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锰矿石中铝、铜、锌、铅、砷、镉等杂质的测定方法

日期：2010-12-23 浏览：2069 评论：0

锰矿石是钢铁工业和化学工业不可缺少的原料之一，准确、快速地测定锰矿中杂质元素的含量，对工艺参数的控制、产品的质量和技术经济指标都起着至关重要的作用。在测定锰矿杂质的国际、国家标准方法中，铝、铜、铅、锌的测定主要采用原子吸收光谱法，砷采用分光光度法测定，铅、镉含量的测定尚无标准方法。由于元素含量的不同，经常需要二次稀释或更换方法，操作繁琐费时，且只能进行单元素测走。

电感耦合等离子体原子发射光谱法( ICP－AES)是一种已发展成熟的仪器分析方法，具有应用范围广，能对多种元素进行同时测定，速度快且动态范围宽，基体影响轻微，灵敏度高等优点，是一种适合锰矿中多元素分析的理想方法。采用

ICP－AES测定锰矿石中杂质元素锰、铁、钙、镁、铝、钛、磷已有报道。本文对锰矿中的铝、铜、锌、铅、砷、镉6种杂质元素的ICP－AES同时测定进行了研究，确定了最佳的溶样条件和仪器工作条件，建立了快速的测定方法，加标回收试验和对锰矿石标准样品的测定表明该法可适用于大批量锰矿的日常检验。

一、实验部分

（一）主要仪器及工作条件

2100DV等离子体原子发射光谱仪（美国Perkin Elmer公司），配AS93Plus自动进样器；纯水发生器（德国Sartorius公司）。

仪器采用轴向方式观测，具体操作工作条件见表1，仪器测定参数见表2。

表1 ICP－AES工作参数

表2 发射波长、背景校正、积分方式和每个峰点数

（二）主要试剂

铝、铜、锌、铅、砷、镉单元素标准储备溶液（国家钢铁材料测试中心）：1000 mg/L；混合标准系列溶液：使用各元素标准储备溶液配制成盐酸体积分数为10%、基体元素Mn含量为800mg/L、Fe含量为10mg/L的溶液；盐酸：φ＝37%；硝酸：φ＝65%；高氯酸：φ＝70%；氢氟酸：中＝35%。

实验用水均为18.2 MΩ·cm去离子水。

(三)实验方法

称取0.2g样品（精确至0.0001g）于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入15～20mLHCI(1+1)，盖上表面皿，于低温电热板上加热微沸至试样全部溶解，掀开表面皿，加入2mLHNO₃和2mLHF，加热蒸发至体积约10mL，再加入2mL高氯酸，继续加热至冒白烟，试样近干，取下冷却。加入10 mL HC1，并用少量水冲洗杯壁，加热溶解可溶盐，过滤，定容至100mL，摇匀，按照仪器工作条件进行ICP－AES的测定。

二、结果与讨论

（一）溶样方法的选择

地矿样品的处理一般有熔融法、氢氟酸分解法两类。使用熔融法会引入大量的盐类，必须用高倍稀释法来降低溶液的含盐量，从而造成检出限不佳，影响锰矿中低含量元素的测定。此外，熔剂中杂质含量也会增加待测元素的空白值。故在对锰矿的样品前处理方面，本文考虑混合酸溶样法。

溶解矿样的用酸一般为HCI、HN0₃、H₂0₂、HF、王水、H₂S0₄等，不同种类的酸进行矿样的溶解效果不同。以国家标准物质GBW07261为研究对象，比较了3种混合酸溶样方式，结果如表3所示。由表3可知，不加入HF的情况(1)下，Al的测定值偏低很多，若按ISO 5889－1983（E）财残渣进行碱熔融处理，可得到满意结果，可见残渣中Al的残留较大；在(2)和(3)溶样条件下加入HF有利于矿样溶解，且可挥发绝大部分硅。这两种方法均能得到满意的结果。考虑到与标准工作溶液更好地基体匹配，本文选择第(3)种溶解条件。

