微波消解—氟硅酸鉀滴定法測(cè)定鋁硅酸鹽礦物的微量元素

徐 芳

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局張掖礦產(chǎn)勘查院，甘肅 張掖 734000）

鋁硅酸鹽礦物是一種經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間沉積沉淀的復(fù)合礦物質(zhì)，例如柱狀長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石等。它其實(shí)是由于在火山的運(yùn)動(dòng)過程中，硅酸鹽礦物附近逐漸形成了鋁元素，隨著地殼的不斷運(yùn)動(dòng)，鋁元素漸漸地取代了硅酸鹽礦物中的硅元素，進(jìn)而以形似的方式置換了硅酸，最后形成鋁硅酸鹽礦物。這種礦物質(zhì)在風(fēng)化作用的催化下是非常堅(jiān)硬的。對(duì)于這些原生礦物，他們一般形成的時(shí)間都較長(zhǎng)，并且是由于陸地表面溫度、濕度、壓力等因素的不同而逐漸形成的，他們可能會(huì)形成單體的礦物，也有可能在土壤分解的作用下再次分解，重新合成新的次生礦物。本文會(huì)在微波的作用下，首先對(duì)鋁硅酸鹽礦物進(jìn)行分解，將樣品經(jīng)過氫氧化鉀的沉淀，再進(jìn)行二次分解，其中的樣品分解完全，并且樣品中含有的其他元素不會(huì)造成很大影響[1]。再通過氟硅酸鉀滴定法對(duì)鋁硅酸鹽礦物中的元素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析，以致最后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)的原理

本次實(shí)驗(yàn)主要是采用氟硅酸鉀滴定法對(duì)鋁硅酸鹽礦物中的微量元素進(jìn)行了分離、消化測(cè)定。先將氟硅酸鉀溶液充分溶解之后，在玻璃瓶中加入中性水，將氟硅酸鉀溶液和乙醇溶液進(jìn)行再混合，混合之后對(duì)此進(jìn)行振蕩、交叉攪拌的操作過程[2]再將鋁硅酸礦物進(jìn)行兩次細(xì)致的分解，直至分解至砂礫狀，再將實(shí)驗(yàn)用的分解離子的水倒入此時(shí)砂礫狀態(tài)的鋁硅酸鹽，使其進(jìn)一步進(jìn)行分解、沉淀。最后，經(jīng)過濾洗滌游離酸，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定溶解后游離出的氫氟酸硅錳，再利用微波設(shè)備對(duì)已經(jīng)沉積之后的鋁硅酸鹽礦物進(jìn)行消解，最后得出礦物中的微量元素。

1.2 實(shí)驗(yàn)的試劑以及設(shè)備

氫氧化鈉(液體，60g/L)；乙醇（5g）；鋁硅鹽酸礦物樣本（固體，10g）；氫氧化鉀(固體)；氟硅酸鉀溶液(液體，200g/L)；乙醇(10g/L，Sg氯化鉀溶于100mL 1+1乙醇中)；氯化鉀(固體，45g/L)；硅酸溶液(120g/L)；氯化鉀溶液（將4.5g氯化鉀溶液與乙醇相混合，將其均勻搖晃2分鐘，放置于玻璃瓶中保存）；在145℃的高溫中，將準(zhǔn)備的一半的固體氫氧化鈉進(jìn)行烘干，冷卻之后，滴入氯化鉀乙醇混合溶液至深紅色；中性水；實(shí)驗(yàn)用的去離子水；微波消解設(shè)備；實(shí)驗(yàn)用的電子秤；濾紙；電子天平。

1.3 實(shí)驗(yàn)的方法

首先，將固體氫氧化鉀用無二氧化碳的實(shí)驗(yàn)水進(jìn)行分解，放在一旁靜置2分鐘，使其進(jìn)行充分溶解，之后再利用玻璃試管取40g的氫氧化鈉溶液和120g的氟硅酸鉀溶液，將兩種溶液分別進(jìn)行115℃、長(zhǎng)約10分鐘的高溫加熱，加熱后放置一旁密封住，靜置待用。再將剩余的20g氫氧化鈉和80g氟硅酸鉀溶液混合，但不可以直接混合。要先將實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備好的中性水分別滴入在兩個(gè)溶液之中，每種溶液滴入3滴，然后將溶液進(jìn)行密封震蕩，大約震蕩至3分鐘之后，在對(duì)其進(jìn)行輕微的搖晃，將試劑搖勻，使其充分與中性水進(jìn)行混合。

