電感耦合等離子體原子發射光譜法同時測定鋁土礦中的鐵錳

盧燕平

（廣西冶金研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

0 引言

鋁土礦是指以主要礦物質三水鋁石、一水硬鋁石或者水軟鋁石所組成的礦石的統稱。其在工業生產上是能夠利用的，且其主要的應用領域包含金屬以及非金屬兩個方面。鋁土礦的主要成分是金屬鋁，其主要的應用領域也是對鋁的生產。在鋁土礦中除了具有其主要成分鋁之外，還具有其他的一些元素，如鐵和錳等。到目前為止，測定鋁土礦中元素的主要方法有分光光度法、火焰原子吸收法以及電感耦合等離子體發射光譜法等。但是，對于同時測定鋁土礦中元素的研究方法相對較少，而電感耦合等離子體發射光錯法是目前公認最強的元素分析技術，該技術能夠提供最低的檢出限以及最寬的動態線形范圍。在檢測時采用鹽酸、硝酸、氫氟酸以及高氯酸等溶解樣品，采用鋁的基本匹配，選擇儀器的最優條件、譜線選擇以及共存元素干擾和檢測酸度，建立電感耦合等離子體發射光譜法同時測定鋁土礦中的鐵和錳元素的方法，以期為以后鋁土礦中的元素的測定以及提取利用提供相應的參考，如圖1所示。

圖1 電感耦合等離子體原子發射光譜儀icp

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

此次試驗所需要的試驗儀器主要包括電感耦合等離子體發射光譜儀以及電子天平；試驗時用到的試劑主要有1mg/mL 的鐵、錳單元素標準儲備液、鹽酸、硝酸、氫氟酸以及高氯酸，其中鹽酸是利用1:1 的濃鹽酸與水混合而成，以備使用，除此之外，還需要一定純度的鋁土礦，在試驗中所用的水均為二次蒸餾水。需要特別注意的是，由于試驗過程中所需要的部分試劑具有一定的危險性，在試驗過程中必須合理使用，并且在試驗完成后應當存放于規定位置，避免引發試驗事故。

1.2 儀器的工作條件

利用電感耦合等離子體原子發射光譜法對鋁土礦中的鐵和錳同時進行測定時，氬氣的純度大于99.99%，此時儀器的相關工作參數見表1。

表1 測定儀器相關工作參數

1.3 試驗方法

精確稱量0.1g 的鋁土礦，并將其放置在聚四氟乙烯坩堝中，再加入少量的蒸餾水，接下來依次加入9.0mL 的鹽酸和3.0mL的硝酸，搖勻后加入8.0mL 的氫氟酸以及3.0mL 的高氯酸，在混合均勻后蓋上玻璃皿，并將其放置在150~200℃的電熱板上加熱，直至冒白煙并且樣品呈現濕鹽狀態，取消儀器進行冷卻并吹洗少量的水，再加入1:1 的鹽酸溶液，對其重新加熱至微沸，使儀器中的樣品完全溶解，冷卻以后用水定容于100mL 的容量瓶中，搖勻待測，同時要做空白樣。

1.4 標準曲線的配置

由于鋁土礦中的成分比較復雜，在借助光感耦合等離子體原子發射光譜法測定鋁土礦中的鐵、錳元素含量時應當最大限度排除其余元素對試驗的干擾，確保試驗結果的準確性和可靠度。除此之外，在試驗過程中對鋁土礦中鐵和錳進行測定時一定要保證待測樣品以及所配置標準溶液溶液符合相關的要求。需要特別指出的是，在進行試驗的過程中需要在標準溶液中加入一定量的鋁元素，以達到與鋁基體進行結合。如此一來，除鋁基體效應之外在其他共存離子之間就幾乎不會產生明顯的干擾，從而大大提升了試驗的精確度，如圖2所示。

圖2 錳的工作曲線

稱取一定量的鋁土礦，并將其置于特殊材料制成的坩堝中，然后按照前文中所敘述的試驗方法對鋁土礦進行一系列的處理，最后將冷卻后的溶液轉移到100mL 的容量瓶中，以備用。然后向該容量瓶中加入相應的單元素標準溶液，其中配制而成的混合標準溶液的濃度見表2。

