离子体原子发射光谱法测定矿石砷锑铋元素的研究.pdf

冶金与材料第 43 卷离子体原子发射光谱法测定矿石砷锑铋元素的研究李忆晨（内蒙古地矿科技有限责任公司，内蒙古 呼和浩特010031）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 43 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.43 No.8Aug.2023摘要：本文利用电感耦合等离子发射光谱仪测定矿石中砷、锑、铋元素，讨论样品溶解法及共存元素对化验结果的影响，选择各元素的最佳仪器测定参数及最优谱线。这种方法在选定的谱线条件下，基体作用较小，没有明显的元素间干扰。该法砷的检出限为 0.013滋g/滋L，锑的检出限为 0.018滋g/滋L，铋的检出限为 0.015滋g/滋L，相对标准偏差为 0.60%3.92%。采用此法对标准物质及实际样品进行分析，分析结果、定义值等和常规方法的检测结果相符。这种方法对大量矿石中的砷、锑、铋元素进行直接检测，有利于提高检测的便捷性。关键词：电感耦合等离子体原子发射光谱法；矿石；砷；锑；铋作者简介：李忆晨（1987），男，吉林吉林人，主要研究方向：大型仪器分析矿石、土壤、水样品中的金属及非金属元素。随着社会经济与科技的不断进步，人们对矿产资源需求呈现逐年递增的趋势。在正常情况下，砷、锑、铋等金属元素会影响到矿石质量，所以有必要加强对检测砷、锑、铋在矿石中含量技术方法进行研究和探索。砷、锑作为最常见的有毒金属，过度的排放会对环境造成严重的污染，不利于人类健康。因此在进行金属冶炼之前，必须对矿石中的砷、锑含量进行检测。目前已有多种测定方法，如容量法、光度法和原子吸收光谱法等。但从目前测量数据来看，采用容量法存在着数值模糊不清的问题，对检测结果造成很大的干扰，无法提高其测量准确性。从国内的地质情况来看，矿产资源地域呈现多元化，矿产总量比较多，但许多矿产存在含量较低、伴生矿多、开采价值不高等问题，因此对矿石中的金属含量进行有效的检测是非常重要的。目前，国内的矿产资源开发利用技术水平发展很快，但由于部分矿石开发利用水平相对较低，资源浪费严重，矿产资源开发利用技术水平与一些发达国家相比还相对滞后。因此，需要加强矿产资源开发工作，利用砷、锑、铋等金属元素含量检测技术方法探索矿中砷、锑、铋等金属元素，避免其对矿石质量产生一定的影响。但大量使用除了会对环境造成污染外，还会对人体健康产生影响，而作为检测试剂的剧毒物质也被大量使用在传统的检测手段中，相关部门已出台相应的法规对毒性试剂进行管制，所以在矿石中很难检测出砷、锑、铋三种化学物质。目前使用比较广泛的检测方法是荧光光谱法，优点是操作简单，缺点是测量范围比较窄。使用这种方法检测，往往需要二次稀释，而如果单独检测一种元素只能使用这种方法，在需要检测大量样品的情况下，检测效率严重降低。而电感耦合等离子体发射光谱作为最先进的检测方法，能准确检测出元素精密度，增加检测的稳定性和灵敏性，甚至实现多项目同步检测，被广泛应用在金属矿石检测方面，但很少应用于检测砷、锑、铋的含量。与传统检测方法相比，电感耦合等离子原子发射光谱法的使用，有力地推动了矿产行业的发展，不仅操作简单方便、检测数据准确可靠，并且不会对环境造成严重影响，是当前非常值得推广和应用的检测方法。1原子发射光谱法对比试验1.1实验仪器设备一台功率为 1300W 的全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪，检测间隔时间是 1020s，读数延迟时间为 30s。在观测时，最常用轴向观测方式，制冷气流量15L/min，辅助气流量 0.2L/min，负载气流量 0.8L/min。最大称量 110g 的电子天平 1 个。图 1全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪1.2检测试剂和溶液检测溶液主要包括去离子水、盐酸溶液、硝酸溶液等，而王水是由 3 份盐酸溶液和 1 份硝酸溶液相互混合而成。