金礦地質(zhì)樣品分析中綠色化學(xué)法的應(yīng)用

王雪

摘 要：化學(xué)污染是金礦地質(zhì)研究工作中所面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。如何運(yùn)用綠色化學(xué)方法，使金礦地質(zhì)樣品的分析更加簡(jiǎn)便、綠色且成本低廉成為國(guó)內(nèi)外同行們需共同努力的方向。本研究就原子吸收光譜法（AAS）與電感耦合法（ICP-AES）相結(jié)合的綠色化學(xué)法在金礦地質(zhì)樣品分析中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，以期能為業(yè)內(nèi)提供新思路與參考。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)法；金礦地質(zhì)樣品；原子吸收光譜法；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

中圖分類號(hào)：TQ09 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

化學(xué)物質(zhì)一直是引起環(huán)境污染的重要隱患之一，其可占到環(huán)境總污染的80%～90%。如何有效解決這一迫切問題成為科學(xué)界所關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的溶樣技術(shù)存在分析周期冗長(zhǎng)、成本高且污染嚴(yán)重等諸多弊病。而伴隨著科技進(jìn)步，有學(xué)者針對(duì)這一問題提出“綠色化學(xué)”理念，即“將化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程變得更為綠色化”，以起到節(jié)約資源、優(yōu)化反應(yīng)物利用率且最大限度地做到不對(duì)環(huán)境造成影響等優(yōu)勢(shì)作用。本研究以將操作便捷、成本節(jié)約且安全性高的綠色化學(xué)（如封閉溶礦、高溫熔礦、原子吸收光譜法（AAS）與電感耦合法（ICP-AES）相結(jié)合）應(yīng)用于金礦地質(zhì)樣本的實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行論述，以期能為業(yè)內(nèi)提供新思路與參考。

1 實(shí)驗(yàn)資料與方法

1.1 儀器與實(shí)驗(yàn)試劑

本實(shí)驗(yàn)采用的儀器：原子吸收分光光度計(jì)（AAS）；電感耦合等離子體光譜儀（用于ICP-AES）；溶樣器為封閉式（材料為聚丙烯，可耐高溫，帶蓋）。

試劑選取：Na2O2、HCl、HNO3、KOH與KClO3等分析純。實(shí)驗(yàn)泡沫塑料選取0.15g與0.25g兩種規(guī)格，以KOH溶液（5+95）浸泡6h后洗凈浸水以備用。

1.2 方法

1.2.1 Au測(cè)定：對(duì)選取的地質(zhì)礦石化學(xué)樣品進(jìn)行分析，取10g置于坩堝中，升溫至400℃燒制30min，后升溫至660℃持續(xù)燒制1h后放置冷卻備用。將坩堝中樣品轉(zhuǎn)移至溶樣器中，加入試劑（以2g KClO3+0.5gNH4HF2配制）搖勻，蒸餾水潤(rùn)濕并搖散。王水試劑（1+1）30mL，加熱并保溫（于密閉環(huán)境中進(jìn)行，10min加熱，20min保溫）后取出，待其冷卻之后，加蒸餾水至120mL，取泡沫塑料（0.25g規(guī)格）加入振蕩30min，取出泡沫用水沖洗一分鐘，擰出水，放入預(yù)先盛有10mL硫脲（1%）的試管中，水浴30min后取出泡沫塑料并冷卻至室溫方可進(jìn)行AAS的測(cè)定。

1.2.2 化探樣本Au測(cè)定：取樣本10g置于坩堝中，于高溫爐中逐漸由低溫升至660℃，并保溫1h，取出冷卻。后取該試樣于溶樣器中并加水濕潤(rùn)，加入實(shí)驗(yàn)試劑（預(yù)配制，含王水及FeCl3·6H2O），搖散，加蓋密閉水浴加熱10min，保溫20min后冷卻。放入0.15g規(guī)格泡沫塑料振蕩30min后取出泡沫用水沖洗一分鐘，擰出水，放入預(yù)先盛有10mL硫脲（1%）的試管中，水浴30min后取出泡沫塑料并冷卻至室溫用ICP-AES法進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.3 主量元素測(cè)定：取樣本0.1g（粒徑須<0.074mm，已經(jīng)經(jīng)過(guò)干燥預(yù)處理）置于鎳坩堝中，加Na2O2（0.6g）與KOH（0.5g）混合之后，放入馬弗爐進(jìn)行熔融處理（以≤400℃的低溫放入為宜，后升至680℃），共計(jì)10min，待其冷卻后備用。取樣本轉(zhuǎn)入塑料燒杯，熔融體提取后以HCl酸化并定容保存。定溶液采用ICP-AES法對(duì)其主量元素進(jìn)行測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)分析

