礦用非金屬制品檢測前處理方法研究

肖歡 徐曉云

摘? 要：礦用非金屬制品含大量的重金屬、多溴聯苯、多溴聯苯醚及鄰苯類有害物質，將帶來很多隱性傷害。文章通過反復試驗研究探討對礦用非金屬制品較為徹底較為高效的前處理方法，完成對礦用非金屬制品的制樣，為后續進行其中的有害物質檢測打基礎。

關鍵詞：礦用非金屬制品;檢測;前處理

中圖分類號：O657? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0128-02

Abstract： Mining non-metallic products contain a large number of heavy metals， polybrominated biphenyls， polybrominated biphenyl ethers and o-benzene harmful substances， which will bring a lot of hidden harm. Through repeated experiments and studies， this paper discusses a more thorough and efficient pretreatment method for mining non-metallic products， and completes the sample preparation of mining non-metallic products， which lays a foundation for the subsequent detection of harmful substances.

Keywords： mining non-metallic products; detection; pretreatment

目前，礦用非金屬制品如礦用阻燃輸送帶、礦用電纜、礦用管材、礦用風筒、礦用電纜掛鉤在礦山或礦山井下大量的使用。由于其在礦山井下使用必須具有阻燃抗靜電性能，以保證不引發火花及燃燒等礦山安全事故，同時，由于非金屬制品本身特性，在生產過程中還會添加熱穩定劑、抗氧化劑、光穩定劑、生物抑制劑、增塑劑及其他功能助劑等來滿足其物理性能、加工性能及經濟上的要求，這樣就在材料中引入大量的重金屬、多溴聯苯、多溴聯苯醚及鄰苯類有害物質，將帶來很多隱性傷害，故需要對這些產品中的有害物質含量進行研究，把控其最低使用量。對這些有害物質含量進行檢測前，需對此類產品進行前處理，將其從固體狀態轉變成溶液狀態[1]。

針對礦用非金屬制品的物理化學性質，采用的前處理方法不同，得到的樣品狀態、均勻程度、溶液化程度差異很大。非金屬制品中的橡膠和塑料是用酸最難溶解的試樣之一，單獨采用常用的酸如HNO3、HCl、王水、HClO4在常規條件下都不能將其溶解，通常采用高溫灰化法，其灰化殘渣再用酸溶解。但由于塑料在高溫灰化時易發生燃燒，使溫度難于控制，可能使某些元素造成不可控制的損失[2]，影響后續測試結果。目前應用較廣的除了灰化法，還有濕法消解和微波消解，濕法消解通常以濃硫酸濃硝酸作為試劑，在加熱板上進行消解，采用該方法時待測元素損失少，但試劑用量大，污染環境，處理時間長，效果不顯著[3]。而微波濕法消解技術是近年出現的新型樣品消解技術，具有消解溫度高、消解壓力大、密閉性能好、控制精度高等優點[4]，適用于橡塑類制品的消解。

目前針對于礦用非金屬制品的消解方法暫時還未有，本文參考結合其他橡膠、塑料領域的消解方法，通過反復試驗研究探討對礦用非金屬制品較為徹底較為高效的微波消解前處理方法，探討出適合用于礦用非金屬制品的酸試劑體系和適宜的消解溫度，完成對礦用非金屬制品的前處理制樣過程，為后續進行其中的有害物質檢測打基礎。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

粉粹機（S025）;微波消解儀（UL61010-1）;恒溫消解儀（09A24S）;移液槍;硝酸（優級純）;雙氧水（優級純）;氫氟酸（優級純）;試驗用水均為超純水。試驗所用移液管均在（1∶1）硝酸溶液中浸泡12h，微波消解罐在5%硝酸溶液中浸泡12h。

1.2 實驗方案的選擇和確定

非金屬制品的消解由2個主要因素決定，酸的種類、比例和消解溫度。酸的種類較多，每種酸對于不同材料的消解程度不一;比例搭配不同，產生的消解協同作用也不一樣。消解溫度過低，無法消解完全，溫度過高，容易對某些待測元素產生損失。因此，需要合理的選用消解體系和消解溫度來達到消解的目的。

