電感耦合等離子體原子發射光譜法測定石墨礦中的多金屬氧化物

杜苗 楊佳

【摘?要】建立了電感耦合等離子體發射光譜儀測定石墨礦中多金屬氧化物含量的方法。石墨礦樣品經灼燒后，用硝酸、氫氟酸、高氯酸處理，經稀硝酸提取后，用等離子體發射光譜儀進行測定其氧化鉀、氧化鈣、氧化鈉、氧化鎂、三氧化二鋁、三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化錳等金屬氧化物的含量。

【關鍵詞】石墨礦;金屬元素測定;電感耦合等離子體發射光譜儀

Abstract：A method for determination of multi-metallic oxide in graphite ore by inductively coupled plasma emission spectrometry was established.After burning，the graphite samples were treated with nitric acid，hydrofluoric acid and perchloric acid，and then extraction with nitric acid.Use inductively coupled plasma emission spectrometry determine the metallic oxide in it.

Keywords：Graphite Ore Determination of metallic elements ICP-AES

1 引言

石墨的化學成分為碳（C）。天然產出的石墨很少是純凈的，常含有10%～20%的雜質，包括一些金屬氧化物和非金屬化合物。隨著新能源、新材料產業的崛起，石墨產品尤其是下游深加工制品越來越引起關注，正逐漸成為國防、航天、新材料等領域不可替代的重要材料。對于石墨礦中的雜質的檢測就顯得尤為重要。鈣鎂鋁鐵鉀鈉鈦錳磷等元素在石墨中屬于雜質，準確、快速測定其含量對于石墨選礦、應用及科研具有指導意義。

本方法采用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定石墨礦中的多金屬氧化物，線性范圍寬、精密度好、分析時間短，滿足大批量樣品分析。

2.實驗部分

2.1?儀器及工作參數

ICP-AES Thermo 6300電感耦合等離子體原子發射光譜儀（美國賽默飛世爾）;配有中階梯光柵分光系統，電荷注入檢測器（CID），三層石英同心矩管，高效渦流霧化器;BSA224S-CW電子天平（德國賽多利斯）;馬弗爐（最高溫度1300℃）;高純氬氣（質量分數>99.99%）;瓷坩堝、聚四氟乙烯坩堝。

儀器操作參數條件：垂直觀測高度：15.0mm;蠕動泵泵速：50?rpm;冷卻氣流量：一般;輔助氣流量：1.0?L/min;重復測定次數：3?次;霧化器流量：0.50?L/min;RF?功率：1150W;載氣壓強：0.60KPa;沖洗時間：20s;短波分析時間：15?s;長波分析時間：5?s。

2.2標準溶液及主要試劑

FeO、AlO、CaO、MgO、KO、NaO、TiO、MnO標準儲備液濃度分別為1000ug/mL（分別采用光譜純或優級純試劑配置）;

硝酸，氫氟酸，硫酸，分析純;超純水（電阻率小于18.2MΩ?cm）。

2.3?樣品處理及分解

稱取0.2000g樣品于30ml瓷坩堝中，放入馬弗爐中于850～900℃灼燒1h以除去碳，取出冷卻，轉入聚四氟乙烯坩堝中，用幾滴水潤濕，加10ml硝酸，10ml氫氟酸，1ml高氯酸于電熱板上加熱分解。待高氯酸白煙冒盡，取下坩堝，加（1+3）的硝酸10ml及1滴雙氧水于電熱板上加熱提取，待溶液清亮，取下，冷卻，轉入100ml試管中，用超純水定容，搖勻待測。同時做2個樣品空白實驗。

3.結果與討論

3.1溶礦方法的選擇：

本實驗共試驗了三種樣品前處理方法：方法 1.樣品經850℃灼燒后，用無水碳酸鈉熔融，熱水提取，鹽酸酸化后進行測定，此方法需要使用高鹽矩管，且不能同時測定所有元素，最終未選定。方法 2.樣品直接用硝酸、氫氟酸、硫酸進行分解，結果樣品消解不完全，造成TiO、AlO的結果偏低。方法 3?樣品經850℃灼燒后，用硝酸、氫氟酸、高氯酸進行分解，10ml（1：3）的硝酸提取，最終結果滿意。本實驗最終采用了方法3對樣品進行分解。

3.2石墨礦樣品最佳灼燒溫度實驗

稱取0.2000g樣品于瓷坩堝中，在不同溫度下進行灼燒實驗，最終選定850～900℃的溫度，1h的灰化時間為最佳溫度和時間。

3.3ICP-AES 分析條件的選擇：

在分析條件選擇上主要考慮元素的檢出限、線性范圍和共存元素譜線重疊干擾等，本文在配置混合標準系列時，各元素采用高對低、低對高的方法，以檢驗元素間的相互干擾。通過對各元素譜線干擾、靈敏性、背景等的選擇，最終經試驗確定各元素的譜線及線性范圍。AlO（309.271nm）、FeO（259.940nm）、CaO（422.673nm）、MgO（279.552nm）在0～200μg/mL的范圍內呈線性，KO（766.490nm）、NaO（589.592nm）、TiO（334.941nm）、MnO（257.610nm）在0～50μg/mL的范圍內呈線性，相關系數均在0.9996～1.0000之間。

3.4酸度實驗

本實驗分別用10ml?10%、20%、30%、40%、50%的硝酸提取試樣，結果發現使用大于30%的硝酸10ml均能完全提取試樣，考慮到酸度對儀器的影響，故本方法選擇用（1：3）的硝酸（即33%的硝酸）10ml提取試樣。

3.5方法檢出限實驗

按樣品分析步驟做全程序空白試驗，測定11次樣品空白值并計算其標準偏差，以3倍的標準偏差作為檢出限。方法檢出限見表1。

3.6?方法精密度和準確度實驗

本實驗用石墨礦標準物質GBW03119，同時做6次平行，測定其中各金屬氧化物含量，得出各金屬氧化物的精密度和準確度如下表（表2）.

由表2可以看出，各分析物的相對標準偏差在0.28～0.96%，相對誤差在0.01～3.53%，說明本方法的精密度和準確度相對較好。

3.7方法比對實驗

本實驗選取一個標準樣品及兩個未知樣品，采用本法和經典化學分析方法（容量法、光度法、原子吸收法等）檢測結果進行了比對，結果見表3：

4.結論

由以上實驗結果可以看出，利用本文擬定分析方法，可準確測定石墨礦中多種金屬氧化物含量，分析結果準確、精密度好，滿足石墨礦中金屬元素的分析要求，解決了標準分析方法方法繁冗、復雜、分析時間長的問題。

參考文獻：

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作者簡介：

杜苗（1984—），女，陜西延安宜川縣人，工程師，主要從事巖礦測試、環境檢測等工作。

（作者單位：中陜核集團綜合分析測試有限公司）