摘要: 本文研究了用ICP－AES 法测定锆钛砂矿中锆和钛含量的方法。主要考察了不同溶样方法对样品的溶解程度，最终选择了碱熔、水浸出，过滤分离除去大量盐类，盐酸介质ICP－AES测定的方法。考察了影响测定结果的各个因素，选择了分析波长，确定了仪器分析条件。得出ZrO2的检出限为0.0012%，测定范围: 0.004%～10%。TiO2的检出限为0.0069%，测定范围: 0.020%～20%。
关键词: 锆钛砂矿; ICP－AES 法;锆和钛的测定
前言
锆钛砂矿的主要工业矿物有锆英石、钛铁矿和金红石，同时含有独居石等，组成较为复杂，并且这些矿物大部分已经单体解离，是一种较难消解的矿石，除氢氟酸外，几乎不溶于所有的酸［1］。由于矿物中钛、锆含量高，而钛、锆又易水解形成难溶的偏钛酸、偏锆酸析出，给定量分析带来很大困难［2］。锆钛砂矿分析通常采用容量法、比色法、X—射线荧光光谱法等方法［3-5］。容量法和比色法具有测试步骤繁琐、测试周期长、测试成本高的不足; X—射线荧光光谱法适合多元素同时分析，在只测定单元素时不建议使用。电感耦合等离子体发射光谱法( ICP－AES)已被广泛应用于不同领域各种类型样品的分析测试，但应用于分析锆钛砂矿的报道很少，难点在于样品的前处理。
本文实验了四种样品前处理方法：（1）高氯酸－氢氟酸－硝酸溶样；（2）无水碳酸钠-硼酸混合溶样；（3）过氧化钠溶样；（4）过氧化钠溶样—过滤分离。经验证，最终选择了第四种方法进行样品分析。
1 实验部分
1.1仪器
ICP-AES Thermo 6300电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国赛默飞世尔)； 配有中阶梯光栅分光系统，电荷注入检测器（CID），三层石英同心矩管，高效涡流雾化器；
1.2主要试剂
盐酸；硝酸；氢氟酸；高氯酸；过氧化钠；超纯水（电阻率大于18.2MΩ·cm）。
钛及锆标准溶液1000ug/ml（深圳市时得佳科技有限公司）；
1.3 实验方法
1.3.1 试样前处理
方法1：高氯酸－氢氟酸－硝酸溶样：准确称取0.1000 g 锆钛砂矿样品于30mL聚四氟乙烯坩埚中，加10ml氢氟酸、10ml硝酸、2ml高氯酸，放电热板上加热溶解至高氯酸白烟冒尽，加入10ml（1+1）的硝酸提取，取下冷却，转入50ml试管中，定容至刻线摇匀待测。
方法2：无水碳酸钠-硼酸混合溶样：准确称取0.2000 g 锆钛砂矿样品于铂金坩埚中，加3～4g无水碳酸钠-硼酸混合溶剂，混匀，在高温炉中由低温升至1000℃熔融30min。取出冷却，将坩埚置于250 mL 烧杯中，加100mL热水提取，加热煮沸，取下，加入20ml硝酸酸化，定容至100ml试管中摇匀待测。
方法3：过氧化钠溶样：准确称取0.2000 g 锆钛砂矿样品于30mL 镍坩埚中，加3～4g过氧化钠，混匀，再覆盖一层，在高温炉中由低温升至750℃熔融10min。取出冷却，将坩埚置于250 mL 烧杯中，加50mL热水提取，加热煮沸，加20ml盐酸酸化，放置冷却，转入100ml试管中，摇匀待测。
方法4：过氧化钠溶样—过滤分离除杂：准确称取0.2000 g 锆钛砂矿样品于30mL 镍坩埚中，加3～4g过氧化钠，混匀，再覆盖一层，在高温炉中由低温升至750℃熔融10min。取出冷却，将坩埚置于250 mL 烧杯中，加100mL热水提取，加热煮沸，放置冷却，用定性滤纸过滤，沉淀用20g /L 氢氧化钾溶液洗涤2～3次。用20mL热的 HCl (1+1) 分次溶解沉淀于原烧杯中，再用热水洗涤3～4次，将溶液移入100 mL 试管中定容，根据锆、钛含量选择最佳分析谱线进行测定。必要时进行稀释。
1.3.2 仪器工作条件
将电感耦合等离子体发射光谱仪开机预热30min，按表1中仪器工作参数，选择元素设定波长，将待测溶液引入等离子体进行测定。
