微波消解—氟硅酸鉀滴定法測定鋁硅酸鹽礦物的微量元素

徐 芳

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院，甘肅 張掖 734000）

鋁硅酸鹽礦物是一種經(jīng)過長時間沉積沉淀的復合礦物質(zhì)，例如柱狀長石、正長石等。它其實是由于在火山的運動過程中，硅酸鹽礦物附近逐漸形成了鋁元素，隨著地殼的不斷運動，鋁元素漸漸地取代了硅酸鹽礦物中的硅元素，進而以形似的方式置換了硅酸，最后形成鋁硅酸鹽礦物。這種礦物質(zhì)在風化作用的催化下是非常堅硬的。對于這些原生礦物，他們一般形成的時間都較長，并且是由于陸地表面溫度、濕度、壓力等因素的不同而逐漸形成的，他們可能會形成單體的礦物，也有可能在土壤分解的作用下再次分解，重新合成新的次生礦物。本文會在微波的作用下，首先對鋁硅酸鹽礦物進行分解，將樣品經(jīng)過氫氧化鉀的沉淀，再進行二次分解，其中的樣品分解完全，并且樣品中含有的其他元素不會造成很大影響[1]。再通過氟硅酸鉀滴定法對鋁硅酸鹽礦物中的元素進行實驗，分析，以致最后得到實驗結(jié)果。

1 實驗

1.1 實驗的原理

本次實驗主要是采用氟硅酸鉀滴定法對鋁硅酸鹽礦物中的微量元素進行了分離、消化測定。先將氟硅酸鉀溶液充分溶解之后，在玻璃瓶中加入中性水，將氟硅酸鉀溶液和乙醇溶液進行再混合，混合之后對此進行振蕩、交叉攪拌的操作過程[2]再將鋁硅酸礦物進行兩次細致的分解，直至分解至砂礫狀，再將實驗用的分解離子的水倒入此時砂礫狀態(tài)的鋁硅酸鹽，使其進一步進行分解、沉淀。最后，經(jīng)過濾洗滌游離酸，用氫氧化鈉標準溶液滴定溶解后游離出的氫氟酸硅錳，再利用微波設(shè)備對已經(jīng)沉積之后的鋁硅酸鹽礦物進行消解，最后得出礦物中的微量元素。

1.2 實驗的試劑以及設(shè)備

氫氧化鈉(液體，60g/L)；乙醇（5g）；鋁硅鹽酸礦物樣本（固體，10g）；氫氧化鉀(固體)；氟硅酸鉀溶液(液體，200g/L)；乙醇(10g/L，Sg氯化鉀溶于100mL 1+1乙醇中)；氯化鉀(固體，45g/L)；硅酸溶液(120g/L)；氯化鉀溶液（將4.5g氯化鉀溶液與乙醇相混合，將其均勻搖晃2分鐘，放置于玻璃瓶中保存）；在145℃的高溫中，將準備的一半的固體氫氧化鈉進行烘干，冷卻之后，滴入氯化鉀乙醇混合溶液至深紅色；中性水；實驗用的去離子水；微波消解設(shè)備；實驗用的電子秤；濾紙；電子天平。

1.3 實驗的方法

首先，將固體氫氧化鉀用無二氧化碳的實驗水進行分解，放在一旁靜置2分鐘，使其進行充分溶解，之后再利用玻璃試管取40g的氫氧化鈉溶液和120g的氟硅酸鉀溶液，將兩種溶液分別進行115℃、長約10分鐘的高溫加熱，加熱后放置一旁密封住，靜置待用。再將剩余的20g氫氧化鈉和80g氟硅酸鉀溶液混合，但不可以直接混合。要先將實驗前準備好的中性水分別滴入在兩個溶液之中，每種溶液滴入3滴，然后將溶液進行密封震蕩，大約震蕩至3分鐘之后，在對其進行輕微的搖晃，將試劑搖勻，使其充分與中性水進行混合。

接下來對樣本進行取樣，先使用電子秤稱取6g的礦物樣本置于硅酸溶液中，對其進行初次的分解，置于溶液中靜置即可，分解時間大概在10分鐘左右。當進行首次分解之后，此時的鋁硅鹽酸礦物會呈現(xiàn)出較為松散的狀態(tài)，我們可以將礦物質(zhì)先取出來，擦拭干凈表面的硅酸溶液，再將其放置在無二氧化碳的水中進行簡單的清洗，盡可能地去除掉殘留的硅酸溶液，之后取出靜置備用。將氯化鉀標準溶液全部取出，先密封進行120℃的高溫加熱，加熱大概3分鐘左右，將其冷卻至室溫。之后將清洗好的鋁硅煙酸礦物樣本取出，置入氯化鈉溶液之中，密封進行繼續(xù)加熱，本次加熱時間要稍微久一些，大致需要10分鐘左右。在加熱至中途的時候，要將樣本以及溶液取下?lián)u動一次，必要時可以進行輕微的攪拌，因為總是對同一處進行加熱，鋁硅鹽酸礦物樣本會出現(xiàn)加熱不均勻的現(xiàn)象出現(xiàn)，會使之后的實驗結(jié)果發(fā)生偏差。

