泡沫塑料富集-火焰原子吸收光譜法測(cè)定金礦石中金

王小強(qiáng) 趙亞男 梁 倩* 張麗曼 張 會(huì) 顏蕙園 余文麗

(1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦工程技術(shù)研究中心，鄭州 450052；3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450000)

金礦石中金的測(cè)定方法有火試金重量法、氫醌容量法、分光光度法、原子吸收光譜法和質(zhì)譜法等[1-6]，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，比如國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20899.1—2019《金礦石化學(xué)分析方法》第1部分：金量的測(cè)定，采用的是火試金重量法和火試金富集-原子吸收光譜法，該法一般在仲裁分析時(shí)采用，而且由于火試金的過程十分繁瑣，稱樣量較多，一般要求40～100 g，并且在灰吹過程中產(chǎn)生的鉛對(duì)人體十分有害，不符合現(xiàn)代環(huán)境保護(hù)要求[7-8]。近年來，泡沫塑料吸附硫脲洗脫-火焰原子吸收法測(cè)定金礦石中金，因操作過程簡單、分析速度快而被地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室廣泛運(yùn)用[9-10]。然而，鑒于金礦樣品中金分布極不均勻，無論用什么方法測(cè)定，分離富集步驟都是金測(cè)定方法的重要環(huán)節(jié)，本方法提高了泡沫塑料對(duì)金元素的吸附率，金礦石中金含量的測(cè)定范圍被大幅度拓寬，采用本方法測(cè)定金礦石中的金，結(jié)果快速準(zhǔn)確，推廣應(yīng)用前景廣闊。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

GGX-610型原子吸收分光光度計(jì)(北京海光儀器有限公司)，分析波長242.795 nm、燈電流5 mA、空氣-乙炔氧化性火焰，并調(diào)整儀器參數(shù)至最佳狀態(tài)。儀器工作條件見表1。

表1 FAAS儀器工作條件

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及用品

金標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(500.0 μg/mL，北京中科質(zhì)檢生物技術(shù)有限公司)。

金標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：用Au標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋，配制成Au的質(zhì)量濃度20.0 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)曲線工作溶液，介質(zhì)為王水(10%)。

硫脲洗脫液(15 g/L)：稱取15 g硫脲，置于2 000 mL燒杯中，加入1 000 mL濃度為1%的稀鹽酸，攪勻待用。

聚氨酯泡沫塑料：泡沫內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)軟，長寬高分別為3、1.5、1.5 cm，質(zhì)量約0.5 g，先用去離子水清洗干凈，然后在稀鹽酸(10%)中浸泡1 h后取出擠干，最后再用去離子水清洗，擠干水分。將經(jīng)過以上處理的泡沫塑料放入磷酸三丁酯溶液(1%)中，攪拌5 min后取出，用去離子水洗凈，晾干備用。

三氯化鐵溶液(150 g/L)：稱取250 g六水合三氯化鐵(FeCl3·6H2O)，置于1 000 mL燒杯中，加入200 mL硝酸，加水至刻度，攪拌均勻。

鹽酸、硝酸、六水合三氯化鐵、磷酸三丁酯為分析純級(jí)別，離子交換水，要求電阻率不小于18 MΩ·cm。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取金礦石樣品10～20 g(精確至 0.01 g)，平鋪于瓷舟中。將瓷舟放置于高溫電阻爐中，升溫至650 ℃并于此溫度下保溫1.5 h，取出放涼至室溫。將樣品轉(zhuǎn)入250 mL錐形瓶中，清潔干凈瓷舟，確保所有樣品轉(zhuǎn)移完全。向錐形瓶中緩慢加入100 mL王水(50%)，邊加邊搖動(dòng)瓶體，防止產(chǎn)生的氣體將樣品帶出。待液面穩(wěn)定后，將錐形瓶置于溫度為180 ℃電熱板上加熱溶解至溶液體積約為10 mL。向錐形瓶中加去離子水至80 mL，放入1塊處理好的聚氨酯泡沫塑料，塞緊瓶口，將錐形瓶安全放置于振蕩機(jī)上振蕩30 min。撈出泡沫塑料，依次用去離子水和鹽酸(5%)洗凈擠干，然后將泡沫塑料放入預(yù)先盛有25 mL硫脲洗脫液的50 mL比色管中，水浴加熱30 min，用塑料膠棒將泡沫塑料擠干水分后撈出，比色管中溶液冷卻后上機(jī)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 稱樣量的選擇

分析樣品取樣量的確定，往往根據(jù)分析準(zhǔn)確度的要求和樣品中待測(cè)元素的均勻程度來確定，本實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品的稱樣量進(jìn)行了比較，用金礦石國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)070012、GBW(E)070015和GBW07810多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別稱取5.00、10.00、15.00、20.00、25.00 g進(jìn)行測(cè)定結(jié)果比較，結(jié)果表明當(dāng)稱樣量在10.00～20.00 g時(shí)，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值吻合較好，這是因?yàn)榻鸬V石中的金常常以自然金狀態(tài)存在，分布很不均勻，有時(shí)集中在少數(shù)特定的礦物顆粒中，對(duì)于金含量較低的樣品，分析時(shí)需要采用增大取樣量的方法，對(duì)于含量較高的樣品，可以適當(dāng)減少稱樣量，這都是為了確保稱樣的代表性，減少稱樣誤差。具體比較結(jié)果見表2。

