堿熔ICP-AES法測定鈦精礦中7種有害雜質元素含量

孟麗麗

（山東省冶金科學研究院有限公司，山東 濟南250014）

1 前 言

鈦精礦是最豐富的鈦礦物，且作為初始原料在用于硫酸法和氯化法的所有鈦原料中，所在比重超過80%。鈦精礦是生產鈦白粉和海綿鈦的主要原料，隨著相關產業的快速發展，對鈦精礦的需求顯著增加。鈦精礦中有一些有害雜質，如硅和鋁是泥沙的成分，在酸解時會生成硅酸和鋁酸鹽膠體，影響鈦液質量、凈化和沉降；鈣和鎂酸解后會變成體積龐大的硫酸鹽沉淀，影響殘渣的沉降和鈦液的回收；磷和硫含量高，不及時排出會造成排氣不暢造成阻塞；鉻和釩的含量高到一定程度時，會影響鈦白粉的色澤。這些雜質會影響鈦白粉的產品質量，各單位在原材料質量控制時要對其進行測定。

目前鈦精礦中7 種有害雜質元素含量的化學分析均采用行業標準方法，其中CaO、MgO 采用EGTA-CyDTA 滴定法測定；Al2O3采用 EDTA 容量法；P2O5采用鉍磷鉬藍光度法測定；Cr2O3采用二苯基碳酰二肼光度法；V2O5采用三氯甲烷萃取-鉭試劑分光光度法；而對于SiO2元素經查證目前尚無標準的測定方法。以上各方法分析費時，步驟繁瑣。本文研究了用堿熔ICP-AES 法測定鈦精礦中7 種有害雜質元素含量的條件，確定了最佳的熔融條件及儀器測定條件，顯著提高了分析的速度、精密度和準確度，分析結果令人滿意。

2 實驗部分

2.1 主要儀器及工作參數

電感耦合等離子體發射光譜儀（ARCOS SOP德國斯派克）。

儀器工作參數：等離子體功率1 400 W；氬氣壓力0.8 MPa；霧化器流量0.80 L/min；冷卻氣流量13.00 L/min；輔助氣流量1.00 L/min；積分時間40 s。

馬弗爐（5E-MF6100）；電子天平（BSA224SCW）；純水機（H2O-MM-UV-T）。

2.2 試 劑

硫酸（1＋9）；混合熔劑：兩份無水碳酸鈉與一份硼酸研細混勻；過氧化氫（30%）；高純氬（體積分數＞99.99%）；實驗用水為高純去離子水。

2.3 標準儲備溶液

硅標準溶液1 000 ug/mL（SDS130140）；鈣標準溶液1 000 ug/mL［GBW（E）080555］；鎂標準溶液1 000 ug/mL［GBW（E）080554］；鋁標準溶液1 000 ug/mL［GBW（E）080559］；磷標準溶液100 ug/mL［GBW（E）081293］；鉻標準溶液100 ug/mL［GBW（E）081280］；釩標準溶液 100 ug/mL［GBW（E）081304］；鐵基體匹配用標準溶液10 mg/mL（SDS131262）；鈦基體匹配用標準溶液10 mg/mL。

2.4 實驗方法

2.4.1 試樣前處理實驗條件選擇

1）熔劑用量的選擇。稱取0.200 0 g 試樣于鉑金坩堝中，分別加入1.0、1.5、2.0 g 無水碳酸鈉＋硼酸（2＋1）混合熔劑混勻，再覆蓋0.5 g。將坩堝于低溫放入馬弗爐內，升至950 ℃熔融15～20 min。取出，稍冷，以硫酸（1＋9）浸出后，實驗表明1.5 g試劑熔融浸出樣品未溶解完全，2.0 g 及2.5 g 均能溶解完全。若溶液中鹽類太高，進行ICP-AES測定時會堵塞矩管，進而影響測定，對儀器造成損害。故在保證樣品熔融完全的前提下，盡量選擇低鹽熔融，選擇加入2.0 g混合熔劑進行熔融［1］。