表2 標準溶液中鐵、錳元素的待測質量濃度 單位：μg/mL

2 結果與討論

2.1 容樣方法的選擇

分別采用鹽酸、王水以及混合酸溶解樣品，對三種容樣方法進行比對。根據試驗結果顯示：鹽酸不能使樣品完全溶解，并且還具有殘渣以及溶液渾濁現象；利用王水溶解樣品時會出現樣品爬壁的現象，并且樣品也不能完全溶解；利用混合酸對樣品進行溶解時，樣品能夠快速完全的溶解，也就說明能夠實現多元素的同時測定，因此，選擇混合酸溶解法對樣品進行處理。

2.2 分析譜線的選擇

對各元素的分析線波長進行選擇時，應當盡可能排除光譜的干擾，盡量選擇一些線形范圍相對較寬且線形好、干擾譜峰小并且穩定性較高的譜線，同時要考慮鋁基體對測定結果的影響。具體的譜線選擇見表3。

表3 分析譜線的選擇

2.3 檢出限和測定下線

對空白溶液測定11 次，檢出限為測定結果標準偏差的3 倍，測定下限為標準偏差的10 倍。試驗的結果見表4。

表4 測定方法的檢出限和測定下限

2.4 其他元素的干擾試驗

在鋁土礦中鐵的質量分數相對較高，其他元素的質量分數均低于2%。將Fe 標準溶液加入到50mL 的容量瓶中，并將其質量濃度調整為500μg/mL，將此作為干擾試驗，再向其中加入錳的標準溶液，將其質量濃度調整為1.00μg/mL。由測定結果可以表明鐵元素與其他的共存離子不會存在明顯的干擾，在一定的誤差范圍內可以不考慮其基體效應的影響。

2.5 溶液酸度對測定結果的影響

樣品的酸度會對待測元素的譜線強度產生一定的影響；同時，酸度過高也會對儀器造成一定程度的損壞。利用混合酸對樣品進行溶解，最后在鹽酸環境下對樣品進行檢測。準備4 個100mL 的容量瓶，向每一個容量瓶中加入鐵和錳單標溶液各0.10mL，然后依次向每個容量瓶中加入鹽酸4.0mL、10.0mL、20.0mL、30.0mL，并且用水定容，即鐵和錳元素的質量濃度均為1.00μg/mL，鹽酸的體積分數分別為2%、5%、10%以及15%，用水定容待測液，其測定的結果見表5。

表5 溶液酸度對測定結果的影響

2.6 方法精密度和回收率

在進行方法精密度的測量時我們借助精密儀器稱取兩份0.1000g 的再生鋁材料標準樣品，然后依據相關的試驗方法對其進行溶解，其中對于未加標的樣品共需測量11 次，而在另一份樣品中需要加入鎂、銅、鉻、鎳、鐵、錳等標準溶液，從而獲得相應的加標回收試驗結果。通過試驗結果分析后得出，銅、鎂、鉻、鎳、鐵、錳等溶液測定結果的相對標準差均在0.49%~3.47%范圍之內，并且其回收率在96.4%~104.25%之間，這就說明采用的方法精密度和回收率是符合相關要求的，即可以滿足對于再生鋁材料中的各種雜質材料的檢測要求。

3 結語

綜上所述，在本文中我們以電感耦合等離子體原子發射光譜法對鋁土礦中的鐵、錳元素進行了測定。在試驗中我們基于相對精確和可靠的試驗儀器得出了以下試驗數據：其中對于鐵、錳元素測定誤差范圍為-2.493%~5.426%，并且測定的相對票準偏差小于5%，這一試驗數據表明了實際的樣品驗證結果與推薦值基本保持一致，并且所使用的方法準確度和精密度也合乎進行鋁土礦產試驗測試質量管理的相關要求。由此可見，利用電感耦合等離子體原子發射光譜法對鋁土礦中的鐵、錳元素進行測定不僅測量結果準確，并且大大提高對于礦產資源中各金屬元素的測定效率，因此這一方法可以在實際的工程應用中進行大面積的普及和應用。盡管借助電感耦合等離子體原子發射光譜法對礦產資源中的金屬元素進行測定時仍然存在一些問題和不足，諸如操作步驟過于煩瑣等，但這一測定方法在現階段仍然是公認度最高、效果最為顯著的方法，因此這一測定方法的普及和應用對于我國的地質礦產測定具有重要的現實意義。