表1 仪器工作条件
Tab. 1 the working conditions for instrumentation
2 结果与讨论
2.1 样品前处理方法的选择
本文实验了四种样品前处理方法：（1）高氯酸－氢氟酸－硝酸溶矿。此方法用硝酸提取后溶液有沉淀，最终结果偏低，最终未选用。（2）无水碳酸钠-硼酸混合溶样。此方法溶样溶液清亮，测定结果准确，但溶样温度在1000℃作用，需要用到昂贵的铂金坩埚，无法实现大批量分析，且熔融样品不容易提取，所以只用作结果对比实验；（3）过氧化钠溶样。过氧化钠熔融—盐酸酸化后溶液清亮，但测定时，由于盐份过高造成仪器不稳定；（4）过氧化钠熔融－过滤分离。次方法是在过氧化钠熔融后先进行过滤分离再酸化，此方法溶液清亮，有效去除了盐份的干扰，测定结果准确。
2.2 坩埚的选择
本文采样刚玉坩埚和镍坩埚两种坩埚溶样，结果发现在刚玉坩埚中用过氧化钠熔融，锆空白值较高，对低含量锆的测定影响较大，对钛的测定无影响。在镍坩埚中用过氧化钠熔融，溶样效果好，锆、钛的空白值都低，最终选择用镍坩埚。
2.3 谱线选择及线性范围
采用国家标准溶液配制标准系列。Zr谱线选择256.8nm，钛谱线选择339.198nm处，线性范围宽，无干扰元素，标准系列见表3。
表2 元素分析谱线及校准系列（单位：ug/ml）
Table 2 Elemental analysis spectral line and calibration series
2. 4 基体的分离和干扰情况
由于ICP－AES 的高温和具有很高的电子密度，所以化学干扰很少。只有当易电离元素大量存在时，才考虑电离干扰。ICP光谱分析中的主要干扰为光谱干扰和基体效应，本方法采用碱熔过滤后除去大部分盐份。其余杂质元素Mn、Fe、La、Ce、Co、Cu、Ni、Cd 均不干扰锆的测定。
2.5 最低检出限实验
同时做7份样品空白试样，按样品分析步骤进行分析测定，结果按称量0.2000g样品计算，算出7次结果的标准偏差，以3倍标准偏差作为元素的检出限，结果得出ZrO2的检出限为0.0040%，TiO2的检出限为0.0069%。
2.6 样品精密度、准确度实验
称取0.2000 g 试样按实验方法进行操作，测定样品结果并计算相对标准偏差见表3。
表 3 精密度和准确度试验
Table 3 Precision and accuracy tests
3 结论
本文选择有过氧化钠熔融样品，水易浸取，过滤除去大量分解试剂中引入的阳离子钾钠，以盐酸溶解，ICP－AES 进行测定，该方法具有灵敏度高，选择性好、线性范围宽，样品溶解完全、操作简单，分析快速、准确等优点。满足大批量检测需求。
参考文献:
［1］伊明，李家熙，等．岩石矿物分析［M］．北京: 地质出版社，2011.2.
［2］俞生洁，马玉萍． ICP－AES 法测定金红石中的铌和锆［J］．中国金属通报，2010年第47期:40－41．
［3］于阗，杨秀丽，吕晓惠，等．电感耦合等离子体发射光谱测定矿石中二氧化锆［J］．现代科学仪器，2012 ( 2) : 112－113．
［4］徐涛，催海润，杜梅． 稀土铌钽矿中稀土、钍、铌、钽、锆量的测定［J］．第长届全国稀土元素分析化学学术报告会，1994-2018：:27－38．
［5］张永盛． 感藕等离子体发射光谱法测定锆英石中主次痕量元素［J］． 岩矿测试， 1994， 13( 2) : 121 － 124．
作者简介：杜苗（1984—），女，陕西延安宜川县人，工程师，主要从事岩矿测试、环境检测等工作。
论文作者:杜苗
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/2
标签：坩埚论文; 过氧化论文; 样品论文; 砂矿论文; 方法论文; 溶液论文; 硝酸论文; 《电力设备》2019年第15期论文;