摘要：生产玄武岩纤维的原料便是玄武岩，对纤维的性能产生非常大的影响的便是玄武岩中三价铁以及二价铁的含量，为了测出玄武岩中总铁的含量和二价铁的含量，我们发明出了电感耦合等离子发射光谱法（ICP-OES）和重铬酸钾滴定法同时测定玄武岩中总铁和二价铁的分析方法。并且对ICP-OES优选了适宜的仪器测定参数和分析谱线。测试结果显示ICP-OES有更高的准确度，其相对标准偏差是2.2%，加标回收率是98%～101%。通过测试可知用这种方法来测试玄武岩中的总铁和二价铁能得够到准确结果。
关键词：玄武岩；二价铁；含量；测试
制备玄武岩纤维的原料是玄武岩。作为玄武岩的组分之一的铁元素，在玄武岩中以氧化铁和氧化亚铁的形式存在。在无机硅酸盐纤维体系中，对纤维的强度、耐温性、耐环境侵蚀性能等性能产生非常大影响的便是玄武岩中三价铁以及二价铁的含量。经过一系列的研究可知，引入Fe₂O₃能够有效地减少玻璃熔体熔化时的气泡数量；FeO的质量分数增加到0.3%以上，高强玻璃纤维的新生态强度就会从4100MPa下降到2800MPa。同样地，在玄武岩纤维中，二价铁和三价铁含量的波动也会带来纤维强度、耐温等性能的波动。所以，准确测试并控制玄武岩中二价铁和三价铁的含量对玄武岩的熔制及玄武岩纤维品质的控制有着重要的意义。
邻二氮杂菲分光光度计法、重铬酸钾滴定法等统测试二价铁的方法与重铬酸钾容量法、磺基水杨酸光度法等传统测试三价铁的方法虽然具有测试结果比较准确的优点，但它们的操作步骤繁琐耗时，并且终点判断也不容易把握。电感耦合等离子发射光谱（ＩＣＰ－ＯＥＳ）具有多元素同时测试、灵敏度高、准确度高、化学干扰少等的优点，并且在材料分析方面已经有了很广泛的应用。
当下很少有方法可以同时测出玄武岩中二价铁和三价铁的含量。本研究将ＩＣＰ－ＯＥＳ 和重铬酸钾滴定法结合起来分别测试玄武岩中总铁和二价铁的含量，不仅可以得到较为准确的实验结果，而且能够明显缩短测试的时间。
一、实验部分
1.1仪器与试剂
仪器：ＩＣＰ光谱仪，ｐｒｏｄｉｇｙ型，美国利曼公司；高纯氩气（Ar> 99.99%）钾长石（ＧＢＷ０３１１６）、玄武岩ＧＢＷ０７１０５（ＧＳＲ－３）均是国家一级标准物质。
铁单元素溶液标准物质（１ｍｇ·ｍＬ），工作标准溶液：由铁单元素溶液标准物质逐级稀释而成。盐酸、高氯酸、氢氟酸均为优级纯试剂；硫酸、磷酸、硼酸、硫酸亚铁铵、重铬酸钾均为分析纯试剂。实验室用水为二次蒸馏水。盐酸（1＋1），硫酸（5＋95），硫酸亚铁铵溶液：（0.0050 mol·L），重铬酸钾基准滴定溶液（0.002319mol·L），二苯胺磺酸钠指示剂（0.5%），硫、磷混酸。
1.2 仪器工作条件
ＩＣＰ－ＯＥＳ的实际工作条件见：射频功率：1.1KW、雾化气压力32PSI、冷却气流量20L·min-1、载气流量0L·min-1、泵速1.4mL·min-1、积分时间1s。
1.3元素的分析谱线及线性回归方程
在一组100ml 容量瓶中，加40ml 水，分别加（0.00，1.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00）ml 三氧化二铁稀标准溶液。加入14ml（1＋1）盐酸，用二次蒸馏水稀释至标线。通过比较铁元素不同谱线的强度、峰形和干扰等因素，选择波长239．563nm的谱线为分析线。对标准溶液进行测定，得回归方程：Ｙ ＝２．３５６３×１０－６ｘ－０．０４７３２２，其线性相关系数为０．９９９９。
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1.4 样品处理及分析
试样在（１２０±５）℃ 的干燥箱中烘２ｈ，用以去除试样中的水分，烘干后放入盛有硅胶的干燥器中保存，冷却至室温后进行称量。
