泡沫塑料-原子吸收法測金相關實驗條件探討

韓潔芳

（安徽省地質礦產勘查局325地質隊，安徽 淮北 235000）

0 引 言

由于金有很大的可塑性、延展性以及較好的導熱導電性，使得其在工業上的應用越來越廣泛。金在自然界的含量低，主要以自然金產出，也能和銀、銅和鉑族元素形成天然合金。金礦樣的分析方法有多種，試樣的分解方法分為火試金法、酸分解法、氯化法、堿熔融法等；金的富集方法有活性炭吸附法、泡沫塑料吸附法、溶劑萃取法、離子交換法等；金的測定方法有碘量法、氫醌容量法、火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法、重量法等。本文采用泡沫塑料-原子吸收法，測定金并對實驗過程中的相關條件進行了優化，節省了時間、人力，提高了結果的準確性。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及工作條件

原子吸收光譜儀，珀金埃爾默儀器（上海）有限公司；電子天平，昆山鈺恒電子衡量器有限公司；恒溫往復震蕩器，上海智城分析儀器制造有限公司；馬弗爐，上海實驗電爐廠。

原子吸收光譜儀工作條件見表1。

表1 原子吸收光譜儀工作條件Table 1 Working conditions of atomic absorption spectrometer

1.2 試 劑

王水：鹽酸、硝酸均為分析純，配制成1∶1的王水；硫脲溶液：配制成1.7 g/L的硫脲溶液，每100 mL硫脲溶液加3至5滴1∶1鹽酸；泡沫塑料：將聚氨酯泡沫塑料剪成1 cm×1 cm×5 cm。

系列標準溶液：準確移取0、0.25、0.5、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL金標準溶液（100 μg/mL），分別置于1組100 mL容量瓶內，加入1∶1王水10 mL，定容，搖勻，此溶液對應金的濃度 分 別 為0.00、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00μg/mL。

實驗標準物質：GAu-15a、GAu-16b、GBW07 0118a、GAu-14a、GBW070119、YTAuⅢ-7、GAu-18b、GAu-22a。

1.3 實驗過程

稱取10.0 g樣品放入馬弗爐中，升溫至650℃，一般燒制2 h（如若樣品中硫含量較高，則燒至無冒煙為準），冷卻至室溫，然后轉移至250 mL錐形瓶中，用少量水濕潤；加入1∶1王水，在電熱板上保持微沸狀態，溶解約2 h，直至體積大約為15～20 mL，接著加水至75～80 mL；放入一塊泡沫塑料，在往復恒溫振蕩器上振蕩1 h，取出泡沫塑料并洗凈，放入25 mL比色管中；加入10 mL硫脲-鹽酸溶液，在水浴中加熱50 min，將泡沫塑料擰干取出，冷卻至室溫，于原子吸收波長242.8 nm處測定。

2 結果與討論

2.1 燒樣溫度和時間

對于測金的燒樣時間不是固定不變的，要根據樣品含元素的種類來決定。燒樣的時間在測金中對結果影響較大的元素為硫和碳，這2種元素的存在會包裹金，使得測量的結果嚴重偏低，因此在燒樣中一定要將這2種元素去除。前人指出，在燒樣過程中，只要將溫度升至500℃燒制0.5 h，再將溫度升至800℃燒制1 h，可完全將硫和碳去除。在經過實驗驗證后，發現雖溫度上升至800℃可將硫和碳完全去除，但樣品極容易處于燒結狀態，因此需要在燒樣過程中，將樣品取出進行翻松再進行燒制。對于少量樣品，這種方法具有可操作性，但是樣品較多時，翻松樣品工作量大，使得燒樣時間大大延長。

查閱相關資料表明，硫在400℃時就可以燒制完全，碳在600℃開始燃燒，在650℃條件下可將硫和碳完全去除，也可將汞等元素去除，同時樣品不處于燒結狀態。燒樣時間不固定，需觀察馬弗爐的冒煙狀況，至馬弗爐無冒煙情況為止。

以含硫量高的硫鐵礦作為實驗樣品，分別按上述2種方法燒制樣品：將樣品在500℃燒制0.5 h，將樣品取出并翻松，再放入馬弗爐中，將溫度升至800℃燒制1 h，然后測定；將樣品在650℃燒制無冒煙狀態為準，然后測定。

通過對比2組實驗結果，發現各樣品在500℃燒制0.5 h再升至800℃燒制與在650℃燒制無冒煙狀態下的測定值相差不大，數據的RSD值均較小，說明2組實驗的精密度較高，數據的重現性良好。因此，可以直接將樣品在650℃下燒制無冒煙狀態即可。