接下來對(duì)樣本進(jìn)行取樣，先使用電子秤稱取6g的礦物樣本置于硅酸溶液中，對(duì)其進(jìn)行初次的分解，置于溶液中靜置即可，分解時(shí)間大概在10分鐘左右。當(dāng)進(jìn)行首次分解之后，此時(shí)的鋁硅鹽酸礦物會(huì)呈現(xiàn)出較為松散的狀態(tài)，我們可以將礦物質(zhì)先取出來，擦拭干凈表面的硅酸溶液，再將其放置在無二氧化碳的水中進(jìn)行簡(jiǎn)單的清洗，盡可能地去除掉殘留的硅酸溶液，之后取出靜置備用。將氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液全部取出，先密封進(jìn)行120℃的高溫加熱，加熱大概3分鐘左右，將其冷卻至室溫。之后將清洗好的鋁硅煙酸礦物樣本取出，置入氯化鈉溶液之中，密封進(jìn)行繼續(xù)加熱，本次加熱時(shí)間要稍微久一些，大致需要10分鐘左右。在加熱至中途的時(shí)候，要將樣本以及溶液取下?lián)u動(dòng)一次，必要時(shí)可以進(jìn)行輕微的攪拌，因?yàn)榭偸菍?duì)同一處進(jìn)行加熱，鋁硅鹽酸礦物樣本會(huì)出現(xiàn)加熱不均勻的現(xiàn)象出現(xiàn)，會(huì)使之后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生偏差。

加熱完成之后，等待試液冷卻至室溫時(shí)，將準(zhǔn)備好的5 g乙醇液體倒入試液中，并在倒入之后進(jìn)行不斷攪拌，直至溶液飽和。接下來，將樣本礦物取出，可以觀察到，此時(shí)的樣本已經(jīng)基本分解成砂礫狀的礦物質(zhì)了，且與實(shí)驗(yàn)之前不同的是，經(jīng)過分解作用之后的礦物樣本不再像以前那樣堅(jiān)硬，而是呈疏松的狀態(tài)。經(jīng)過了兩次對(duì)鋁硅酸鹽礦物樣本的化學(xué)分解之后，接下來，我們可以對(duì)其進(jìn)行微波分解了。先將樣本進(jìn)行烘干操作，使其消除表面殘留的實(shí)驗(yàn)試液，之后將樣本放入微波儀器上。一共要進(jìn)行三次微波消解，前兩次是在二次分解之后進(jìn)行操作，最后一次是在進(jìn)行氟硅酸鉀滴定法之后進(jìn)行的。我們先進(jìn)行第一次的微波消解，每次需要8分鐘時(shí)間。但是每次在4分鐘左右時(shí)要先暫停一會(huì)，將樣本取出，在樣本表面覆涂一層硅酸溶液，大概2 g左右的量，隨后待到溶液干了之后，再將樣本放入微波儀器上繼續(xù)進(jìn)行分解，重復(fù)這樣的操作過程兩次，就可以完成對(duì)樣本礦物的微波消解了，他們的堅(jiān)硬程度也會(huì)隨著微波消解而不斷變化著。如圖1所示：

