銅礦石化學(xué)分析方法概述與評(píng)價(jià)研究

陳志清

摘 要：研究人員在銅礦多元素實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，電感耦合等離子體發(fā)射光譜（LCP-AES）和X射線熒光光譜分析法（XRF）具有精度高、靈敏度好、分析過程快、對(duì)元素分析覆蓋面廣等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。本文就這兩種方法在實(shí)驗(yàn)過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，從而對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員在工作過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行指導(dǎo)，旨在為相關(guān)研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：銅礦石;化學(xué)分析;實(shí)驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)：O657.3;P575.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）10-0109-03

Abstract： Researchers found that inductively coupled plasma optical emission spectroscopy （LCP-AES） and X-ray fluorescence spectrometry （XRF） have high precision， good sensitivity， fast analysis process and elemental analysis coverage in the multi-element experimental analysis of copper ore， it can be widely used. This paper analyzed the advantages and disadvantages of these two methods in the experimental process， so as to guide the problems of the relevant experimental personnel in the work process， in order to provide reference for related research.

Keywords： copper ore; chemical analysis; experimental method

在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展過程中，精銅及銅制品作為冶金行業(yè)的重要原材料，一直在相關(guān)行業(yè)中占有重要地位。然而由于礦產(chǎn)資源勘測技術(shù)和相關(guān)冶煉技術(shù)落后，我國在銅礦資源的需求方面，對(duì)國際市場還存在較大的依賴性。在20世紀(jì)80年代和90年代，國家相關(guān)部門根據(jù)技術(shù)發(fā)展的需要，制定了相對(duì)應(yīng)的化學(xué)分析方法的國家標(biāo)準(zhǔn)，為相關(guān)工作確立了理論依據(jù)。隨后，根據(jù)相關(guān)技術(shù)水平提高和社會(huì)發(fā)展需要，數(shù)次修訂了該標(biāo)準(zhǔn)。在地質(zhì)分析測試技術(shù)不斷發(fā)生革新的過程中，新型技術(shù)分析手段不斷出現(xiàn)，國外相關(guān)技術(shù)研究在一定程度上引導(dǎo)了國內(nèi)技術(shù)發(fā)展。其中，電感耦合等離子體發(fā)射光譜/質(zhì)譜法（ICP-AES/MS）和X射線熒光光譜法（XRF），逐漸成為地質(zhì)材料分析過程中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)手段。同時(shí)，推動(dòng)了銅礦分析的技術(shù)方法進(jìn)入了新的發(fā)展階段。本次實(shí)驗(yàn)所用銅礦石如圖1所示。

1 電感耦合等離子發(fā)射光譜法

本文以電感耦合等離子體為激發(fā)光源，進(jìn)行原子光譜分析，適用于多種冶金物料，在對(duì)樣品進(jìn)行簡單處理的情況下，可以作用于復(fù)雜基體的冶金產(chǎn)品測定，具有較廣的應(yīng)用范圍。

1.1 所用儀器及試劑

本實(shí)驗(yàn)過程中，所用的儀器主要有電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、電子天平、聚四氟乙烯坩堝和電熱板等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程的要求，所需要的試劑有國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)加酸溶解配制的Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液、優(yōu)級(jí)純度的高氯酸、氫氟酸、鹽酸及硝酸，二次去離子水，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及布設(shè)詳見圖2。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法概述

