高頻紅外測定碳酸鹽型石墨礦中固定碳含量方法的探究

謝進福

（甘肅省地質礦產勘查開發(fā)局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

石墨強度隨溫度提高而加強，在2 000 ℃時，石墨強度提高一倍。石墨的導熱性、導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。潤滑性取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性能越好。常溫下有良好的化學穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。可塑性韌性好，可碾成很薄的薄片。抗熱震性常溫下使用時能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞。

固定碳含量是衡量石墨礦品位的重要指標之一，檢測方法有間接法[1]、重量法[2]、非水滴定法等方法。低含量尤其是邊界品位樣品檢測結果的準確性尤為重要，通常低含量樣品的礦物成分較為復雜，常含有SiO2、Al2O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO、CO2、CH4、NH3等雜質，間接法和重量法因偶然誤差較大很難滿足低含量樣品的檢測分析要求，目前，使用較為廣泛的非水滴定法最大的缺陷就是含有碳酸鹽雜質的樣品檢測誤差較大，基本無法滿足檢測要[3]。因稀硝酸處理含有碳酸鹽樣品時容易飛濺，反應生成的硝酸鹽還會對樣品進行包裹，使碳酸鹽處理不完全，且經(jīng)稀硝酸處理的樣品在馬弗爐高溫處理后還會返潮吸水，嚴重影響檢測的準確性。高頻紅外吸收法中，樣品在燒杯中經(jīng)酸加熱處理后過濾，在馬弗爐中470 ℃高溫灰化后純化濾紙，然后使用高頻紅外吸收法檢測石墨礦中的固定碳含量，很好地解決了以上干擾檢測的問題，完全可以滿足相應的精密性和準確度等要求。

1 材料與方法

1.1 儀器與使用條件

HCS-808系列高頻紅外碳硫分析儀，四川賽恩思儀器有限公司，相關的技術指標見表1—表2。

表1 高頻爐主要技術參數(shù)

表2 紅外部分主要技術參數(shù)

分析天平：BSA224S-CW 賽多利斯科學儀器

馬弗爐：220 V，50 Hz，8 kW，1 000 ℃。

1.2 材料與試劑

坩堝：碳硫分析專用坩堝。

國家一級標準物質：GBW03118（固定碳2.91%）、GBW03119（固定碳9.91%）。

1.3 實驗方法[4]

稱取經(jīng)105 ℃烘干（200目）的樣品0.1 g于100 mL燒杯中，加水潤濕后加20 mL（體積比1∶1）稀硝酸，在電熱板上微沸15 min，冷卻后用中速濾紙過濾，濾紙和濾渣放入經(jīng)高溫處理的碳硫儀專用坩堝中，在470 ℃馬弗爐中灰化150 min，取出冷卻，加1.5 g金屬鎢粒和0.3 g純鐵粒，經(jīng)校準后的碳硫儀進行測定。

2 結果與分析討論

2.1 國家標準物質的分析檢測

按照本實驗方法和標準方法分別對石墨礦成分分析國家標準物質[5]GBW03118、GBW03119各平行測定10次，檢測結果和計算數(shù)據(jù)見表3。

表3 2種方法對石墨礦中固定碳檢測結果的對比

石墨礦成分分析國家標準物質GBW03118產品組分中固定碳含量為2.91%，CO2含量為3.6%（碳含量約為0.98%），GBW03119產品組分中固定碳含量為9.91%，CO2含量為0.67%（碳含量約為0.18%），CO2對于石墨礦成分分析國家標準物質GBW03118、GBW03119的影響系數(shù)分別為33.7%和1.82%。

2.2 實際樣品的分析檢測

挑選已檢測過的實際礦樣，按照本實驗方法和標準方法分別進行分析測試10次，檢測結果和計算數(shù)據(jù)見表4—表5[6]。

表4 2種方法對石墨礦中固定碳檢測結果的對比（碳酸鹽含量較高）

表5 2種方法對石墨礦中固定碳檢測結果的對比（碳酸鹽含量較低）

2.3 結果分析

從檢測結果看出，非水滴定法中碳酸鹽對于固定碳檢測存在較大干擾，實驗方法相較于非水滴定法存在以下優(yōu)點：

2.3.1 改進方法處理碳酸鹽更徹底，檢測結果準確度大有提高

非水滴定法中硝酸處理碳酸鹽的過程中容易包裹形成小分子，部分碳酸鹽包裹其中不能被完全處理，檢測結果會偏高。而實驗方法在燒杯中加酸煮沸破壞了反應形成的小包裹分子，碳酸鹽被完全反應，處理更加徹底，檢測結果更接近真值。

2.3.2 改進方法更科學合理，檢測結果重現(xiàn)性較好

非水滴定法中硝酸處理碳酸鹽反應生成大量的硝酸鹽會吸水返潮，影響測定；高含量的碳酸鹽樣品在滴加稀硝酸時容易飛濺、檢測結果會偏低，反應生成的大量硝酸鹽在定碳爐1 000 ℃中高溫分解NO2會使檢測結果偏高。實驗方法很好地解決了前處理碳酸鹽處理不完全的問題，高頻紅外吸收法在特定的波長處吸收檢測CO2，消除了水分和NO2的影響，檢測結果的精密度大幅度提高，可以滿足地質樣品的檢測要求。