火試金重量法測定石英砂中金含量

張千強，左 青，王淑媛

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

石英砂是銅冶煉工藝中重要的熔劑，其作用是在銅的熔煉和吹煉過程中和大部分雜質元素生成硅酸鹽，形成銅渣，再利用銅渣與銅的密度差，達到銅、渣分離和提純銅的目的。石英砂中的金元素通常以游離態形式存在，每噸石英砂中約含金1~10g。貴溪冶煉廠每年均購入大量的石英砂用于火法冶煉，其中有部分是含金石英砂，石英砂中的金元素是重要的貿易結算指標，因此，能否對石英砂中的金元素含量進行準確分析直接關系到工廠和客戶的利益，關系到貿易結算是否公平、公正。

石英砂中金元素含量的檢測目前沒有相關的國家標準和行業標準，國內同行業的實驗室通常是參照銅精礦化學分析方法［1］進行檢測，檢測結果的再現性不佳。因此，有必要對如何準確測定石英砂中金含量進行研究，以尋找到一種合適的檢測方法。火試金法是一種經典的分析方法，具有取樣代表性好、適應性廣、富集效率高、分析結果可靠且準確度高等優點［2］，但該方法受到待測物料多樣性的影響，其對不同物料的針對性強，因此，首先要確定石英砂樣品的基體組成和理化性質，研究出適用于石英砂樣品的試驗條件，從而解決該物料檢測結果再現性差的問題，在有色金屬行業有較好的應用價值和推廣意義。

金是不活潑金屬，在自然界中通常以單體形式存在.且在樣品中分布不均勻［3］，這就需要采用稱樣量大的方法才能保證樣品的代表性。 石英砂樣品中二氧化硅含量在60%~80%之間，如采用濕法分析，易黏附在三角瓶底，溶解過程需要加入氟化物處理，氟化物對玻璃器皿有很強的腐蝕作用。因此，選擇火試金法進行檢測，既能保證樣品的代表性，又能避免濕法分析的弊端。但采用火試金法測定時，由于該類樣品中二氧化硅含量很高，如果硅酸度控制不好，造成熔渣黏度大，熔液易黏在坩堝壁上倒不干凈，造成分析結果不準確。因此，需要對火試金法的實驗條件進行優化。該方法加標回收率為96.5%~104.0%之間，分析結果準確可靠。

2 實驗部分

2.1 主要儀器

電子天平（感量 0.001 g）；電子天平（感量 0.1 μg）； 火試金爐（最高加熱溫度 1350 ℃）；灰吹爐（最高加熱溫度 1100 ℃）；電加熱板。

2.2 主要試劑和材料

無水碳酸鈉（工業純）；二氧化硅（工業純）；硼砂 （工業純）；可溶性淀粉（化學純）；四氧化三鉛（工業純 含金 <0.01g/t, 含銀 <0.5g/t）；氯化鈉 ；（工業純）；銀溶液（2mg/mL）；耐火黏土坩堝；（4#坩堝，容積約為300mL）；鎂砂灰皿；硝酸（1+7）；硝酸（1+1）。

2.3 實驗方法

稱取碳酸鈉 40.0 g，硼砂 10.0 g，可溶性淀粉 4.0 g，氧化鉛 100.0 g，石英砂樣品 20.0 g，于同一黏土坩堝中攪拌均勻（如樣品中銀含量小于6000μg，加銀至 6000 ~11000 μg之間），加入氯化鈉做覆蓋劑，放入900℃的試金爐中，升溫30min左右到1100℃，保溫15 min，取出傾入鑄鐵模中，待冷卻后分離熔渣和鉛扣.將鉛扣錘成立方體，放入已在900 ℃預熱30 min的鎂砂灰皿中，關閉爐門至鉛扣熔化后，稍開爐門，將爐溫降至840℃進行灰吹，灰吹完畢后，取出灰皿冷卻后將合粒移入瓷坩堝中.用止血鉗子取出金銀合粒，刷去粘附的雜質，錘成薄片，置于瓷坩堝中，加入10mL熱硝酸（1+7），待合粒與酸反應停止后，傾出酸液。再加入10mL熱硝酸（1+1），蒸至約2mL，取下冷卻，傾出酸液用蒸餾水洗凈金粒后，移入坩堝中，置于約600℃高溫電爐中灼燒5min，取下冷卻后稱量。金質量分數按下式計算：