圖1 鋁硅酸鹽礦物樣本堅(jiān)硬層度變化圖

最后利用氟硅酸鉀滴定法對(duì)鋁硅鹽酸礦物中的微量元素進(jìn)行測(cè)定。首先將之前混合的綠色溶液和紅色溶液進(jìn)行再混合，混合之后進(jìn)行靜置沉淀。處理好之后，要利用濾紙對(duì)溶液進(jìn)行過濾，經(jīng)過混合、過濾之后的試液應(yīng)該呈紫黑色，此時(shí)，將溶液進(jìn)行再次加熱，待加熱到100℃時(shí)，將鋁硅鹽酸礦物分解至之后的樣本放置在溶液中，繼續(xù)加熱5分鐘。停止加熱，等待冷卻至室溫。在冷卻至室溫之后，重復(fù)之前的微波消解再操作一次，之后取出樣品，此時(shí)我們便可以看到鋁硅鹽酸礦物中完全分解出來的微量元素硅錳。我們可以利用以下公式來計(jì)硅錳元素的含量。

式中：a為硅錳元素的含量，C為氟硅酸鉀溶液的濃度；e為滴定消耗氫化鉀、乙醇、硅酸溶液混合之后溶液的體積，0.042則為摩爾質(zhì)量的一半，m為鋁硅鹽酸礦物樣本的質(zhì)量。

1.4 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

此次試驗(yàn)是利用氟硅酸鉀滴定法，對(duì)鋁硅酸鹽礦物的微量元素進(jìn)行測(cè)定。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，鋁硅鹽酸礦物中含有的微量元素是硅錳。硅錳也是一種很稀少的元素，外表呈棕褐色，呈砂礫狀，堅(jiān)硬。一般情況，硅錳常被制造成硅錳合金，在煉鋼鐵的時(shí)候，會(huì)用到這種合金，同時(shí)，這種硅錳合金也是脫氧劑的一種。其實(shí)，這種硅錳元素通常需要進(jìn)行多次分解，由于它們太過于堅(jiān)硬，所以一次分解根本不能完全將它的樣本進(jìn)行松散處理，一般兩到三次的分解處理為最佳。硅錳元素是主要以硅的含量為主，它的含量相對(duì)較少，并不容易與樣本進(jìn)行分解和脫離，所以在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們將使用硅酸溶液對(duì)鋁硅鹽酸礦物進(jìn)行浸泡。因?yàn)楣韬枯^多的硅錳元素，如果遇到硅酸，它會(huì)率先進(jìn)行分離，而且在使用硅酸溶液對(duì)樣本進(jìn)行浸泡之前，我們還用實(shí)驗(yàn)專用的去離子水先將樣本浸泡了一段時(shí)間，這個(gè)過程就會(huì)使樣本中的硅錳更容易和樣本本體發(fā)生分離，使我們更容易得到硅錳；但如果使用錳酸溶液進(jìn)行浸泡，那結(jié)果將截然相反，因?yàn)殄i相對(duì)質(zhì)量較大，所以當(dāng)遇到錳元素的酸性溶液時(shí)，樣本會(huì)發(fā)生一定的沉積現(xiàn)象，沉積就代表不易分離，所以這不利于我們分解出硅錳元素，也對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大的影響，會(huì)造成極大的偏差。

2 結(jié)語

本文主要是對(duì)鋁硅鹽酸礦物中的元素進(jìn)行探究與檢測(cè)。鋁硅酸鹽礦物一般分布在西北地區(qū)，它的形成條件大致為氣溫較高、降雨少，氣候較為干燥，晝夜溫差較大，且常年為有風(fēng)天氣，且風(fēng)力較大。因?yàn)殇X硅鹽酸礦物是在風(fēng)力的作用下形成的，所以西北地區(qū)的此種礦物分布較為廣泛，且分布量大。對(duì)于鋁硅鹽酸礦物中硅錳元素的提取也是本次試驗(yàn)一項(xiàng)很重要的發(fā)現(xiàn)，硅錳元素并不常見，且對(duì)形成條件的要求也是極高的，此次實(shí)驗(yàn)論證了硅錳元素是可以在鋁硅鹽酸礦物中提取，這也就說明，這種元素在西北地區(qū)的分布較為廣泛。而此次在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，我們首先對(duì)硅錳在礦物中的含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，數(shù)據(jù)時(shí)相對(duì)穩(wěn)定，之后通過硅酸鉀的滴定法對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定之后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較小，且數(shù)據(jù)誤差也在可以控制的范圍之內(nèi)，所以證明該方法可行可靠。