高純稀土氧化物中其他稀土元素分析

宋麗平

（江西省鎢與稀土產品質量監督檢驗中心，江西 贛州 341000）

稀土作為一種珍貴的戰略金屬資源，具有其他材料無法代替、優異的光、磁、電性能，在各項材料及產品的應用中能有效改善材料及產品性能，增加產品品種。由于稀土作用大、用量少，已經成為了用于改善產品結構、提高科技質量的重要元素，被廣泛應用于玻璃、陶瓷、農業、軍事、冶金等多個領域。隨著發光材料、陶瓷材料、磁性材料、電子陶瓷、光功能晶體、以及高純稀土鍍膜材料等高端應用，高性能、高純度和開拓新應用是稀土材料發展趨勢目標。高純稀土需求量的增加，成為相關領域極具研究價值的新技術。隨著工業與科技的發展，檢測技術與檢測儀器的不斷進步，稀土相關檢測要求也在不斷提高。高純稀土檢測中對其他稀土元素檢測方法靈敏度要求較高，檢測較為困難。以往高純稀土檢測采用固體樣品發射光譜儀，隨著ICP-AES分析靈敏度的提升，其精密度、線性范圍以及檢測元素能力等都得到了提升。由于稀土元素中光譜線較為豐富，檢測過程受光譜干擾較為嚴重，在大量復雜基體存在情況下，由于高純稀土直接測定時存在基體干擾和雜質含量太低的影響，因此通過分析高純稀土氧化物質荷比，利用ICP-MS法測定高純稀土中微量稀土雜質方法，根據實際應用目標，選擇合適分離條件，在優化儀器測定條件下，使稀土雜質檢測限度為1×10-8%～5×10-7%，雖能夠滿足稀土檢測需求，但對于更加精細檢測仍需尋找其他解決方法。而高純稀土中不僅需要對非稀土雜質進行檢測，同樣需要對高純稀土中其他共存稀土元素作出檢測。由于稀土中元素間化學性質十分相似，分離檢測非常復雜。而高純稀土分析檢測技術作為高純稀土生產與應用的基礎，通過對高純稀土氧化物中其他稀土元素分析，從而進一步滿足高純稀土生產需求，為今后稀土產業發展提供一定幫助[1]。

1 實驗材料

根據高純稀土標準規定，需要滿足稀土純度高于99.99%的稀土金屬或化合物，而目前稀土生產技術多采用萃取分離方法來獲得高純稀土氧化物。由于稀土獲得主要同稀土鹽融解電解，因此稀土金屬純度遠低于其他氧化物。由于稀土元素之間化學性質十分相似，對稀土氧化物中其他稀土元素采用化學分析法檢測十分困難，目前現有分光光度法、EDTA滴定法以及稀土草酸鹽沉淀重量法，主要應用在稀土總量測定上，儀器分析法是目前測定單一稀土元素的最有效的方法，因此實驗采用7500a型ICP-MS儀器（Model Agilent 7500a，Hewlett- Packard），其實驗操作參數，如表1所示：

表1 實驗操作參數

2 測試方法

實驗中，取50.00 mg高純氧化Nd置于燒杯中，加入5 mL（1+1）（v/v）HNO3，并進行低溫溶解。其冷卻后轉入容量瓶中。將稀土氧化物配制的稀土元素儲備液（1 g·L-1），稀釋為濃度為100 mg·L-1、20 mg·L-1、10 mg·L-1、1 mg·L-1的測試溶液各一份，用以研究元素氧化物生產效果，用以分析各種稀土氧化物的不同稀土元素產生效果。實驗采用熔融制樣法，對樣品重復制備10次樣片，按照測定條件對樣本進行測定后，再對其中一個樣品重復測定10次，統計實驗結果[2]。

根據測定條件與測定時間限制，計算樣本中各元素平均含量，以三倍標準偏差計算方法檢出限。設其置信度為95%，其檢出限計算為：

其中，m 為1μg/g含量的計數率；Ib為背景計數率；tb為背景測試時間。

3 實驗結果分析

3.1 不同載氣流速條件下元素分析

實驗條件下，不同載氣流速條件下各元素生成情況，如圖1所示：

圖1 不同載氣流速條件下稀土元素分析

在載氣流速控制從0.9 L·min-1至1.2 L·min-1范圍變化時，高純稀土中La、Ce、Nd、Eu、Tm、Yb未發生明顯變化，并且保持在一定低水平。但當載氣流速超過1.2 L·min-1時，LaO+/La+、CeO+/Ce+以及NdO+/Nd+的比值出現急劇上升的情況。但在這一變化過程中，Eu、Tm和Yb的比值變化相對較小。因此，其他元素測定在較低的載氣流量條件下進行，才能獲得穩定的REO+/RE+比。如果載氣流速過高時，單位時間內進入ICP中的氣溶膠的數量急劇增大，當其超出ICP光源承受能力時，REO+/RE+比值大幅度增加。而不同載氣流速各元素中，EuO、TmO以及YbO受影響不大。

3.2 高純稀土氧化物元素分析

在實驗中保證各類氧化物保持水平較低且比較穩定條件下，對因基體引起的質譜干擾進行校正后，分析高純稀土氧化物中各元素物質，如表2所示：

表2 高純稀土氧化物中各類稀土元素分析結果

3.3 高純稀土氧化物中干擾分析

在實驗條件下，分析高純稀土氧化物中其可能被其他元素干擾情況，如表3所示：

表3 高純稀土氧化物中干擾分析

實驗中可以看出，165Ho受到干擾較小，而159Tb干擾較大，不同元素對稀土氧化物干擾情況也不同。

4 結論

通過實驗結果分析可以看出，在不同載體流速實驗條件下，當載體流速達到一定閾值時，高純稀土氧化物與其他稀土元素比值會出現急劇上升情況。可以斷定，不同載氣流體下高純稀土氧化物及其他氧化物含量不同。為此，實驗在穩定載氣流速條件下進行。在對其因基體質譜干擾校正后，分析出高純稀土中各類稀土元素后，分析各元素干擾情況。高純稀土中165Ho，只受到Nd的氫氧化物干擾，而159Tb，受到142NdOH和l43NdO的雙重干擾。利用元素分析儀器與相關技術相結合，能夠完成高純稀土氧化物中其他稀土元素分析檢測后，有效降低其他元素對高純稀土氧化物干擾。高純稀土氧化物中其他稀土元素的檢測，能夠有效完成高純稀土氧化物分析檢測工作，其在實際中的應用能夠為今后稀土工作發展提供一定幫助。