2.4 分析結果的計算

金量以質量分數ωAu計，數值以g/t表示，按式(1)計算：

式中：ωAu為金的質量分數，單位為克每噸(g/t)；m2為金粒質量，單位為微克（μg）；m0為試料的質量，單位為克（g）；計算結果表示至小數點后二位。

3 實驗結果及討論

3.1 試樣質量的選擇

為了明確石英砂樣品的基體組成，采用X熒光光譜法對該樣品的主要成分進行檢測，樣品主要成份的分析結果見表1。

表1 石英砂的基體組成

依據樣品成分分析結果可知，石英砂樣品中二氧化硅含量非常高，而二氧化硅的處理在火試金過程中直接影響到硅酸度，如果試樣太少，代表性不夠；試樣太多，因為樣品中二氧化硅含量太高，硅酸度不容易控制［4］。綜合上述并根據該樣品的性質，選擇試樣質量為20.0 g 進行試驗。

3.2 試劑用量實驗

分別稱取不同質量的試劑和20.0 g 樣品于坩堝中，按2.3實驗方法進行熔融，根據熔渣的流動性、鉛扣的外觀和質量確定適宜于該樣品性質的試劑用量，結果見表 2。

表2 配料實驗結果

實驗結果表明，當稱取20.0 g石英砂樣品時，加入無水碳酸鈉 40.0 g，二氧化硅 0 g，硼砂 10.0 g，可溶性淀粉 4.0 g 氧化鉛 100.0 g 時，熔渣流動性好，易碎、易分離，鉛扣光亮、鉛扣和熔渣分離較好，鉛扣質量滿足要求。

3.3 補加銀量實驗

在實驗中發現，雖然石英砂樣品中銀量和金量的比例大于4∶1，在分金時硝酸也能將金銀合粒中的銀溶解，但在分金過程中金銀合粒會被分碎，得不到完整的金粒，導致不能使用重量法進行測量，雖然可以將碎金用王水溶解后采用AAS法測定［5］，但由于金元素的吸光值低，儀器產生的漂移所帶來的相對誤差大，且增加了溶解、轉移、定容等多個分析步驟，這些步驟均會帶來更多的分析誤差，而如果能得到完整的金粒就可以直接采用重量法進行測定，分析誤差僅來源于天平的精度和穩定性［6］，分析誤差可大幅減小。采用對樣品中補加銀量的方法可以避免金銀合粒在分金過程中被分碎，得到完整的金粒，實驗結果如表3。

表3 銀加入量實驗

實驗結果表明，當樣品中銀量大于3500μg時，可以得到完整的金粒，但當銀量為3500 μg時，金粒呈黑色，且分析值異常偏高，證明金粒中的雜質沒有分離完全，當銀量在5500~11500μg之間時，金粒呈黃色，且分析結果吻合較好。

3.4 準確度實驗

3.4.1 加標回收實驗

采用加標回收率實驗考查本方法的準確度。控制石英砂樣品中銀量在6000~11000μg之間，在樣品中加入不同量的金，按擬訂的分析步驟進行檢測，測定結果如表4。

從樣品加標回收實驗可知，回收率在96.5%~104.0%之間，說明該方法準確度較高。

3.4.2 實驗室間比對

將兩個石英砂樣品送外檢，外檢數據與采用本方法測定的數據進行比對，測定結果如表5。

表5 實驗室比對數據

從與外檢數據比對的情況來看，不同實驗室測得的數據基本吻合，結果偏差較小，說明該方法的準確度較高。

3.5 精密度實驗

3.5.1 重復性實驗

采用單人多杯平行分析，對不同金量的石英砂樣品進行了11次測定，測定結果見表6。

表6 重復性試驗數據

從表6數據可知，不同含量石英砂中金測定結果的RSD在2.36%~4.75%之間，單人多杯平行測定的重復性較好。

3.5.2 再現性實驗

采用多人多杯，使用不同的儀器，在不同的時間測定，對不同金量的石英砂樣品進行了11次測定，測定結果見表7。

從表7數據可知，不同含量石英砂中金測定結果的RSD在3.81%~6.45%之間，多人多杯，使用不同設備，在不同時間測定的再現性較好。

表7 再現性試驗數據

4 結論

本方法測得的加標回收率在96.5%~104.0%之間，由重復性實驗得到的相對標準偏差在2.36%~4.75%之間，由再現性實驗得到的相對標準偏差在3.81%~6.45%之間，不同實驗室間的比對結果吻合，說明該方法準確度高，精密度好，適用性強，可以滿足石英砂樣品金含量的測定要求。