加熱完成之后，等待試液冷卻至室溫時，將準備好的5 g乙醇液體倒入試液中，并在倒入之后進行不斷攪拌，直至溶液飽和。接下來，將樣本礦物取出，可以觀察到，此時的樣本已經(jīng)基本分解成砂礫狀的礦物質(zhì)了，且與實驗之前不同的是，經(jīng)過分解作用之后的礦物樣本不再像以前那樣堅硬，而是呈疏松的狀態(tài)。經(jīng)過了兩次對鋁硅酸鹽礦物樣本的化學分解之后，接下來，我們可以對其進行微波分解了。先將樣本進行烘干操作，使其消除表面殘留的實驗試液，之后將樣本放入微波儀器上。一共要進行三次微波消解，前兩次是在二次分解之后進行操作，最后一次是在進行氟硅酸鉀滴定法之后進行的。我們先進行第一次的微波消解，每次需要8分鐘時間。但是每次在4分鐘左右時要先暫停一會，將樣本取出，在樣本表面覆涂一層硅酸溶液，大概2 g左右的量，隨后待到溶液干了之后，再將樣本放入微波儀器上繼續(xù)進行分解，重復這樣的操作過程兩次，就可以完成對樣本礦物的微波消解了，他們的堅硬程度也會隨著微波消解而不斷變化著。如圖1所示：

圖1 鋁硅酸鹽礦物樣本堅硬層度變化圖

最后利用氟硅酸鉀滴定法對鋁硅鹽酸礦物中的微量元素進行測定。首先將之前混合的綠色溶液和紅色溶液進行再混合，混合之后進行靜置沉淀。處理好之后，要利用濾紙對溶液進行過濾，經(jīng)過混合、過濾之后的試液應該呈紫黑色，此時，將溶液進行再次加熱，待加熱到100℃時，將鋁硅鹽酸礦物分解至之后的樣本放置在溶液中，繼續(xù)加熱5分鐘。停止加熱，等待冷卻至室溫。在冷卻至室溫之后，重復之前的微波消解再操作一次，之后取出樣品，此時我們便可以看到鋁硅鹽酸礦物中完全分解出來的微量元素硅錳。我們可以利用以下公式來計硅錳元素的含量。

式中：a為硅錳元素的含量，C為氟硅酸鉀溶液的濃度；e為滴定消耗氫化鉀、乙醇、硅酸溶液混合之后溶液的體積，0.042則為摩爾質(zhì)量的一半，m為鋁硅鹽酸礦物樣本的質(zhì)量。

1.4 實驗的結(jié)果

此次試驗是利用氟硅酸鉀滴定法，對鋁硅酸鹽礦物的微量元素進行測定。通過實驗測定，鋁硅鹽酸礦物中含有的微量元素是硅錳。硅錳也是一種很稀少的元素，外表呈棕褐色，呈砂礫狀，堅硬。一般情況，硅錳常被制造成硅錳合金，在煉鋼鐵的時候，會用到這種合金，同時，這種硅錳合金也是脫氧劑的一種。其實，這種硅錳元素通常需要進行多次分解，由于它們太過于堅硬，所以一次分解根本不能完全將它的樣本進行松散處理，一般兩到三次的分解處理為最佳。硅錳元素是主要以硅的含量為主，它的含量相對較少，并不容易與樣本進行分解和脫離，所以在實驗的時候，我們將使用硅酸溶液對鋁硅鹽酸礦物進行浸泡。因為硅含量較多的硅錳元素，如果遇到硅酸，它會率先進行分離，而且在使用硅酸溶液對樣本進行浸泡之前，我們還用實驗專用的去離子水先將樣本浸泡了一段時間，這個過程就會使樣本中的硅錳更容易和樣本本體發(fā)生分離，使我們更容易得到硅錳；但如果使用錳酸溶液進行浸泡，那結(jié)果將截然相反，因為錳相對質(zhì)量較大，所以當遇到錳元素的酸性溶液時，樣本會發(fā)生一定的沉積現(xiàn)象，沉積就代表不易分離，所以這不利于我們分解出硅錳元素，也對實驗結(jié)果有很大的影響，會造成極大的偏差。

2 結(jié)語

本文主要是對鋁硅鹽酸礦物中的元素進行探究與檢測。鋁硅酸鹽礦物一般分布在西北地區(qū)，它的形成條件大致為氣溫較高、降雨少，氣候較為干燥，晝夜溫差較大，且常年為有風天氣，且風力較大。因為鋁硅鹽酸礦物是在風力的作用下形成的，所以西北地區(qū)的此種礦物分布較為廣泛，且分布量大。對于鋁硅鹽酸礦物中硅錳元素的提取也是本次試驗一項很重要的發(fā)現(xiàn)，硅錳元素并不常見，且對形成條件的要求也是極高的，此次實驗論證了硅錳元素是可以在鋁硅鹽酸礦物中提取，這也就說明，這種元素在西北地區(qū)的分布較為廣泛。而此次在整個實驗過程中，我們首先對硅錳在礦物中的含量進行測定時，數(shù)據(jù)時相對穩(wěn)定，之后通過硅酸鉀的滴定法對樣本進行測定，測定之后的實驗結(jié)果誤差較小，且數(shù)據(jù)誤差也在可以控制的范圍之內(nèi)，所以證明該方法可行可靠。