在500℃燒制0.5 h再升至800℃燒制1 h條件下實驗結果見表2。

表2 在500℃燒制0.5 h再升至800℃燒制1 h條件下實驗結果Table 2 Test results at 500℃for half an hour and then 800℃for one hour

在650℃燒至無冒煙條件下實驗結果見表3。

表3 在650℃燒至無冒煙條件下實驗結果Table 3 Test results at 650℃without smoke

續表

2.2 泡沫塑料吸附能力的影響條件

2.2.1 王水介質濃度的選擇

研究表明，最好的王水介質濃度為10%～20%，也就是說在溶解至體積為15～20 mL王水時需加水至25～100 mL，泡沫塑料在此酸度范圍內有較好的吸附率。但在長期實驗中發現，此范圍可進一步縮小至15%～20%，當＜15%時，泡沫塑料的吸附率并不穩定，特別是樣品中金的含量較大時，王水較小的酸度會影響到泡沫塑料的吸附率。

分別準確吸取Au標準溶液（100μg/mL）1 mL放入250 mL錐形瓶中，加入不同量的王水，使得王水的濃度在10%～20%。

100μg金在不同濃度王水下的回收率見表4。

表4 100μg金在不同濃度王水下的回收率Table 4 Recovery rate of 100μg gold under different concentrations of aqua regia

由表4可得，當金含量較低時，王水濃度變化對金回收率影響較小。

分別準確吸取Au標準溶液（100μg/mL）6 mL放入250 mL錐形瓶中，加入不同量的王水，使得王水的濃度在10%～20%。

600μg金在不同濃度王水下的回收率見表5。

表5 600μg金在不同濃度王水下的回收率Table 5 Recoveries of 600μg gold under different concentrations of aqua regia

由表5可得，當金含量較高時，王水濃度在15%～20%時，金回收率較高且較穩定。分別準確吸取Au標準溶液（100μg/mL）8 mL放入250 mL錐形瓶中，加入不同量的王水，使得王水的濃度在10%～20%。

800μg金在不同濃度王水下的回收率見表6。由表6可得，當金含量高時，王水濃度在15%～20%時，金回收率較高且較穩定。

表6 800μg金在不同濃度王水下的回收率Table 6 Recovery rate of 800μg gold under different concentrations of aqua regia

2.2.2 放入泡沫塑料時溫度的影響

泡沫塑料對金的吸附原理主要體現在2個方面：①從化學性質來看，泡沫塑料為聚氨酯，金對氨酯類、樹脂類等高分子化合物產生較強的吸附能力；②從物理性質來看，泡沫塑料交鏈度大，且為均勻體，吸附力較強，能在液膜電位上產生很好的吸附和交換。因此，泡沫塑料的體外表與化學性質兩者結合共同造成對金離子的吸附。在實驗中發現當溶解樣品剛結束時，溫度高，此時放入泡沫塑料經過1 h的振蕩，在溫度較高的環境下，泡沫塑料體外表的孔隙發生變化，對其本身的均勻性有所破壞，進一步影響了吸附率。同時，在解析金之后，實驗明顯看到溶液呈黃色，也說明泡沫塑料發生一定的變化。

以下實驗為：剛溶解結束溫度較高時，在15%王水濃度下，泡沫塑料對金的吸附率；放置0.5 h之后，在15%王水濃度下，泡沫塑料對金的吸附率；放置1.5 h之后，在15%王水濃度下，泡沫塑料對金的吸附率。從結果可以看出，放置一段時間后，泡沫塑料對金的吸附率較高，與真值誤差較小，準確度高，而溫度較高時，放入泡沫塑料的吸附率較低，與真值誤差較大，準確度低。放置0 h泡沫塑料對金的吸附率見表7。

表7 放置0 h泡沫塑料對金的吸附率Table 7 Adsorption rate of foam plastic to gold after 0 h

放置0.5 h泡沫塑料對金的吸附率見表8。

表8 放置0.5 h泡沫塑料對金的吸附率Table 8 Adsorption rate of foam plastic to gold after 0.5 h storage

