微波消解ICP-MS法測(cè)定多金屬礦物中的鎢、錫元素效果分析

張 琳

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

當(dāng)前礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)量與消耗量嚴(yán)重不成比例，加之受到資源過(guò)度開(kāi)采的影響，使得當(dāng)前在礦山領(lǐng)域當(dāng)中存在消耗量遠(yuǎn)大于開(kāi)發(fā)量的現(xiàn)象。由于上述多種因素的影響，使得當(dāng)前低品位的礦以及成分復(fù)雜的多金屬礦的綜合利用逐漸受到人們的關(guān)注和重視，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)多金屬礦物的準(zhǔn)確和快速測(cè)定是當(dāng)前該領(lǐng)域研究人員重點(diǎn)研究的內(nèi)容，并且對(duì)于未來(lái)多金屬礦床的開(kāi)發(fā)而言具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。多金屬礦物與金屬礦物相比，共生組分多，并且開(kāi)發(fā)利用價(jià)值更高，而伴生礦品往往品位較低，同時(shí)在測(cè)定的過(guò)程中，多種金屬元素之間會(huì)產(chǎn)生光譜干擾，因此采用傳統(tǒng)測(cè)定方法對(duì)多金屬礦中的金屬元素進(jìn)行測(cè)定時(shí)，往往存在測(cè)定精度差的問(wèn)題，無(wú)法為后續(xù)多金屬礦床的開(kāi)發(fā)提供精度條件。在確保溫度、濕度等其他測(cè)定條件均相同的情況下，分別設(shè)置硝酸（HNO3）、硝酸（HNO3）/過(guò)氧化氫（H2O2）和硝酸（HNO3）/氟化氫（HF），三種不同消解酸條件，完成測(cè)定后對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并得出兩種金屬元素的回收率。微波消解是一種近幾年來(lái)提出的前處理技術(shù)，將其與ICP-MS測(cè)定方法相結(jié)合具有溶樣快速、處理徹底的優(yōu)勢(shì)，因此利用微波消解ICP-MS法對(duì)多金屬礦物當(dāng)中的金屬元素進(jìn)行測(cè)定能夠得到更加準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果[2]。因此，本文將微波消解ICP-MS法的測(cè)定作為基礎(chǔ)，針對(duì)多金屬礦物當(dāng)中鎢元素（W）和錫元素（Sn），在不同測(cè)定條件下對(duì)微波消解ICP-MS法測(cè)定效果進(jìn)行分析。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

此次實(shí)驗(yàn)在某礦山中采集了60份多金屬礦物樣品，將其作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，利用褐色玻璃容器將多金屬礦物進(jìn)行收集，經(jīng)檢測(cè)該礦山多金屬礦物中主要含有鎢、錫兩種化學(xué)元素，其次還含有少量的鐵、汞、銅、鉛等化學(xué)元素，具體成分如下表所示。

