電感耦合等離子體光譜法測定幾內亞紅土型鋁土礦中的Al2 O3、Fe2 O3、SiO2、TiO2

韓婷婷，余文麗

（1.中化地質礦山總局河南地質局，河南 鄭州 450011；2.河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊，河南 鄭州 450018；）

關鍵字：電感耦合等離子體；紅土型鋁土礦；Al2 O3、Fe2 O3、SiO2、TiO2

幾內亞的鋁土礦資源十分豐富，儲量世界第一，號稱“鋁礬土國王”，其鋁土礦資源量約占世界總量的2／3，且品味高、富鋁、高鐵、低硅、易采、易選等，屬富含三水鋁石的紅土型鋁土礦［1-3］。，其中Al2O3平均含量高達35%～60%，Fe2O3含量10% ～32%，SiO2含量 ＜3%［2］。

目前鋁土礦中的硅鋁鐵鈦的測定傳統分析方法多采用比色、容量法等［4-6］，測試過程繁瑣，對幾內亞鋁土礦、高含鐵的鋁礦的測定有較大的影響，需要分離。因此測試效率低，過程復雜，且只能進行分析測試單個元素。電感耦合等離子體光譜法靈敏度高，準確性好，可以同時測定鋁土礦中的主要成分，測試效率有了很大的提高，能夠更快速、高效的為地質找礦服務［7］。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀（德國斯派克 SPECTROBLUE）；高純氬氣（99.9%）；馬弗爐；烘箱。

1.2 主要試劑

氫氧化鈉（分析純）、過氧化鈉（分析純）、鹽酸（分析純，1.18g／mL）、試驗用水為去離子水。

硅單標儲備液（GSBG62007-90，500μg／mL）、鋁單標儲備液（GSBG62006-90，1000μg／mL）、鐵單標儲備液（GSB 04-1726-2004，1000μg／mL）、鈦單標儲備液（GSBG62014-90，1000μg／mL）。

1.3 儀器工作條件

實驗選定的最佳工作條件：

等離子體功率為1450W；工作氣體為氬氣，冷卻氣流量為12L／min；輔助氣流量為1.0L／min；霧化器流量為0.8L／min；蠕動泵轉速為30 r／min。

1.4 試驗方法

稱取0.1000g（精確至0.0001g）預先在105℃烘2h試樣，置于30 mL銀坩堝中，加入1.0g氫氧化鈉，加入0.2g過氧化鈉，混勻，再覆蓋1.0g氫氧化鈉，放入馬弗爐中，從低溫升起，升至700℃，到溫10min之后取出坩堝，搖晃一下，再放入馬弗爐中，到溫5min之后取出。稍微冷卻后，放入250 mL塑料燒杯中，加入50 mL熱水浸取，待熔塊脫落之后，洗出坩堝。把提取液倒入預先裝有50 mL（1+1）鹽酸的250 mL容量瓶中，邊倒邊搖晃。用水稀釋至刻度，搖勻。

分取20 mL溶液于100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，用ICP-AES測定。

1.5 標準曲線的配置

根據三水型鋁土礦的成分特點，為和待測樣品的樣品含量盡可能保持一致，需要不同元素配置不同的濃度點。待測樣品中硅、鈦含量較，曲線濃度較小，鐵和鋁含量較高曲線配置成較高濃度，這樣能更接近樣品的實際狀態，得出準確的結果。

校準曲線系列溶液通過移取一定量的硅、鐵、鋁、鈦標準溶液至預先裝有20 mL試液空白溶液的100 mL容量瓶中，配置成含有不同濃度的系列溶液。加入20 mL空白溶液是使校準曲線和樣品基體保持一致。繪制標準曲線，見表1，其中元素相關系數為r≥0.9996。

表1 標準曲線的配置 μg／mL

2 結果與討論

2.1 樣品處理方法的選擇

鋁土礦一般采用堿溶分解試樣，酸溶對有些礦物分解的不徹底而導致結果偏低。堿熔一般采用鎳坩堝或者銀坩堝。鎳坩堝熔礦會導致大量的鎳熔下來，引入大量的鎳元素，因此采用銀坩堝熔礦。本文比較了方法1（氫氧化鈉）熔礦和方法2（氫氧化鈉+過氧化鈉）兩種熔礦方法的結果。選取兩個國家標準物質ZBK 394，ZBK 395，分為兩組，分別用兩種溶礦方法，測定結果見表2。