2）浸出酸及酸度選擇。試樣采用無水碳酸鈉＋硼酸（2＋1）混合熔劑熔融后，對于浸出酸的選擇和用量進行了實驗。浸出酸分別用鹽酸和硫酸進行實驗，結果表明，用鹽酸浸出，樣品中二氧化鈦水解易析出，故選擇硫酸浸出。然后對硫酸用量進行了實驗，分別加入80 mL 硫酸（1＋9）、100 mL 硫酸（1＋9）、120 mL 硫酸（1＋9）浸出樣品。結果表明，80 mL 硫酸（1＋9）浸出樣品不完全，100 mL 硫酸（1＋9）、120 L 硫酸（1＋9）均能保證樣品酸化完全?？紤]到酸用量過少樣品溶解不好，溶解酸度過大會影響溶液的黏度，影響進樣速度及霧化效率，進而導致譜線強度的變化，故采用100 mL 硫酸（1＋9）左右為宜。

3）樣品處理。稱取0.200 0 g 試樣于鉑金坩堝中，加入1.5 g無水碳酸鈉＋硼酸混合溶劑（2＋1）混勻，再覆蓋0.5 g。將坩堝于低溫放入馬弗爐內，升至950 ℃熔融15～20 min。取出，稍冷，將坩堝放入預先置有100 ml硫酸（1＋9）的燒杯中，低溫加熱至熔融物全部浸出溶解。用水洗凈坩堝，取出。若溶液呈紅色是生成MnO2，加1～2滴過氧化氫（30%）還原MnO2沉淀并于電爐上煮沸趕盡過氧化氫后，取下冷卻至室溫后移入250 ml容量瓶中，以水稀釋至刻度混勻備用，隨同試樣做空白實驗，在ICP-AES（電感耦合等離子體發射光譜儀）上進行測定。

2.4.2 工作曲線繪制

于空白試液中加入標準溶液，在選定的最佳儀器條件下將系列標準溶液引入等離子體中，運行分析程序，建立工作曲線，以譜線強度值為y軸，分析元素的濃度為x軸，由儀器配套的計算機程序軟件自動給出線性相關系數（＞0.999），系列溶液工作曲線見表1。

表1 系列工作曲線 ug/mL

3 結果與討論

3.1 基體效應的消除

試液基體的不同將導致結果不一致，基體對譜線強度有影響，一般會疊加加強。故配制混合標準液時，應加入與試樣中含量接近的鐵基體匹配標準溶液及鈦基體匹配標準溶液進行基體匹配，有效地消除基體效應。

3.2 分析譜線的選擇

在發射光譜儀的譜線庫中查看各元素的強度信息和譜線干擾，根據樣品的含量高低，選擇強度適宜的譜線。將所測定的系列工作曲線標液進行譜圖疊加，選擇干擾少的譜線作為分析譜線，并進行了背景校正，故本法選擇的最佳分析譜線波長見表2［2］。

表2 分析譜線波長 nm

3.3 檢出限及測定下限

空白進行了10 次測量，得到檢測結果見表3。以試劑空白溶液10 次測定結果的3 倍標準偏差作為檢出限，10倍標準偏差作為方法的測定下限。

表3 檢出限及測定下限 %

4 精密度、準確度及回收率實驗

正確度和精密度。對編號為GBW（E）070175的鈦鐵礦標準物質進行10 次測量，結果如表4 所示。各元素平均測定值與標準值之差均不大于標準值的不確定度，計算各元素的相對標準偏差（RSD），證明本實驗室運用該標準檢測具有較高的正確度和精密度。

回收率：以GBW（E）070175的鈦鐵礦標準物質為基體，分別加入標準溶液，按照標準進行測定，分析結果如表5所示。

通過加標回收實驗計算各元素的回收率在98.0%～102.5%，符合95%～105%的基本要求，證明本實驗室運用該標準檢測回收率良好

5 結 論

5.1 在選定的條件下，對熔劑用量、浸出酸選擇及用量、譜線的選擇、基體的干擾做了大量實驗，對鈦精礦中7種有害雜質元素進行了同時測定。

5.2 本方法具有靈敏度高、試劑用量少，線性范圍寬等優點。方法檢出限低，精密度高，結果準確可靠。極大縮短了檢測時間，提高了工作效率。

表4 正確度和精密度試驗 %

表5 回收率試驗 %