电感耦合等离子体发射光谱法测定磷矿石中磷镁铝铁

2014-11-20吴迎春岳宇超

岩矿测试 2014年4期

吴迎春，岳宇超，聂峰

(1.陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001;2.汉中谱惠测试有限公司，陕西汉中723001)

磷矿石是生产磷肥和复合肥的主要农业化工矿物原料。磷矿石中的铝、铁是有害成分，会降低五氧化二磷的转化率从而影响肥料的质量。因此在地质勘查和工业应用时，准确测定磷矿石中铝、铁的含量，可供工业生产工艺流程设计作为参考。

磷矿石中磷、镁、铝、铁的分析一直采用经典化学分析方法［1］。在国家标准方法中P2O5的分析采用磷钼酸喹啉重量法和容量法，MgO采用原子吸收光谱法和容量法测定，Al2O3和Fe2O3采用可连续滴定或分光光度法测定［2-3］。这些传统分析方法只能检测单一元素，由于存在复杂的干扰，使分析步骤冗长、操作条件要求高，已不能满足大批量样品快速分析要求［4-7］。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)已经被应用于磷矿石样品的多元素同时测定。运用ICP-AES分析磷矿石，样品消解方法有酸溶和碱熔两种类型［8-10］。酸溶法通常采用氢氟酸+盐酸+硝酸等强氧化性混合酸，其中的氢氟酸是为了彻底分解地质样品中以硅酸盐形式存在的待测元素，但在溶样时要将氢氟酸赶出，以避免对玻璃进样系统的腐蚀和对一些测定元素的干扰［11-17］，样品前处理比较复杂。已有研究表明，仅采用盐酸分解磷矿石，可以准确测定五氧化二磷的含量［18］，本文借鉴该文献成果，在实际工作中发现，如果磷矿石只需测定磷、镁、铝、铁四个元素时，可不加氢氟酸，分析结果已能满足要求，这可能是与样品处理过程中生成的少量氢氟酸有关。为了验证不加氢氟酸的样品分解能力，本文采用浓硝酸+浓盐酸混合酸(体积比1∶1)加热分解试样，不需要蒸酸过程，实现了一次溶样可同时快速测定磷矿石中磷、镁、铝、铁四种元素，方法简单快速，准确度高。

1 实验部分

1.1 仪器与工作条件

SPS 8000单道扫描型电感耦合等离子体发射光谱仪(北京海光仪器公司)，中阶梯平面衍射光栅和全息凹面衍射光栅;进口双光电倍增管检测器;高效玻璃同心雾化器;磷、镁、铝、铁的分析波长依次为213.618 nm、279.553 nm、396.152 nm、259.94 nm，仪器其他工作参数见表1。

表1 ICP-AES仪器工作条件Table 1 Working parameters of the ICP-AES instrument

1.2 标准溶液及主要试剂

磷标准储备溶液:称取已烘干的4.3931 g磷酸二氢钾，溶于少量水中，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度摇匀。磷浓度为1.00 mg/mL。

磷、镁、铝、铁单元素标准储备溶液:1000 μg/mL(国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)。

磷、镁、铝、铁标准工作溶液:稀释各元素标准储备溶液，配制的混合标准工作溶液浓度系列见表2，空白溶液为5%的盐酸。

所用试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。

表2 混合标准溶液系列浓度Table 2 The concentration of mixed standard solution series

1.3 实验方法

称取样品0.1000 g于150 mL锥形瓶中，加15 mL浓硝酸+浓盐酸混合酸(体积比1∶1)，在300℃电热板上加热至沸腾，消解至近干，取下稍冷，再加入5 mL混合酸，用蒸馏水冲洗瓶壁，低温加热，取下冷却至室温，定容至100 mL容量瓶中。待ICPAES测定。

2 结果与讨论

2.1 溶样条件选择

磷矿石的主要成分为氟磷酸钙［(Ca5F(PO4)3］，与盐酸的主要反应式如下:

反应生成的HF可以与磷矿石中的二氧化硅和硅酸盐反应［18］。同时，矿石中的碳酸盐和金属氧化物亦与盐酸反应，生成氯化物而溶于水。在实际工作中发现，只需测定磷矿石中的磷、镁、铝、铁元素时，可不加入氢氟酸，分析结果已能满足要求。为了验证不加氢氟酸的样品分解能力，采用浓硝酸+浓盐酸混合酸(体积比1∶1)溶样，用磷矿石国家标准物质GBW 07212进行溶样效果对比实验，结果见表3。分析结果显示，溶样酸中是否含有氢氟酸，P、Mg、Al、Fe的测定结果没有显著性差异，本方法处理样品可靠。样品中Ca和Si的测定值与标准值比较，误差较大;K和Na的分析基本满足要求，但是磷矿石的简项分析中K、Na基本不需要测定，不在本文方法的考察范围内。

表3 两种混合酸溶解标准物质GBW 07212的分析结果Table 3 The analytical results of elements in standard sample GBW 07212 with two mixed acid systems

2.2 基体效应和谱线干扰

磷矿石中微量和常量元素含量相差较大，磷、镁、铝、铁作为主体元素，其他的共存元素对主体元素的干扰比较小。通过选择待测元素的不同分析线，结果表明，共存元素在待测元素的分析线之处干扰很小，可采用基体匹配法消除基体影响。同时研究了各主体元素的图谱及背景，确定了相应的扣背景位置，通过仪器自带软件采用离峰校正法消除了连续背景干扰。

2.3 方法检出限

按前述分析方法，处理1份浓度略高于检出限的标准溶液和1份试剂空白分别测定3次和11次，根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)建议，按照本法的分析步骤和条件，测定和计算方法检出限。方法检出限分别为磷 100 μg/g、镁 0.3 μg/g、铝 20 μg/g 和铁6 μg/g。

2.4 方法精密度及准确度

将磷矿石国家标准物质GBW 07212、GBW 07211分别称取6份，按1.3节方法处理并测定，结果见表4。样品分析的相对标准偏差(RSD)小于5.0%，方法有较高精密度，重复性好，且测定结果与标准值吻合，相对误差＜1.5%，说明本方法具有较好的准确度。

表4 方法精密度与准确度Table 4 Precision and accuracy tests of the method

3 结语

本研究采用浓硝酸和浓盐酸混合酸加热分解试样，稀酸浸取，溶液冷却定容，直接用电感耦合等离子体发射光谱法测定磷矿石中的磷、镁、铝、铁。本方法只加入硝酸和盐酸，不加氢氟酸即可实现样品分解完全，磷、镁、铝、铁四元素的测定结果能够达到分析要求。本方法省去了赶除氢氟酸的过程，溶样快速，结果准确，适用于实际工作中不包括钙和硅在内的磷矿石简项测定。

［1］岩石矿物分析编委会.岩石矿物分析(第四版第二分册)［M］.北京:地质出版社，2011:206-262.

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