傳統(tǒng)檢測(cè)礦石的實(shí)驗(yàn)方法中，首先要進(jìn)行的是氧化除硫，此過(guò)程所產(chǎn)生的如HCl與H2S等廢氣會(huì)對(duì)我們的環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)人體健康亦會(huì)構(gòu)成威脅。而采用新的綠色化學(xué)方法時(shí)，在對(duì)礦石樣本的元素檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中，雖然同樣需要經(jīng)過(guò)氧化除硫的步驟，但其反應(yīng)是在密閉條件下的高壓狀態(tài)中進(jìn)行的，既避免了王水在反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)濺射與干涸，又可使溶礦更為充分，可謂操作便捷且效率高，具備“綠色化學(xué)”經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，值得推廣。

在綠色化學(xué)法中，硫脲的作用于用量均不同于以往。通常，作為酸性介質(zhì)的硫脲與常見的離子均可以進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的產(chǎn)物，如10mL的硫脲（質(zhì)量濃度為5%）可以絡(luò)合<7mg的Ag，而若采用敞口王水樣本分解法，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于特高品位的含Ag樣本，僅可采取通過(guò)增加HCl濃度這一手段，方能確保樣本中Ag被完全轉(zhuǎn)化成[AgCl2]-，部分樣品甚至需要用到質(zhì)量>40%的HCl。

對(duì)于Au的樣本測(cè)定，當(dāng)硫脲溶液濃度≥15g/L時(shí)將會(huì)產(chǎn)生大量的S單質(zhì)，出現(xiàn)堵塞儀器的現(xiàn)象，故為了實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性及避免對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，推薦選用10g/L的硫脲作為介質(zhì)，且Au的測(cè)定時(shí)間延長(zhǎng)（可至積分3s）。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中Na2O2與KOH匹配使用的問題，以往研究中我們多僅單獨(dú)采用Na2O2，但在樣本熔融狀態(tài)下，該物質(zhì)存在流動(dòng)性差，樣本提取必須用沸水等問題。而采用KOH，則因其具有揮發(fā)性優(yōu)，熔融狀態(tài)下流動(dòng)性優(yōu)良且僅使用溫水就可以提取熔融體等多方面優(yōu)點(diǎn)。故本研究中我們綜合上述二者各自的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了流程。二者配合使用可同時(shí)確保樣本分散效果，又可抵消Na與K造成基體干擾的可能，從而使整個(gè)實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)王水分解法用于金礦地質(zhì)樣品的分析時(shí)，存在諸多的弊端，如試劑（特別是酸）利用率不高、實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)過(guò)程難以準(zhǔn)確掌控等，甚至對(duì)環(huán)境極易造成污染。符合“綠色化學(xué)”理念的封閉式溶礦法就可以有效的解決上述問題，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過(guò)程中僅有少許NO2釋放。對(duì)于AAS法與ICP-AES法的聯(lián)合應(yīng)用，則可極大地縮短樣本分析所需的周期，同時(shí)還能夠獲得具有更高準(zhǔn)確度的分析研究成果。

需要提到一點(diǎn)，在采用堿溶體系以對(duì)礦石中主量的元素進(jìn)行測(cè)定時(shí)，因可能存在成分復(fù)雜的富石墨或富硫化物樣本，針對(duì)此類情況可酌情增加Na2O2的比例，或者采取提前焙燒樣本的方法，以避免待測(cè)組分的分解不能完全的情況出現(xiàn)。研究人員若選擇該分解體系來(lái)對(duì)礦石當(dāng)中的金屬元素進(jìn)行檢測(cè)，建議保證其工作曲線基本匹配，以確保其實(shí)驗(yàn)溶液中的硅酸不會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的測(cè)定準(zhǔn)確性。

伴隨綠色理念的推廣，選擇成本低廉、易操作且溶（熔）礦效果佳，同時(shí)又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成惡劣影響的“綠色化學(xué)”檢測(cè)方法尤為必要。NH4HF2-HNO3-HCl-（KClO3）與Na2O2-KOH是目前業(yè)內(nèi)普遍較為推薦的兩類體系，其具備可根據(jù)樣本特點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)分析所需要求，僅需簡(jiǎn)單對(duì)樣本進(jìn)行兩次的處理，又不需要介質(zhì)的轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)。即使對(duì)金礦地質(zhì)樣本中18類主量與有價(jià)元素共同測(cè)定亦可輕松完成。完美解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法操作煩瑣，要根據(jù)實(shí)際情況提出諸多處理預(yù)案的不足。

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