表2 兩種溶礦方法的實驗結果 w／%

幾內亞鋁土礦屬于三水型鋁土礦物，雖然三水鋁石比較好溶，但是由于樣品中鐵含量比較高，使用氫氧化鈉可能導致某些樣品溶解后底部有黑渣，經過分析，可能是部分鐵沒有溶解完全。因此，采用氫氧化鈉+少量的過氧化鈉溶礦，對于含鐵比較高的三水鋁石樣品，溶礦更為完全。

過氧化鈉會腐蝕銀坩堝，因此我們加入少量過氧化鈉即可。且經過實驗，少量過氧化鈉不會對造成大量的銀脫落，對坩堝造成影響。

2.2 溶樣溫度、溶礦時間的影響。

一般銀坩堝選擇650～750℃溶礦。本文用ZKB 394這個標準物質，馬弗爐分別設置為600℃、650℃、700℃、750℃、對比溶礦溫度對結果的影響。

由圖1看出，溫度小于700℃的，溫度太低，可能導致溶礦不完全。溫度大于700℃的，溫度太高，會有銀脫落，對坩堝腐蝕的較為嚴重，因此設置為溫度為700℃。

溶礦時間小于15min，時間太短，＞15min，溶礦時間太長，溶礦時間太長，溶液容易漫到銀坩堝壁上，可能會導致溶液有損失，且會有銀脫落，對坩堝腐蝕的較為嚴重，因此溶礦時間設置為15min。

圖1 溶礦溫度的影響

2.3 分析線的選擇

在電感耦合等離子體發射光譜的實際分析中，共存元素會激發產生譜線從而引起光譜干擾，光譜的干擾程度與譜線的選擇有很重要的關系，因此分析譜線的選擇很重要。

根據儀器推薦的譜線，選擇2-3條互相光譜干擾小，背景低，靈敏度適合的譜線，進而選擇最優的分析譜線。幾內亞三水鋁土礦中鋁、鐵的含量比較高，硅、鈦的含量相對較低，因此，針對這個情況，在兼顧靈敏性的同時選擇干擾比較小的譜線，選擇的譜線見表3。

表3 待測元素分析線

2.4 元素的光譜干擾及基體干擾的消除

由于采用氫氧化鈉+過氧化鈉堿熔，待測試液中有大量的鈉鹽基體，考慮到如果氫氧化鈉加入量過大，導致溶液中有大量的鹽類，容易堵塞霧化器且背景值也會很高，基體效應影響嚴重，儀器穩定性降低，準確度受到影響。因此，本文采用減少稱樣量，從而減少鹽類對測定的影響，并稀釋的方法使溶液中鹽類總量降低。并在標準溶液中加入空白溶液，使標準系列與待測溶液保持一致，結果更準確可靠。

2.5 方法準確度和精密度

利用本實驗方法對國家標準物質ZBK 394，按試驗方法分別制樣7份，在儀器工作條件下進行測定，計算平均值和標準值的相對標準偏差。由表4可知，本方法測定結果的相對標準偏差在0.07%～0.37%，RSD在0.82%～3.09%。測定均值與樣品參考值基本吻合，表明方法的精密度、準確度均比較好。

表4 方法的準確度和精密度（n＝7）

2.6 加標回收率實驗

選擇稱取國家標準物質ZBK 394，在標準樣品中加入一定量的標準溶液，按照實驗分析方法，進行回收率實驗，其結果如表5所示。加標回收率在94.96%～103.07%，該方法準確可靠。

2.7 方法對比

取未知樣品4份，按照本文建立的方法對未知樣品進行分析，二氧化硅采用硅鉬藍比色法，三氧化二鐵采用容量法，三氧化二鋁采用容量法，二氧化鈦采用二安替比林甲烷比色法與本方法的測定結果進行對比。結果見表6，相對偏差0.07% ～3.22%之間，能滿足 DZ／T0130-2006［8］的要求。

表6 樣品中不同方法分析結果比對

3 結語

針對幾內亞紅土型鋁土礦的高鋁高鐵低硅的特點，采用銀坩堝，氫氧化鈉加入一點過氧化鈉溶礦，解決了高含量鐵熔礦會有黑渣溶解不完全的問題。用元素比例接近待測樣品制作標準校準溶液，并加入空白溶液，保持與待測樣品一樣的基體，消除了鹽類基體對測定準確性的干擾。通過國家標準物質以及實際樣品的驗證，測定結果準確，分析速度快，能同時檢測鋁土礦中的多種元素，與傳統分析方法相比具有明顯的優勢，可以滿足批量紅土型鋁土礦石樣品日常檢測的需求。