密闭高压消解–ICP–AES 测定进口铜精矿中铅、镉、汞、砷*

2013-12-29王海涛张小慧赵钰玲曲志勇王莉

化学分析计量 2013年4期

王海涛，张小慧，赵钰玲，曲志勇，王莉

(烟台出入境检验检疫局，山东烟台 264000)

铜精矿是由低品位的含铜原矿石经过选矿工艺处理达到一定质量指标的精矿，可直接供冶炼厂炼铜，为国防工程及高新技术领域中不可缺少的基础材料和战略物资，在电气工业、机械工业、化学工业、国防工业等部门具有广泛的用途。铜矿石经过破碎、浮选、分离、浓缩等一系列的选矿后，铜精矿会伴生一些无法除去的有害元素铅、镉、汞、砷、氟等，在铜精矿的进一步冶炼、加工过程中，这些元素会危害操作人员的身体健康并污染环境，因此我国对进口铜精矿中的有害元素的要求越来越严格。

对铜精矿中有害元素分析的标准方法有原子吸收法［1，2］和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP–AES）［3］，样品的前处理方法主要是电热板加热法和微波消解法，目前还未有采用密闭高压消解法对铜精矿样品进行前处理的文献报道和相关标准。密闭高压消解具有消解温度高、消解能力强、用酸量少、空白低、组分不易挥发损失等优点，是一种很好的样品前处理方法，在难消解的土壤、地质等样品金属元素分析的前处理中有很好的应用研究［4，5］。笔者以密闭高压消解法对铜精矿样品进行前处理，建立了ICP–AES 法测定进口铜精矿中有害元素的分析方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子发射光谱仪：Optima 8000 型，美国Perkin Elmer 公司；

微波消解系统：MARS3100 型，美国安捷伦科技有限公司；

超纯水机：美国Millipore 公司；

密闭高压消解罐：广州济科仪器科技有限公司；

电热板：美国Lab Tech 公司；

Pb，Cd，Hg，As 单元素标准溶液：1 000 mg／L，国家标准物质研究中心；

硝酸：UP 级，苏州晶锐化学试剂有限公司；

盐酸：优级纯，国药集团化学试剂有限公司；

实验用水为二次去离子水。

1.2 仪器工作条件

辅助气流量：0.2 L／min；等离子体气体流量：10 L／min；雾化气流量：0.55 L／min；蠕动泵转速：1.5 mL／min；观测方式：轴向观测；RF 发射功率：1 300 W；读数次数：3 次；进样延时：30 s。

1.3 实验方法

1.3.1 样品消解

称取在105 ℃烘干1 h 的试样0.2 g（精确至0.000 1 g）于高压消解罐中，加入0.8 mL HCL，1.2 mL HNO3，加盖装罐后密封。将高压消解罐置于烘箱中，温度设定在160℃，当温度升至160℃后保持2 h，然后冷却取出，用水冲洗并转移至50 mL容量瓶中，以水定容，摇匀。

1.3.2 标准曲线绘制

将Pb，Cd，Hg，As 标准储备液逐级稀释，制得系列标准工作溶液，其质量浓度见表1。在1.2 仪器工作条件下，按顺序测定标准系列溶液的光谱强度，绘制工作曲线。

表1 系列标准工作溶液质量浓度

2 结果与讨论

2.1 波长选择

基于对进口铜精矿基体成分分析［6］，通过比较待测元素的峰形和峰高，选择最佳测定波长。在所选波长和测定范围内，基体与待测元素及待测元素之间无干扰且信噪比较高，各元素的测定波长见表2。

表2 各元素测定波长

2.2 样品前处理方法

铜精矿的溶样方法主要有电热板法［6］和微波消解法［7］，两种方法在检测工作中有很好的应用。电热板法属于传统的溶样方法，用酸量高，易引入基体干扰，加热消化过程中易挥发，元素会有所损失。微波消解法有利于避免一些挥发性元素的损失，测定结果的准确度、精密度较高，分析速度快，用酸量少，引入的基体干扰少，可进行多元素同时测定。但微波消解有一定局限性，微波加热与传统的加热方式不同，微波加热是将能量直接引入样品内部，样品形状及基体构造对样品内温度的分布有较大影响，使样品内温度的分布很复杂［8］，因此当同时消解基体组成差异较大的样品或消解罐数量较多时，经常会出现受热不均而导致个别样品消化不完全的现象。

实验发现，密闭高压消解法方法对铜精矿样品有很好的消解效果，3 种方法处理定容后的溶液中底部有少许白色残渣，实验对比发现这些残渣对实验结果均无影响，测定结果见表3。由表3 实验结果可以看出，3 种样品前处理方法对铅、镉、砷均有较好的消解，测定结果接近；对于汞元素，微波消解法和密闭高压法测得的结果均比电热板法高，这可能是加热过程中汞有损失造成的；密闭高压消解法用酸量少，更有利于操作人员的安全，可避免挥发性元素的损失，而且实验所用的烘箱价格相较于微波消解仪更便宜，实验室条件易达到，因此适合大批量铜精矿样品的消解。