金礦地質樣品分析中綠色化學法的應用

王雪

摘 要：化學污染是金礦地質研究工作中所面臨的一個現實問題。如何運用綠色化學方法，使金礦地質樣品的分析更加簡便、綠色且成本低廉成為國內外同行們需共同努力的方向。本研究就原子吸收光譜法（AAS）與電感耦合法（ICP-AES）相結合的綠色化學法在金礦地質樣品分析中的應用進行闡述，以期能為業內提供新思路與參考。

關鍵詞：綠色化學法；金礦地質樣品；原子吸收光譜法；電感耦合等離子體發射光譜法

中圖分類號：TQ09 文獻標志碼：A

化學物質一直是引起環境污染的重要隱患之一，其可占到環境總污染的80%～90%。如何有效解決這一迫切問題成為科學界所關注的焦點。傳統的溶樣技術存在分析周期冗長、成本高且污染嚴重等諸多弊病。而伴隨著科技進步，有學者針對這一問題提出“綠色化學”理念，即“將化學反應的過程變得更為綠色化”，以起到節約資源、優化反應物利用率且最大限度地做到不對環境造成影響等優勢作用。本研究以將操作便捷、成本節約且安全性高的綠色化學（如封閉溶礦、高溫熔礦、原子吸收光譜法（AAS）與電感耦合法（ICP-AES）相結合）應用于金礦地質樣本的實驗為例進行論述，以期能為業內提供新思路與參考。

1 實驗資料與方法

1.1 儀器與實驗試劑

本實驗采用的儀器：原子吸收分光光度計（AAS）；電感耦合等離子體光譜儀（用于ICP-AES）；溶樣器為封閉式（材料為聚丙烯，可耐高溫，帶蓋）。

試劑選取：Na2O2、HCl、HNO3、KOH與KClO3等分析純。實驗泡沫塑料選取0.15g與0.25g兩種規格，以KOH溶液（5+95）浸泡6h后洗凈浸水以備用。

1.2 方法

1.2.1 Au測定：對選取的地質礦石化學樣品進行分析，取10g置于坩堝中，升溫至400℃燒制30min，后升溫至660℃持續燒制1h后放置冷卻備用。將坩堝中樣品轉移至溶樣器中，加入試劑（以2g KClO3+0.5gNH4HF2配制）搖勻，蒸餾水潤濕并搖散。王水試劑（1+1）30mL，加熱并保溫（于密閉環境中進行，10min加熱，20min保溫）后取出，待其冷卻之后，加蒸餾水至120mL，取泡沫塑料（0.25g規格）加入振蕩30min，取出泡沫用水沖洗一分鐘，擰出水，放入預先盛有10mL硫脲（1%）的試管中，水浴30min后取出泡沫塑料并冷卻至室溫方可進行AAS的測定。

1.2.2 化探樣本Au測定：取樣本10g置于坩堝中，于高溫爐中逐漸由低溫升至660℃，并保溫1h，取出冷卻。后取該試樣于溶樣器中并加水濕潤，加入實驗試劑（預配制，含王水及FeCl3·6H2O），搖散，加蓋密閉水浴加熱10min，保溫20min后冷卻。放入0.15g規格泡沫塑料振蕩30min后取出泡沫用水沖洗一分鐘，擰出水，放入預先盛有10mL硫脲（1%）的試管中，水浴30min后取出泡沫塑料并冷卻至室溫用ICP-AES法進行檢測。

1.2.3 主量元素測定：取樣本0.1g（粒徑須<0.074mm，已經經過干燥預處理）置于鎳坩堝中，加Na2O2（0.6g）與KOH（0.5g）混合之后，放入馬弗爐進行熔融處理（以≤400℃的低溫放入為宜，后升至680℃），共計10min，待其冷卻后備用。取樣本轉入塑料燒杯，熔融體提取后以HCl酸化并定容保存。定溶液采用ICP-AES法對其主量元素進行測定。

2 實驗分析

傳統檢測礦石的實驗方法中，首先要進行的是氧化除硫，此過程所產生的如HCl與H2S等廢氣會對我們的環境造成嚴重污染，對人體健康亦會構成威脅。而采用新的綠色化學方法時，在對礦石樣本的元素檢測過程當中，雖然同樣需要經過氧化除硫的步驟，但其反應是在密閉條件下的高壓狀態中進行的，既避免了王水在反應過程中出現濺射與干涸，又可使溶礦更為充分，可謂操作便捷且效率高，具備“綠色化學”經濟性優勢，值得推廣。

在綠色化學法中，硫脲的作用于用量均不同于以往。通常，作為酸性介質的硫脲與常見的離子均可以進行化學反應并產生相應的產物，如10mL的硫脲（質量濃度為5%）可以絡合<7mg的Ag，而若采用敞口王水樣本分解法，在實驗過程中，對于特高品位的含Ag樣本，僅可采取通過增加HCl濃度這一手段，方能確保樣本中Ag被完全轉化成[AgCl2]-，部分樣品甚至需要用到質量>40%的HCl。

對于Au的樣本測定，當硫脲溶液濃度≥15g/L時將會產生大量的S單質，出現堵塞儀器的現象，故為了實驗的穩定性及避免對實驗結果造成影響，推薦選用10g/L的硫脲作為介質，且Au的測定時間延長（可至積分3s）。

對于實驗過程中Na2O2與KOH匹配使用的問題，以往研究中我們多僅單獨采用Na2O2，但在樣本熔融狀態下，該物質存在流動性差，樣本提取必須用沸水等問題。而采用KOH，則因其具有揮發性優，熔融狀態下流動性優良且僅使用溫水就可以提取熔融體等多方面優點。故本研究中我們綜合上述二者各自的優點，簡化了流程。二者配合使用可同時確保樣本分散效果，又可抵消Na與K造成基體干擾的可能，從而使整個實驗得到優化。

結語

傳統王水分解法用于金礦地質樣品的分析時，存在諸多的弊端，如試劑（特別是酸）利用率不高、實驗中反應過程難以準確掌控等，甚至對環境極易造成污染。符合“綠色化學”理念的封閉式溶礦法就可以有效的解決上述問題，在整個實驗的反應過程中僅有少許NO2釋放。對于AAS法與ICP-AES法的聯合應用，則可極大地縮短樣本分析所需的周期，同時還能夠獲得具有更高準確度的分析研究成果。

需要提到一點，在采用堿溶體系以對礦石中主量的元素進行測定時，因可能存在成分復雜的富石墨或富硫化物樣本，針對此類情況可酌情增加Na2O2的比例，或者采取提前焙燒樣本的方法，以避免待測組分的分解不能完全的情況出現。研究人員若選擇該分解體系來對礦石當中的金屬元素進行檢測，建議保證其工作曲線基本匹配，以確保其實驗溶液中的硅酸不會影響到實驗結果中的測定準確性。

伴隨綠色理念的推廣，選擇成本低廉、易操作且溶（熔）礦效果佳，同時又不會對環境造成惡劣影響的“綠色化學”檢測方法尤為必要。NH4HF2-HNO3-HCl-（KClO3）與Na2O2-KOH是目前業內普遍較為推薦的兩類體系，其具備可根據樣本特點與實驗分析所需要求，僅需簡單對樣本進行兩次的處理，又不需要介質的轉換的優點。即使對金礦地質樣本中18類主量與有價元素共同測定亦可輕松完成。完美解決了傳統實驗方法操作煩瑣，要根據實際情況提出諸多處理預案的不足。

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