礦用阻燃輸送帶覆蓋層、礦用電纜絕緣護套、礦用管材、礦用電纜掛鉤等基本采用的材質為聚氯乙烯、丁腈橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙膠等高分子材料，通過前期的實驗研究，加入氫氟酸可用于分解難熔晶格體系如硅酸鹽結合態的無機物[5]，加入硝酸和過氧化氫用于分解礦用非金屬制品中的有機物。單一的酸對這些材質的消解效果差，無法將其消解。結合文獻和實驗，本次篩選出的消解試劑為硝酸-雙氧水體系或硝酸-雙氧水-氫氟酸體系，消解溫度為190℃或210℃。

1.3 前處理過程

對于礦用輸送帶、礦用管材和礦用掛鉤類，可直接進行取樣。截取各類產品的中間部分，破碎成直徑5mm大小顆粒，稱取2g左右，放入粉碎機中，加入干冰進行粉碎，過100目篩，留取經過篩選的粉末狀樣品。

對于礦用電纜，需將護套、絕緣層、包覆層和銅線分開，截取各類護套、絕緣層和包覆層，分別取樣處理，用剪刀剪碎成直徑5mm大小顆粒，稱取2g左右，放入粉碎機中，加入干冰進行粉碎，過100目篩，留取經過篩選的粉末狀樣品。

方案1：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水搖勻，130℃預消解1h，按照表2的條件進行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液上半部為澄清溶液，但底部有較多灰白色沉淀，未消解徹底。

表2 微波消解儀升溫程序（190℃）

方案2：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水搖勻，130℃預消解1h，按照表3的條件進行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液上半部為澄清溶液，但底部有較多灰白色沉淀，未消解徹底。

表3 微波消解儀升溫程序（210℃）

方案3：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水和1ml氫氟酸搖勻，130℃預消解1h，按照表2的條件進行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液上半部為澄清溶液，但底部有較少的灰白色沉淀，未消解徹底。

方案4：稱取0.1000g的樣品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml雙氧水和1ml氫氟酸搖勻，130℃預消解1h，按照表3的條件進行消解。等待溫度降至室溫左右，將消解罐中的溶液倒入容量瓶，靜置2h。觀察，溶液為澄清溶液，未出現肉眼可見的沉淀物，消解徹底。

2 結論

對于結構及成分復雜的非金屬制品的檢測分析而言，樣品的前處理非常重要，合適消解方案的選擇會為后期的分析檢測工作帶來很大的便利，也會使檢驗結果偏差較小。通過實驗研究，發現選用硝酸-雙氧水-氫氟酸的消解體系，比例為5：1：1，最高溫度為210℃時能使各類礦用非金屬類制品消解完全，溶液呈透明澄清狀，可達到后續進入原子吸收光譜儀、電感耦合等離子光譜儀、氣相質譜儀等儀器的進樣要求。本微波消解法使用試劑量少，耗時較短，操作便捷，消解效果顯著，可在礦用材料的檢測方面大力運用。

參考文獻：

[1]周勇義，谷學新，范國強，等.微波消解技術及其在分析化學中的應用[J].冶金分析，2004，24（2）：30.

[2]鄧金梅，曾嘉欣，等.在塑料重金屬測定中對微波消解前處理條件的探討[J].廣東化工，2010，37（6）：252.

[3]王守宇，陳昊，陳娜娜.丁苯類橡膠鞋底微波消解方法的研究[J].中國皮革，2015，44（13）：50.

[4]李宣，梁淑雯.微波消解電感耦合等離子體-原子發射光譜法同時測定塑料中鎘、鉛、汞和鉻[J].光譜實驗室，2006，23（4）：702.

[5]胡珊珊，錢秀芳.微波消解技術在土壤重金屬元素測定中的應用[J].安徽師范大學學報，2010，33（4）：363.