但是，作为目前最先进的检测方法，电感耦合等离子发射光谱也是一种能够正确检测矿精密度的现52第 8 期李忆晨：离子体原子发射光谱法测定矿石砷锑铋元素的研究代化科学检测方法，并且在金属矿石检测中应用非常广泛，具有检测稳定性强、灵敏度高、能够进行多方位探测等特点。标准物质主要由国家标准物质研究中心提供，混合标准溶液通常使用一级溶液、二级溶液、三级溶液，不同溶液砷、锑、铋含量存在明显差异咱1暂。1.3样品处理将矿石样品粉碎过 200 目筛后，用电子天平称取0.10.5g 样品，将样品置于比色管中，加入少量的水使样品湿润，再加入 5mL 的王水。接着，将比色管置于沸水里 1h，在此期间，要不断地摇晃比色管，使样品能充分接触到王水，以达到理想的溶解效果。最后，将比色管从沸水中取出静置到室温，用去离子水稀释，澄清比色管中的液体咱2暂。1.4制作校准曲线测定样品矿石试样溶解的研究是在对砷、锑、铋检测时，利用硫酸钾和硫酸共同作为溶液，以保证试样检测温度，其方法为长时间溶解。如果用王水溶解试样，超过100时产物挥发，再将此溶液煮沸，得到的只有 70%，此实验以王水为溶剂，将砷、锑、铋化验放入煮沸的水中 1h。但值得注意的是，在使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪时，要根据实际检测条件选择合理波长，将一级混合溶液、二级混合溶液、三级混合溶液相互融合，建立标准曲线，用来检测固定样品，在同一物理环境下，选取标准物质和仪器参数，通过检测设备自动计算出样品中砷、锑、铋元素的含量。硫酸图 2砷要素检测分光光度计砷化氢发生与吸收装置硝酸高氯酸乙醇硼氢化钾片2检测结果分析2.1样品溶解方法的分析在检测矿石中的砷、锑、铋元素时，要采用氯化氢、硝酸、过氧化氢、王水等溶液溶解样品，在溶解过程中发现不同溶液溶解效果存在明显差异性。例如，将硫酸钾和硫酸作为溶液，用来溶解矿石样品，发现这种方法需要消耗较长样品溶解时间。若直接使用王水溶解样品，砷会在样品温度超过 100时挥发。在此次实验中，使用王水作为溶剂，在沸水中放置 1h，然后进行砷、锑、铋元素检测，国家一级标准物质合格率 99.5%以上，符合国家相关要求，结果表明，采用这种溶解方法是切实可行的咱3暂。2.2选择分析谱线用电感耦合等离子体原子发射光谱仪检测矿石中的砷、锑、铋元素，并将其设置为 4 条频谱线，然后对检测强度、干扰状况进行综合分析，选用稳定性高、干扰少、最精确的分析线作为仪器的分析频谱线咱4暂。2.3检出限测定为获得更为精确的检测限数值，需要对空白溶液进行连续测量，然后对空白溶液测量值的标准偏差进行计算，其三倍值是相应元素的检测限。如表 1 所示。表 1各元素波长和检出限砷179.9890.011锑204.9630.017铋224.1020.014元素名称波长检出限2.4共存离子对检测数据的影响大多数金属矿都会以伴生矿的形式存在，因此，如果金属含量过低，就需要对其进行各种金属元素含量的检测，而不具备开采价值，从而为开采矿石耗费大量的人力、物力和财力。从容量瓶中取出同数量的砷、锑、铋标准溶液，掺入适量共存离子；在王水介质条件下，同样根据上述步骤进行试验，合理控制检测砷、锑、铋含量，自动计算砷、锑、铋的回收率。通过实验证明，在溶液检测过程中，铜、铬、锰、金、银等金属元素不会影响到砷、锑、铋检测数据，不会对实验结果造成任何影响。2.5实验结果质量控制实验结果与国家标准物质的数值进行比较，如表 2所示。