表1 多金屬礦物化學(xué)成分表

實(shí)驗(yàn)將裝有多金屬礦物的玻璃容器上標(biāo)記序號(hào)，隨機(jī)分成三組，每組多金屬礦物實(shí)驗(yàn)中酸條件不同，將三組實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別用編號(hào)GYIG-01、GYIG-02、GYIG-03標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)中每組實(shí)驗(yàn)對(duì)象的質(zhì)量、化學(xué)成分等條件均無(wú)差異，可用于實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)中主要使用的材料包括試劑和實(shí)驗(yàn)工具兩種，其中試劑主要包括硝酸（HNO3）100ml，過(guò)氧化氫（H2O2）50ml，廣州醫(yī)藥集團(tuán)生產(chǎn)的氟化氫（HF）50ml。實(shí)驗(yàn)工具主要包括南京醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)的100ml試管，北京醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)的100ml容量瓶，以及上海醫(yī)藥集團(tuán)生產(chǎn)的玻璃攪拌棒3根[3]。每個(gè)實(shí)驗(yàn)材料在實(shí)驗(yàn)之前都對(duì)其規(guī)格和質(zhì)量進(jìn)行了檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)均符合實(shí)驗(yàn)要求，可用于微波消解ICP-MS法測(cè)定多金屬礦物中的鎢、錫元素實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要使用的儀器設(shè)備包括配高鹽霧化器IFID649-S1500改進(jìn)型電感耦合等離子光譜儀以及XS182-5650型號(hào)電感耦合等離子質(zhì)譜儀。其中第一種儀器的功率為1250kW；采樣次數(shù)為10次。第二種儀器的功率為1400kW；提升速率為25r/min；采樣次數(shù)為10次。根據(jù)測(cè)定以及后續(xù)效果分析需要，在實(shí)驗(yàn)測(cè)定階段還需要利用EFGS15-2650型號(hào)微波消解設(shè)備，對(duì)多金屬礦物樣品中鎢（W）和錫（Sn）兩種不同金屬元素進(jìn)行測(cè)定。EFGS15-2650型號(hào)微波消解設(shè)備在運(yùn)行階段的電阻率為13.25MΩ·cm；電源為220～240V 50Hz 16A；微波源為2650MHz。同時(shí)EFGS15-2650型號(hào)微波消解設(shè)備的微波爐腔容量為68L，充分滿足本文多金屬礦物樣品在測(cè)定過(guò)程中的容量需要，在爐腔表層還涂有多層耐腐蝕性的PFA特氟龍噴涂，在測(cè)定時(shí)不會(huì)由于多金屬礦物樣品當(dāng)中含有腐蝕性物質(zhì)而對(duì)微波消解設(shè)備爐腔造成損傷。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中首先將微波消解設(shè)備的加熱程序進(jìn)行統(tǒng)一處理，將其設(shè)置為10min升溫時(shí)間，升溫后達(dá)到120℃，再設(shè)置15min升溫時(shí)間，持續(xù)20min，最后降至室溫。本文主要針對(duì)不同酸條件下微波消解ICP-MS法測(cè)定多金屬礦物中的鎢、錫元素效果，因此在進(jìn)行不同酸條件實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)測(cè)定過(guò)程中的消解溫度均控制在180℃，捏在進(jìn)行不同酸條件實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇硝酸（HNO3）、硝酸（HNO3）/過(guò)氧化氫（H2O2）和硝酸（HNO3）/氟化氫（HF）作為三種不同的消解用酸。實(shí)驗(yàn)共分為三個(gè)不同方法：第一種方法采用10mL硝酸（HNO3）作為消解用酸材料，并在完成消解后對(duì)產(chǎn)生的溶液進(jìn)行過(guò)濾處理；第二種方法采用10mL硝酸（HNO3）和1mL過(guò)氧化氫（H2O2）作為消解用酸材料，并在完成消解后對(duì)產(chǎn)生的溶液同樣進(jìn)行過(guò)濾處理；第三種方法采用10mL硝酸（HNO3）和1mL氟化氫（HF）作為消解用酸材料，由于氟化氫（HF）具有一定的特殊性，因此在完成消解后，利用電熱板對(duì)溶液進(jìn)行加熱，待溫度達(dá)到175℃時(shí)進(jìn)行趕酸處理，再完成過(guò)濾。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)本文上述論述確定實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并選擇實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法完成實(shí)驗(yàn)后，將三種不同酸條件下的微波消解ICP-MS法測(cè)定多金屬礦物中的鎢、錫元素效果進(jìn)行記錄。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出如圖1所示的三種不同酸條件下鎢元素和錫元素測(cè)定效果對(duì)比圖。

圖1 三種不同酸條件下鎢元素、錫元素測(cè)定效果對(duì)比圖

圖1中A1、A2和A3分別表示為三種不同酸條件下，微波消解ICP-MS法測(cè)定鎢元素（W）含量的測(cè)定精度；B1、B2、B3分別表示為三種不同酸條件下，微波消解ICPMS法測(cè)定錫元素（Sn）含量的測(cè)定精度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在三種不同酸條件下無(wú)論是鎢元素（W），還是錫元素（Sn），微波消解ICP-MS法測(cè)定精度更高的均為C條件，即10mL硝酸（HNO3）和1mL氟化氫（HF）作為消解用酸材料下的測(cè)定。同時(shí)利用該酸條件，在完成后續(xù)對(duì)多金屬礦物的回收時(shí)，鎢元素（W）和錫元素（Sn）的回收率可以達(dá)到83.25%～93.24%。通過(guò)對(duì)三種不同酸條件下，微波消解ICP-MS法測(cè)定多金屬礦物樣品后溶液當(dāng)中的鎢元素（W）和錫元素（Sn）進(jìn)行測(cè)定，得出的測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 微波消解ICP-MS法測(cè)定多金屬礦物樣品測(cè)定結(jié)果

從表2中測(cè)定結(jié)果可以看出，鎢元素（W）和錫元素（Sn）的回收率在前兩種酸條件下，均未超過(guò)80%，但在加入HF后，兩種元素回收率均超過(guò)80%，說(shuō)明在第三種酸條件，即HNO3/HF條件下，通過(guò)微波消解ICP-MS法測(cè)定能夠?qū)Χ嘟饘俚V物樣本當(dāng)中的鎢元素（W）和錫元素（Sn）進(jìn)行更加精準(zhǔn)地測(cè)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)微波消解與ICP-MS法相結(jié)合的測(cè)定方法在對(duì)多金屬礦物中鎢元素和錫元素進(jìn)行測(cè)定的效果進(jìn)行分析研究。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別設(shè)置三種不同酸條件，并在確保其他條件均完全相同的情況下，利用微波消解ICP-MS法完成對(duì)多金屬礦物樣品中鎢（W）和錫（Sn）兩種不同金屬元素的測(cè)定。通過(guò)研究進(jìn)一步得出，在HNO3/HF酸條件下，該測(cè)定方法與實(shí)際更相符，能夠準(zhǔn)確得出兩種金屬元素的含量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩種金屬元素的高效回收。