ＩＣＰ－ＯＥＳ测总铁含量称取约0.1g玄武岩试样置于铂坩埚中，加入2ml 高氯酸和5ml 氢氟酸，置于低温电炉上加热。用水吹洗坩埚壁，继续蒸发至干，再升高温度至高氯酸白烟冒尽。加5ml 盐酸和10ml水，加热至盐类完全溶解，冷却后100ml 容量瓶中，再加入14ml 盐酸，用水稀释至刻度，随样品做空白。
仪器预热稳定后，对仪器进行参数设定，建立分析方法，采集标准溶液，拟合标准曲线后，再测定空白和样品的光强度。通过软件对原始数据进行背景扣除。按公式计算由总铁含量和二价铁含量就可以求出三价铁的含量。
二、结果与讨论
2.1 ＩＣＰ－ＯＥＳ仪器条件的优化
使用等离子体发射光谱仪时，外管通冷却气目的是避免等离子体烧毁石英管，冷却气流量过大会稀释离子浓度，降低灵敏度；辅助气主要是保证矩管中气溶胶的稳定性，对强度影响不大。实验结果表明：大多数元素的谱线强度随功率的增加而增加，这有利于改善检测的精度；但功率增大到一定程度，信背比反而降低，而且功率过大容易烧坏炬管。实验中采用５．０μｇ·ｍＬ铁单元素标准溶液进行了ＲＦ发射功率的优化试验。
综合考虑信背比及功率增大时对仪器寿命的影响，选择 ＲＦ 发射功率为1.1ｋＷ。雾化器流量是影响信号强度的另一个重要因素。随着雾化气压力增加，样品的提升量增加，谱线强度也随着增加。通常较低雾化气流量使等离子更稳定，而较高的雾化气流量所测得的检出限更好。实验通过调整雾化器压力以及泵速来调节雾化气流量。综合考虑，雾化器压力为32ＰＳＩ，泵速为1.4ｍＬ·ｍｉｎ。
2.2 ＩＣＰ－ＯＥＳ方法精密度
对同一份钾长石标准样品，连续测定６次，来验证方法的精密度。结果显示本法的相对标准偏差（ＲＳＤ）为2.2%，具有良好的精密度，测定结果：第一次到第六次分别为：1.38、1.41、1.42、1.42、1.41、1.34，平均值1.40，SD为0.03，PSD为2.2%。
2.3 玄武岩测试
在实验条件下，对国家一级标准物质玄武岩 ＧＢＷ０７１０５（ＧＳＲ－３）进行了分析测定。将玄武岩样品按1.4处理好后，分别用ＩＣＰ－ＯＥＳ测定玄武岩中的总铁、用重铬酸钾滴定法测定玄武岩中的二价铁。结果显示这两种方法可准确测出玄武岩中的总铁和二价铁的含量且具有较高的准确度。
将ＩＣＰ－ＯＥＳ和重铬酸钾滴定法结合，同时测定玄武岩中总铁和二价铁的含量。试验结果表明该方法精密度与准确度良好，可以满足并适用于玄武岩中总铁和二价铁含量的测定。对于大批量基本分析，可大大节省人工消耗，提高工作效率。
三、总结
玄武岩是制备玄武岩纤维的原料。作为玄武岩的组分之一的铁元素，在玄武岩中以氧化铁和氧化亚铁的形式存在。在玄武岩纤维中，二价铁和三价铁含量的波动也会带来纤维强度、耐温等性能的波动。准确测试并控制玄武岩中二价铁和三价铁的含量对玄武岩的熔制及玄武岩纤维品质的控制有着重要的意义。本文主要就ＩＣＰ－ＯＥＳ和重铬酸钾滴定法结合起来分别测试玄武岩中总铁和二价铁的含量的方法进行检测，最后得出这种方法不仅可以得到较为准确的实验结果，而且能够明显缩短测试的时间的结论。
参考文献：
[1] 朱跃华，冯永亮，吕东海，张宁，朱智星. 电感耦合等离子体发射光谱法同时测定钒钛磁铁矿中铁钛钒[J]. 岩矿测试. 2012（02）
[2] 成勇. ICP-AES测定钛合金中硅钒铁铝镍钼铬[J]. 稀有金属材料与工程. 2012（10）
论文作者:高欣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
标签：玄武岩论文; 重铬酸钾论文; 含量论文; 测试论文; 溶液论文; 纤维论文; 标准论文; 《基层建设》2018年第19期论文;