本實(shí)驗(yàn)將土壤樣品進(jìn)行粉碎過篩達(dá)200目，而后稱取實(shí)驗(yàn)所需定量0.200 0g，用適量的水對(duì)放入聚四氟乙烯坩堝中的土壤樣品進(jìn)行濕潤后，再加入高氯酸（1mL）、氫氟酸（10mL）和硝酸、鹽酸各5mL，在使用電熱板對(duì)坩堝進(jìn)行加熱時(shí)，實(shí)驗(yàn)物質(zhì)受熱產(chǎn)生分解，加熱程度以樣品蒸發(fā)到不再產(chǎn)生白煙為準(zhǔn)。把坩堝拿下放置在工作臺(tái)進(jìn)行稍微冷卻后，再用少許高純水對(duì)坩堝內(nèi)壁進(jìn)行沖洗，將10mL鹽酸溶液加入其中進(jìn)行溶解，而后把坩堝中的溶液倒入100mL的容量瓶中定容，然后將溶液均勻混合，放在一旁待用。計(jì)算樣品溶液中Cu含量的過程如下：在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)條件下，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)實(shí)驗(yàn)溶液進(jìn)行測定，從而繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以計(jì)算出樣品中Cu的含量。同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳實(shí)記錄和分析，以便在實(shí)際生產(chǎn)過程中給予驗(yàn)證（分析結(jié)果如表1所示）。

1.3 分析方法評(píng)價(jià)

在實(shí)驗(yàn)過程中，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑴?zhǔn)確測定多種元素且具有檢測靈敏度高、檢測下限低等特點(diǎn)。在采用這種實(shí)驗(yàn)方法的過程中，需要注意以下幾個(gè)方面：一是在對(duì)土壤樣品中的銅含量進(jìn)行測定時(shí)，要做好標(biāo)準(zhǔn)溶液選控，使之能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)條件的要求;二是在實(shí)驗(yàn)過程中要進(jìn)行校準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)，確保實(shí)驗(yàn)儀器的穩(wěn)定性，這樣才能得出準(zhǔn)確的測定結(jié)果，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

根據(jù)資料顯示，我國相關(guān)學(xué)者在采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，已經(jīng)進(jìn)行了主要成分和次要成分的測定實(shí)驗(yàn)，測定出銅精礦中的有害元素;還有些學(xué)者注重樣品處理技術(shù)研究，采用該實(shí)驗(yàn)方法在測定銅含量時(shí)，測定出其他微量元素的含量;部分學(xué)者在綜合各方面研究的基礎(chǔ)上，建立起對(duì)銅精礦和銅礦石等材料的系統(tǒng)研究方案，通過完善樣品前期處理，建立起不同的檢測方式，進(jìn)行多種元素測定。這些實(shí)驗(yàn)研究工作，都對(duì)電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的完善和推廣工作做出了巨大貢獻(xiàn)。但就目前的技術(shù)研究水平和應(yīng)用情況而言，我國在這方面的研究還不夠深入，無法完全適應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)需要。

2 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法的工作依據(jù)是每種元素所具有的X射線強(qiáng)度與其在樣品中的含量成正比例。依據(jù)這一前提，使用X射線對(duì)試樣進(jìn)行照射，使試樣中的不同原子內(nèi)殼層的電子在激發(fā)作用下逐出原子，在原子內(nèi)殼為空的狀態(tài)下，外殼電子會(huì)向內(nèi)殼躍遷，在這一過程中，發(fā)出具有獨(dú)特特征的X射線。對(duì)于每一種元素來說，波長都是特定的X射線。在進(jìn)行X射線熒光光譜法實(shí)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行科學(xué)校準(zhǔn)，可以測算出某種元素在試樣中的確切含量[1]。

2.1 儀器和測量條件

本次實(shí)驗(yàn)需要的儀器主要包括：X射線熒光光譜儀、粉末壓樣機(jī)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、真空光路、4kW端窗銠靶X射線管等。測量條件滿足實(shí)驗(yàn)要求所需的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室。本次實(shí)驗(yàn)所采用的測量儀器詳見圖3。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法概述

對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行前期處理，使試樣粒度不大于74μm，把烘干機(jī)溫度調(diào)整至105℃下，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行2h烘干，同時(shí)在干燥器中冷卻，冷卻效果要達(dá)到室溫標(biāo)準(zhǔn)。在試樣達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，稱取4.0g試樣放置在塑料環(huán)中，同時(shí)進(jìn)行30t加壓，時(shí)間保持15s，將試樣制作成32mm直徑的圓形片體，同時(shí)寫上編號(hào)，重新放入干燥器中待用。

