中，用直徑和坩堝底部內徑相當的玻璃棒壓實坩堝中的混合熔劑。再放入5~6 g的混合熔劑，此時，稱取試料0.500 0 g，在不攪動坩堝底部試劑的情況下將樣品與上部試劑攪勻，再均勻地覆蓋1~2 g混合熔劑，放入馬弗爐中，由低溫升至400 ℃，保溫40 min，再升溫至680 ℃，保溫60 min，取出坩堝。冷卻后，將半熔物倒入250 mL燒杯中，洗凈坩堝，加熱水70 mL，置已經提前升溫的電熱板上煮沸10 min，取下冷卻，用塑料漏斗及中速定量濾紙過濾，用10%熱碳酸鈉洗滌液清洗燒杯3~4次，清洗沉淀8~10次。沉淀用竹針戳穿濾紙最下端并用熱水將沉淀沖入100 mL容量瓶中，再用熱（1+1）鹽酸20 mL將濾紙上的沉淀洗干凈，溶液冷卻，用蒸餾水定容至100 mL，搖勻，待測。

2 結果與討論

2.1 混合熔劑的選擇

在有硝酸鉀及草酸的存在下，將試樣與碳酸鈉在680 ℃半熔，樣品被完全分解。單獨用碳酸鈉680 ℃熔礦，很可能導致硫酸鋇分解不完全，引起結果的偏低，所以，合適的熔劑是準確測定重晶石各元素含量的前提。本實驗選取了重晶石標準物質GBW07816及GBW07817,對這兩個標準物質嘗試兩種熔礦方法，用ICP-OES分別測定樣品中各元素的含量，結果見表4及表5。

表4 不同熔礦的實驗結果（GBW07816）

表5 不同熔礦的實驗結果(GBW07817)

表6 不同熔礦溫度對測定結果的影響

2.2 熔礦溫度的選擇

熔礦的溫度直接影響著樣品的分解率。溫度低，樣品分解不完全；溫度高，熔劑熔化與瓷坩堝粘在一起，導致坩堝的報廢及提取樣品時的困難。稱取重晶石標準物質GBW07816，加入同等量的熔劑，在馬弗爐中分別用640, 660, 680 ℃熔礦，考察不同溫度對結果的影響。實驗表明：隨著溫度的增加，在680 ℃的溫度下熔礦，測定結果比較穩定。由表6可知各元素測定值隨溫度的升高而逐漸接近認定值，因此，本實驗選擇熔礦溫度為680 ℃。具體熔礦溫度對結果的影響見表6。

2.3 準確度與精密度

選取2個重晶石標準物質（GBW07816及 GBW07817）按實驗方法進行平行測定[7]，結果見表7及表8。

表7 準確度與精密度實驗結果(GBW07816)（n=7）

表8 準確度與精密度實驗結果(GBW07817)（n=7）

由表7及表8可以看出，本法所測定的多個元素的分析結果的精密度及準確度均能滿足生產分析的要求，且重現性良好。

3 結論

本工作建立了堿熔-ICP-OES測定重晶石中各元素的方法。該方法熔樣安全，消除了大量鹽類的干擾，實現了ICP-OES對重晶石樣品的簡便、快捷、經濟、準確[8]的測定。

［1］陳奎.重晶石礦物中硫酸鋇含量測定方法的優化[J].世界有色金屬，2016（11）：51-53.

［2］張鵬翔.貴州重晶石螢石共生礦選礦試驗研究[D].昆明理工大學，2016（4）：93.

［3］張世洋，張艷，于汶加，等. 中國重晶石供需形勢及出口前景[J].中國礦業，2014（10）：17-20+24.

［4］巖石礦物分析編寫組.巖石礦物分析（3版第—分冊）[M].北京：地質出版社，1991:203-207.

［5］張志勇，陳述，李子尚，周海波，劉曉鋒. 改進碳酸鈉-氧化鋅半熔-硫酸鋇重量法測定重晶石中的硫[J].巖礦測試，2015(05):575-578.

［6］胡璇，石磊 ICP-AES法測定不銹鋼中高含量鎳和鉻的光譜干擾和校正[J].分析實驗室，2017（2）:203-206.

［7］仵利萍，劉衛. 熔融制樣-X射線熒光光譜法測定重晶石中主次元素[J].巖礦測試，2011（4）：217-221.

［8］付雪，微波消解電感耦合等離子體發射光譜(ICP-AES)測定黑木耳中5種微量元素[J]. 當代化工，2012（8）：879-880.

Optimization of the Alkali Reagent-Inductively Coupled Plasma-optical Spectrometry for Determining Major and Minor Elements in the Barite

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（Qinghai Research Institute of Geological and Mineral, Qinghai Xining 810008, China）

At present, the analytical method of barite is mainly based on the traditional chemical analysis methods, such as the volumetric method, flame atomic absorption spectroscopy method, colorimetric method and so on.These methods have many disadvantages, such as long determining process, tedious procedures,time-consuming and so on.But ICP-OES analytical technique is particularly mature, this method is stable and efficient, has advantages of high accuracy and good precision. In this article, ICP-OES method was used to measure barium,storontium,calcium oxide,magnesium oxide,aluminium oxide,ferric oxide,potassium oxide,sodium oxide in the barite.The sample was decomposed by using mixed solvent of anhydrous sodium carbonate,oxalic acid and potassium nitrate.And then it was extracted by water, and the sediment was dissolved by hot hydrochloric acid, and each element was measured by ICP-OES. The accuracy was verified by standard material, satisfied results were achieved.

ICP-OES；Compound solvent decomposition；Barite

O 657

A

1671-0460（2017）08-1730-03

2017-06-21

郭艷麗（1969-），女，青海省西寧市人，工程師，1991年畢業于甘肅省天水地質?？茖W校巖礦測試專業，研究方向：巖礦測試。E-mail：574730985@qq.com。