放置1.5 h泡沫塑料對金的吸附率見表9。

表9 放置1.5 h泡沫塑料對金的吸附率Table 9 Adsorption rate of foam plastic to gold after 1.5 h

2.2.3 硫脲溶液解析金相關探討

在硫脲解析金過程中，解析金時，最后將泡沫塑料取出時，需趁熱取出，否則泡沫塑料將會再次吸附金，造成實驗結果偏低。但在實驗中發現，金即使在冷涼的狀態下，泡沫塑料也難將溶液中的金再次吸附。硫脲溶液解析金的原理：在酸性稀硫脲溶液中，金被氧化，并與硫脲絡合生成陽離子，絡合物進入溶液中，也就是說硫脲的氧化能力要大于泡沫塑料對金的吸附能力。查閱相關資料可知，硫脲在堿性溶液中極不穩定，易分解成硫化物和氨基氰，但在酸性介質中很穩定，而且被硫脲氧化絡合后的產物在酸性介質中也相當穩定。同時，泡沫塑料在有機合成時，在產生中間體時，也有硫脲甲酸脂及縮硫脲的產物發生，當硫脲遇到泡沫塑料時，由于溶液中有過量脲基團的存在，可使泡沫塑料對金的吸附能力有極大的減弱，所以從理論上推導：用硫脲解析金之后，并不需要趁熱取出泡沫塑料，也就是冷涼之后不會產生泡沫塑料回吸金的現象。

開展相關實驗進一步驗證，分別準確吸取Au標準溶液（100μg/mL），放入250 mL錐形瓶中，保持王水濃度為15%。在振蕩1 h后，洗凈泡沫塑料，放入25 mL比色管中，接著放入1.7%的硫脲，在水浴中加熱40 min后取下，分別將泡沫塑料立即取出、冷涼3 h后取出、冷涼6 h后取出，測定相關數據。從結果可以看出，3組實驗數據誤差均較小，準確度較高，說明在解析金之后，泡沫塑料不需要趁熱取出，可冷涼后取出。

趁熱直接取出泡沫塑料條件下金的吸附率見表10。

表10 趁熱直接取出泡沫塑料條件下金的吸附率Table 10 Adsorption rate of gold under the condition of taking out foam plastic directly while hot

冷涼3 h后取出泡沫塑料條件下金的吸附率見 表11。

表11 冷涼3 h后取出泡沫塑料條件下金的吸附率Table 11 Adsorption rate of gold under the condition of taking out foam plastic after cooling for 3 h

冷涼6 h后取出泡沫塑料條件下金的吸附率見 表12。

表12 冷涼6 h后取出泡沫塑料條件下金的吸附率Table 12 Adsorption rate of gold when foam plastic is taken out after 6 h of cooling

2.2.4 高含量金相關實驗條件探討

對高含量金，尤其金的含量＞5 g/t的樣品，在溶解金之后，需要將溶解后的溶液轉移至250 mL容量瓶中，定容至250 mL，搖勻再分取50至250 mL錐形瓶中，加入10 mL1∶1王水，再放入泡沫塑料進行振蕩。其中，定容至250 mL搖勻后，對分取50 mL溶液有不同的看法，一種看法認為，搖勻后需立即分取，在渾濁狀態下進行分取50 mL，另一種看法認為，需要在搖勻后，將溶液放置澄清，在澄清的狀態下取清液50 mL。

對此進行相關的實驗研究，分2組實驗：第1組將標準物質YTAuⅢ-7、GAu-18b、GAu-22a各稱取5份，每份10.0 g，在馬弗爐中以650℃燒制2 h，再用50 mL1∶1王水溶解后，轉移至250 mL容量瓶中，定容搖勻后，立即分取50～250 mL錐形瓶，加入10 mL1∶1王水，加水調節酸度至15%，加入泡沫塑料振蕩2小時，然后洗出泡沫塑料，用硫脲進行解析金，上機測定；第2組重復上述操作，其中在定容搖勻后，放置澄清，取上層清液50～250 mL錐形瓶中，繼續第1組的后續操作。2組實驗結果如下，通過對比可知，第2組放置澄清的實驗數據準確度、精密度較第1組較高，推測是由于樣品經王水溶解后，金以離子狀態存在于溶液中，放置澄清后，消除了底部泥沙狀固體物質的干擾。

第1組實驗結果見表13。

表13 第1組實驗結果Table 13 Results of the first group of experiments

第2組實驗結果見表14。

表14 第2組實驗結果Table 14 Results of the second group of experiments

3 結 論

（1）對含硫碳含量高的地質巖石樣品可直接在650℃的馬弗爐中燒至無煙冒出即可，省去更高溫度下對樣品的翻松的工作，也節省了時間。

（2）對王水介質濃度范圍做了更精確的認定，經過實驗得出，王水濃度在15%～20%使得樣品中的金無論在高含量還是低含量都可以有較高的吸附率。

（3）經王水溶解后的金必須在冷涼的狀態下才可放入泡沫塑料進行振蕩吸附，否則將會使得泡沫塑料在較高溫度環境下出現一定物理性質的改變，影響吸附率。

（4）解析金之后不存在一定要將泡沫塑料趁熱取出，即使在冷涼多小時后將泡沫塑料取出也不影響金的吸附率。

（5）對于高含量的金由于含量較高需要分取測定，在分取溶液時最好在澄清狀態下分取，使得結果的準確度更高。