表2 稱樣量對(duì)金測(cè)定值的影響

2.2 硫脲洗脫時(shí)間的選擇

研究表明，聚氨酯泡沫塑料上吸附的金，容易被極性較強(qiáng)的表面活性劑洗脫下來[11]，本實(shí)驗(yàn)采用硫脲作為洗脫劑，選用鹽酸(1%)作為介質(zhì)來消除記憶效應(yīng)，對(duì)硫脲洗脫液的洗脫時(shí)間進(jìn)行了比較，用金礦石國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)070013和GBW07298進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別洗脫10、20、30、40、50 min進(jìn)行測(cè)定結(jié)果比較，結(jié)果表明洗脫時(shí)間為30 min時(shí)，泡塑上吸附的金基本洗脫完全，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值吻合較好。結(jié)果見表3。

表3 洗脫時(shí)間對(duì)金測(cè)定值的影響

2.3 磷酸三丁酯吸附效果實(shí)驗(yàn)

要準(zhǔn)確測(cè)定金礦石中金的含量，首先要確保樣品前處理過程中對(duì)金的分離富集完全，聚氨酯泡沫塑料對(duì)于金有良好的捕集特性，但研究表明泡沫塑料吸附金屬于物理吸附，其本身含有多種官能團(tuán)，在不同介質(zhì)條件下，吸附效果差別很大[12]。泡沫塑料中加入磷酸三丁酯可以提高對(duì)金的吸附效率[13]，其機(jī)理可能是其與金絡(luò)合形成穩(wěn)定的配合物，提高了泡沫塑料對(duì)金的萃取能力。本文選擇用磷酸三丁酯浸泡過的聚氨酯泡沫塑料和未浸泡過的泡沫塑料進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)070014、GBW07299和GBW07802分析，比較了兩者的測(cè)定結(jié)果，表4說明，前者的測(cè)定結(jié)果明顯優(yōu)于后者。

表4 使用和不使用磷酸三丁酯測(cè)定結(jié)果比較

2.4 鐵元素的干擾實(shí)驗(yàn)

鐵元素在地殼中的含量僅次于鋁，是一般礦石中的基體元素，金在元素周期表中和銅、銀同屬于第一副族，在還原地質(zhì)條件下，金的地球化學(xué)行為與相鄰元素相似，親鐵性、親硫性較強(qiáng)，因此礦石中的基體元素鐵會(huì)對(duì)金的測(cè)定造成基體干擾，此外，火焰原子吸收光譜法測(cè)定金時(shí)，通常選定其最靈敏線242.795 nm，作為基體元素的鐵，背景含量較高，其次靈敏線242.820 nm對(duì)金元素的分析也存在光譜干擾。本文采用在標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液中加入三氯化鐵來消除鐵元素的基體干擾和光譜干擾，同時(shí)與不加三氯化鐵進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07809、GBW07803、GBW07801分析，比較了兩者的測(cè)定結(jié)果，表5說明，加入三氯化鐵可以消除對(duì)測(cè)定金時(shí)的基體和光譜干擾。

表5 加入三氯化鐵和不加入三氯化鐵測(cè)定結(jié)果比較

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線、方法線性范圍和檢出限

分取金標(biāo)準(zhǔn)工作溶液分別為：0、20、50、80、110、140、170、200 μg 金于250 mL錐形瓶中，加0.5 mL三氯化鐵溶液、20 mL王水溶液(50%)，用離子交換水稀釋至l00 mL，下同樣品分析步驟。在0～200.0 μg范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)曲線呈線性，其相關(guān)系數(shù)R為0.999 9。在儀器工作條件最佳情況下，按方法步驟對(duì)空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(3σ)計(jì)算方法檢出限為0.06 μg/g。該方法采用10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為測(cè)定的下限濃度，由此計(jì)算出Au的測(cè)定范圍為 0.2～100 μg/g。

2.6 方法準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定了金礦石國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中Au的含量，每樣平行3份，取其平均值，表6結(jié)果表明，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值均吻合較好，測(cè)定誤差滿足DZ/T 0130.3—2006的要求，分析結(jié)果可靠。

表6 方法準(zhǔn)確度

2.7 方法精密度實(shí)驗(yàn)

利用金礦石國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)070139和GBW07297，按實(shí)驗(yàn)方法分解樣品并測(cè)定Au的含量各9次，計(jì)算相應(yīng)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。由表7可以看出，測(cè)定結(jié)果的精密度(RSD)小于2%，符合DZ/T 0130.3—2006的要求。

表7 方法精密度

3 結(jié)論

采用聚氨酯泡塑富集硫脲洗脫-火焰原子吸收光譜法測(cè)定金礦石中金，對(duì)一系列金礦石國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行金量測(cè)定，在洗脫液硫脲中加入鹽酸消除記憶效應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中加入三氯化鐵扣除鐵對(duì)金測(cè)定的干擾，改進(jìn)了傳統(tǒng)的聚氨酯泡塑吸附金效果欠佳的不足。所建立的方法檢出限、準(zhǔn)確度和精密度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)于相關(guān)金礦石測(cè)定國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室對(duì)金礦石中金量的測(cè)定要求。