2.6对比不同检测结果在实验检测时，为了增加实验数据的合理性，要将表 2检测数据结果与国家标准物质标准值对比表砷锑测定数值31.914.8752.98187.9116.7标准值33.513.758188115测定数值31.914.8752.98187.9116.7标准值33.513.758188115测定数值31.914.8752.98187.9116.7标准值33.513.758188115CBW07401CBW07402CBW07404CBW07311CBW07312铋53冶金与材料第 43 卷三个不同矿区的矿石作为样品，分别采用电感耦合等离子体发射光谱法（IPC-AES）和氢化物发生原子荧光光谱法（AFS）同步检测矿石中砷、锑、铋元素含量，检测结果如下表 3。表 3电感耦合等离子体发射光谱法和氢化物发生原子荧光光谱法检测数据对比表砷锑铋IPC-AES2816196.922.99AFS2801189.123.01IPC-AES3.412.130.76AFS3.272.190.91IPC-AES197111915.37AFS198115815.67样品 1样品 2样品 33实验结果讨论对矿石中砷、锑、铋元素的测定采用电感耦合等离子发射光谱仪，针对样品溶解法和共存元素对化验结果的影响进行讨论，并对测定参数和各元素的最优谱线进行选择。这种方法在没有明显的元素间干扰的情况下，基体在选定的谱线条件下作用较小。该法砷检出限为 0.013滋g/滋L，锑检出限为 0.018滋g/滋L，铋检出限为0.015滋g/滋L，相对标准偏差为 0.60%3.92%。通过分析发现，砷、锑、铋等金属元素会影响到矿石质量，工作人员要注重创新砷、锑、铋等元素的检测方法，优化流程步骤，提高检测结果的准确性。随着环境保护意识和思想不断强化，2017 年已颁布相关法律法规对测试试剂进行限制，导致该方法已不能满足实际要求。但由于采用亚砷酸钠、三氧化二砷两种剧毒物质法，不仅会对环境造成一定的影响，而且还会进行剧毒管制，从而制约相关单位的局限性。因此，矿石中砷、锑的检测已成为当务之急。采用电感耦合等离子体原子发射光谱方法，不仅可以降低矿石中砷、锑、检测时对环境的影响，还能改善检测效率，具有一定的应用价值。在传统检测过程中，除了对周围生态环境造成污染外，还会对人体健康造成影响，应使用剧毒物质作为检测试剂。目前应用范围最广的是原子荧光光谱法，其特点是操作简单，效率高，缺点是测量范围窄，使用此方法检测多需二次稀释，检测效率严重降低，需要对大量样品进行检测咱5暂。因此，电感耦合等离子体原子发射光谱法和传统检测方法进行对比，其操作流程更加简单，不会给周围生态环境造成严重影响，能有效提高检测数据的准确性，无论是检出限还是精密度均达到要求，检测数据误差在可控范围内。这种方法具有较高灵敏度，能有效避免各种元素影响，检测范围较宽，能同步检测矿石中的多种元素，检测效率大大提高，是一种十分值得推广和应用的现代化检测矿石中砷、锑、铋元素的方法。4总结综上所述，砷、锑、铋都属于有毒有害物质，砷、锑、铋在矿石中含量过高的话，无论是对环境还是对人体都会造成危害。同时，在矿石出口时，国际市场持续加强对矿石中砷、锑、铋含量检测指标的严格程度，传统检测方法已无法满足现代矿石检测要求。因此，利用电感耦合等离子发射光谱仪进行砷、锑、铋检测具有重要的研究和开发意义，这种方法值得广泛推广和使用。参考文献1 庄妍.原子荧光法快速连续测定土壤样品中的砷锑铋汞硒J.内蒙古煤炭经济，2022，（1）：15-17.2 廖春发，肖杰，曾颜亮，等.响应曲面法优化低砷锑铋铜阳极泥硫酸化焙烧蒸硒 J.矿冶，2022，31（2）：59-65.3 李娈，周资凯，张超.混合酸水浴消解-原子荧光光谱法测定土壤和沉积物中痕量汞、砷、硒、铋和锑元素 J.四川环境，2022，41（5）：281-287.4 刘芳美，赖秋祥，廖彬玲，等.电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定粗二氧化碲中铜、铅、锑、铋、砷和硒J.中国无机分析化学，2022，12（2）：56-60.5 刘跃，王记鲁，李静，等.氧气动态反应-电感耦合等离子体串联质谱法测定土壤和沉积物中汞及其他6种元素的含量 J.理化检验-化学分册，2022，58（11）：1241-1248.54