表3 锰矿溶样方法测定结果比较

（二）基体干扰

在ICP－AES法中基体效应是比较小的，但干扰仍然存在。保持试样溶液和标准溶液具有大致相同的基体是消除基体干扰的有效方法之一。锰矿石中主量元素为Mn、Fe和Si，由于样品前处理中进行了低温挥硅，所以待测元素不受硅的影响。锰矿石样品中的锰、铁含量因产地不同、矿种不同而存在一定的差异，但一般为w(Mn)＝30%～50%，w(Fe)＝2%～10%，溶液中这两个元素含量在这个范围内对待测元素的影响呈比较恒定的状态，本实验选择一个折中值，即在配制的标准系列溶液中加入基体元素为800mg/L[w(Mn)＝40%]和100mg/L[w(Fe)＝5%]进行基体匹配。

（三）方法的线性范围和检出限

采用空白溶液，4个混合标准溶液作校准曲线。连续测定12份加入基体的空白溶液，计算标准偏差，并以3倍标准偏差计算方法的检出限。表4结果表明，该方法的线性较好，各元素相关系数均大于0.9991，检出限为0.005～0.058 mg/L。

表4 校准曲线的线性、检出限和相对标准偏差

待测元素	检出限（mg/L）	浓度范围（mg/L）	相关系数	相对标准偏差（%）
Al	0.030	2～80	0.9999	0.6
Cu	0.010	0.1～20	0.9995	1.2
Zn	0.005	0.1～5	0.9991	1.1
Cd	0.007	0.1～1	0.9994	1.0
As	0.058	0.2～2	0.9998	2.0
Pb	0.050	0.1～20	0.9995	1.9

（四）方法的精密度和准确度

按照上述的样品前处理方法和仪器工作条件，对于同一锰矿样品连续进样测定12次，考察方法的重现性。表4和表5结果表明，6种待测元素的相对标准偏差(RSD，n＝12)为0.6%～2.0%；标准样品和实际样品的测定结果与认定值、其他方法的测定值相符合，均在国家标准允许差范围内。

三、样品分析

在锰矿标准物质(GBW 07261和GB W07262)中加入同浓度水平的被测元素，按实验方法进行溶样测定以验证方法的准确性，方法的回收率为86%～110%，见表5。

表5 标准样品的分析结果

样品	元素	测定值w/%		认定值w/%	加标回收率(%)
样品	元素	本法	其他方法	认定值w/%	加标回收率(%)
GBW07261	Al	1.19	1.16	105
	Cu	0.012	0.013	110
	Zn	0.028	0.027	90
	Cd	0.001	0.001	86
	As	0.013	0.010	101
	Pb	-	＜0.005	95
GBW07262	Al	1.59	1.59	97
	Cu	0.014	0.014	100
	Zn	0.029	0.029	87
	Cd	0.003	0.003	93
	As	0.008	0.008	107
	Pb	-	＜0.005	90
GBW07263	Al	4.52	4.52
	Cu	0.036	0.036
	Zn	0.064	0.064
	Cd	0.001	0.001
	As	0.014	0.016
	Pb	-	＜0.005

四、结语

建立了一种快速测定不同锰矿样品中杂质元素含量的分析方法。加入HC1低温溶解后，分步加入HNO₃和HF进一步消解矿样，最后以φ＝10%的HCI为溶解介质，在标准溶液中加入一定含量的Mn、Fe进行基体匹配，ICP－AES法测定其中的铝、铜、锌、铅、砷和镉。该方法所需试剂量小，克服了碱熔法所带来的背景干扰和操作繁琐等问题。方法具有操作简单、快速、灵敏度高等优点，能很好地满足大宗商品进出口检测需要。

标签： 锰矿石铝铜锌铅砷镉杂质测定方法

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