2.3 分析方法評(píng)價(jià)

相對(duì)于原子吸收、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等實(shí)驗(yàn)方法而言，本方法的優(yōu)勢在于定量分析的效果比較好。采用X射線熒光光譜法，在樣品中主要元素、次要元素和微量元素處于10hg/dm3至100hg/dm3之間的情況下，不僅能做出準(zhǔn)確的定量分析，還能對(duì)含有未知元素的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行近似定量分析，為后續(xù)選擇準(zhǔn)確的定量方法指明方向。采用X射線熒光光譜法，可以進(jìn)行鹵族元素分析，實(shí)驗(yàn)成本低，花費(fèi)時(shí)間短，應(yīng)用范圍比較廣。在科學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件下，能夠?qū)Σ煌慕饘俨牧虾头墙饘俨牧稀⒉Ａ悠贰⒎蹱顦悠坊蛘咭后w樣品分別進(jìn)行定性、定量實(shí)驗(yàn)分析。在樣品制備方面，要求比較簡單，可以滿足非破壞性實(shí)驗(yàn)的需要。

在制樣方法上，通常情況下，實(shí)驗(yàn)單位可以采用直接粉末壓片和硼酸鹽熔片兩種方式，兩者各具有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。采用直接粉末壓片，可以不采用其他化學(xué)試劑，制作過程比較簡單且具有經(jīng)濟(jì)性，但是測量精度不高。采用硼酸鹽熔片制樣，可以使某些元素的測量滿足實(shí)驗(yàn)要求，從而得出相對(duì)較高的精密度和準(zhǔn)確度，但由于在試樣制作過程中，添加了其他化學(xué)試劑，整體實(shí)驗(yàn)的靈敏度降低，影響部分元素?fù)]發(fā)，從而產(chǎn)生無法測定的情況。同時(shí)，采用這種制樣方式，在制樣過程中，程序相對(duì)復(fù)雜，制樣成本比較高[2]。

3 兩種實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用對(duì)比

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和X射線熒光光譜法在銅礦石成分分析過程中都是常用的方法，相對(duì)其他技術(shù)分析方法而言，其分析準(zhǔn)確度更高，應(yīng)用范圍更加廣泛。在實(shí)際選用過程中，實(shí)驗(yàn)單位應(yīng)根據(jù)銅礦石分析的具體要求，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)驗(yàn)室技術(shù)人員的特點(diǎn)和設(shè)備購置情況進(jìn)行選擇。在實(shí)驗(yàn)過程中，注重操作技巧平衡和數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)查找相關(guān)資料進(jìn)行核對(duì)，科學(xué)總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以便為實(shí)際生產(chǎn)提供更加科學(xué)的指導(dǎo)[3]。

4 結(jié)語

目前，我國在銅礦石、鐵礦石和錳礦、鉻礦等不同礦產(chǎn)資源的樣品測定中，已經(jīng)將電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和X射線熒光光譜法分析列入了國家標(biāo)準(zhǔn)，極大地推動(dòng)了其在地質(zhì)材料分析實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用力度。隨著這方面儀器在實(shí)際應(yīng)用中不斷發(fā)展，實(shí)驗(yàn)單位應(yīng)依據(jù)實(shí)際發(fā)展需要，制定出現(xiàn)代多元素同步分析方法為主的銅礦分析方法的國標(biāo)政策，從而在與現(xiàn)代主流分析技術(shù)相結(jié)合，建立完善的技術(shù)分析體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉忠新.礦石化學(xué)取樣及化學(xué)分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018（10）：230，260.

[2]馬軍.探討金屬元素在礦石樣品成分中的化學(xué)分析與研究[J].世界有色金屬，2018（13）：170-171.

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