浅谈灰吹法中影响灰吹的因素

2016-06-16山西省分析科学研究院闫中健

大众标准化 2016年3期

关键词：骨灰金银损失

●　山西省分析科学研究院　闫中健

浅谈灰吹法中影响灰吹的因素

●山西省分析科学研究院闫中健

摘要：灰吹法（火试金法）是测定金合金首饰中的金含量的仲裁方法，此方法实验过程步骤较多，尤其灰吹过程对实验结果影响较大，实验过程中金的损失及误差均主要来源于灰吹过程中。

关键词：灰吹法灰皿金银合珠开花

灰吹过程就是把含杂质金属的金和银放在高温炉内灰皿（由耐火或耐高温材料制成的平底多孔盘）中熔化，随后在其上面吹入热空气气流来分离掉杂质的过程。铅、铜、锡和其他需分离的金属杂质被热空气氧化，一部分挥发，一部分被灰皿吸收。在火试金分析过程中，灰吹过程很关键，金的主要损失及误差来源均产生于此操作步骤中。

灰吹过程中影响灰吹的因素主要来源于两个方面：（1）仪器设备和试剂材料；（2）灰吹关键步骤的操作。

仪器设备和试剂材料

1.马弗炉

马弗炉，试金用的高温灰吹炉，这种炉子应具有使空气流通的进气口和出气口，最好能使空气预热并能使其稳定地通过，炉温能均匀地由室温加热到1 000 ℃。

温度对灰吹的影响是很大的，一般应控制在920℃～1 000℃，温度过低会产生冻结，温度过高又导致金银在灰吹过程中的损失增加。通常情况下，金银是难氧化的，但是随着温度的升高，金银的氧化程度也在增加。金银氧化后，其氧化物随氧化铅吸收到灰皿中，或者散落在灰皿表面，这是金银损失的主要因素，其量约占全部损失的90%。另一个原因是金银在高温下的蒸发随温度升高而增加。所以灰吹应该在尽可能低的温度下进行，以便把损失减少到极小值。金银在整个灰吹过程中损失的程度是不一样的，开始时损失很小，随着灰吹的进行，铅量逐渐减少，相应地金、银在铅中的浓度增加，金、银的损失也随着加大，到灰吹后期，当铅量剩下不到1 g时，损失大增，特别在灰吹接近结束时，损失最大。

2.灰皿

灰皿是灰吹铅扣时吸收氧化铅用的多孔性耐火器皿。灰吹法（火试金法）测定金合金首饰中的金含量常用的灰皿有两种：镁砂灰皿和骨灰灰皿。

骨灰灰皿是用牛羊骨头灼烧、磨细、再灼烧得到的，其中有机物必须全部除去。它的成分主要为磷酸钙、级化钙、氧化镁等。骨灰的细度要小于0.147 mm，其中0.088 mm的应占50%以上。用纯骨灰制的灰皿较松，试金分析一般使用骨灰和水泥的混合灰皿。

镁砂的主要成分是氧化镁，它是很好的耐火材料，能耐碱性熔剂的侵蚀。铅扣灰吹时生成的氧化铅是极强的碱性熔剂。在高温时氧化铅与二氧化硅的亲和力很强，能侵入灰皿中的硅酸盐。骨灰灰皿中含的硅酸盐较多，用这种灰皿灰吹后，皿表上会出现小坑，贵金属会因此而受到损失。使用镁砂灰皿，灰吹后无此现象，表面很光滑。

笔者通过实验分别验证了镁砂灰皿和骨灰灰皿对实验过程中金含量的影响，单位（%）见表1。

表1　镁砂灰皿和骨灰灰皿对实验过程中金含量的影响

表1的结果显示，样品金含量与理论金含量的结果偏差均小于0.1%，但采用镁砂灰皿其结果更接近理论值。

3.铅箔

铅在高温下具有萃取贵金属的能力，作为捕集剂，其比重大，最后沉降在试金坩埚的底部。冷却后的形状像钮扣，称作扣或试金扣。用铅作捕集剂时，称这种捕集了贵金属的金属铅为铅扣。铅对Ag，Au的捕集效果很好，捕集率大于99%。

在火试金实验中，将铅粒（分析纯，不含贵金属和铋）熔化铸条，轧成0.2 mm厚的铅箔，擦去油脂。由于试验中铅箔重量和样品重量有比例要求，铅箔过厚使其面积太小，不便于包裹标准金和样品，铅箔过薄又会在包裹标准金和样品的过程中撕裂，致使标准金和样品损失。

由于样品成色越高且灰吹时间越长，致其在灰吹过程中金银损失越严重，从而影响结果。所以在实验过程中，应根据样品的金银含量进行铅箔的配比，铅箔的用量应根据样品杂质的总量来添加。

灰吹关键步骤的操作

在火试金实验过程中，灰吹过程对实验结果影响很大，实验中金银的主要损失及误差来源均产生于操作步骤中。根据笔者多年的实验经验，归纳为以下实验关键步骤，更有利于提高该方法的准确度和精密度。

（1）将干净无灰的镁砂灰皿在920℃的马弗炉内灼烧20 min左右，除去灰皿中的有机物和气体物质。如果样品与镁砂灰皿在常温下一同放入马弗炉，会在灰吹过程中鼓泡而造成金银损失。

（2）样品和标准金中加入适量的纯铜。火试金法在测定高纯金合金样品时，样品和标金中要加入相当于金质量2.1～2.5倍的高纯银。由于银有很强的吸氧性，在灰吹结束阶段，温度下降，氧气会从样品中释放，这样就产生了“开花”现象。其原因是银在高温液态下，吸收空气中的氧，吸收量可达银体积的20倍，在凝固时氧又重新释放。火试金法中灰吹后，金银合粒释放氧一般有3种形式：①集中于一处突然喷出，形成溅散（spit）；②集中一点较缓慢地释放，携带液态金属形成小的芽状突起（sprout）；③使合粒整体膨胀而在合粒表面形成裂纹。这三种现象统称为“开花”。凡产生“开花”现象的合珠都会引起金银重量损失。前两种损失最大，造成实验失败。

为了克服金银合珠“开花”，在称量样品和标金时加入适量的纯铜来减少和消除开花的现象，其原理是加入的铜部分被灰吹，约20%的铜残留在金银合珠中，残留于合珠中的铜与合珠在液态时吸收的氧相结合成为氧化物（此时铅已氧化完毕），由于氧少铜多，产生氧化亚铜，使氧不再释放。注意，加铜不要太多，当含铜量超过2%时，在灰吹后期可能形成冰铜而使灰吹无法继续进行。通常在1 g纯金中加入40 mg纯铜。

（3）铅箔包裹样品和标准金时，需将铅包挤压严实，不留空隙，有利于灰吹效果和减少金银合珠“开花”的发生。将样品与标准金的铅包交叉排列放入马弗炉内的灰皿中，以免炉温的不均造成误差。

（4）当样品是含镍的白色金合金（不含钯）时，可采用增加铅箔用量的方法进行灰吹。即用6 g左右铅箔对样品和标准金进行包裹，此时的铅箔用量相当于普通用量的1.7倍～2倍，灰吹温度也要提高到1 000℃～1 150℃。对于含有钯的白色金合金样品，将经过一次灰吹和分金的合金卷和标准金再次用4 g铅箔（再加约50 mg的纯铜）进行包裹，在炉温为1 000℃左右的温度下进行第二次灰吹。