金矿地质样品分析中绿色化学法的应用

王雪

摘 要：化学污染是金矿地质研究工作中所面临的一个现实问题。如何运用绿色化学方法，使金矿地质样品的分析更加简便、绿色且成本低廉成为国内外同行们需共同努力的方向。本研究就原子吸收光谱法（AAS）与电感耦合法（ICP-AES）相结合的绿色化学法在金矿地质样品分析中的应用进行阐述，以期能为业内提供新思路与参考。

关键词：绿色化学法；金矿地质样品；原子吸收光譜法；电感耦合等离子体发射光谱法

中图分类号：TQ09 文献标志码：A

化学物质一直是引起环境污染的重要隐患之一，其可占到环境总污染的80%～90%。如何有效解决这一迫切问题成为科学界所关注的焦点。传统的溶样技术存在分析周期冗长、成本高且污染严重等诸多弊病。而伴随着科技进步，有学者针对这一问题提出“绿色化学”理念，即“将化学反应的过程变得更为绿色化”，以起到节约资源、优化反应物利用率且最大限度地做到不对环境造成影响等优势作用。本研究以将操作便捷、成本节约且安全性高的绿色化学（如封闭溶矿、高温熔矿、原子吸收光谱法（AAS）与电感耦合法（ICP-AES）相结合）应用于金矿地质样本的实验为例进行论述，以期能为业内提供新思路与参考。

1 实验资料与方法

1.1 仪器与实验试剂

本实验采用的仪器：原子吸收分光光度计（AAS）；电感耦合等离子体光谱仪（用于ICP-AES）；溶样器为封闭式（材料为聚丙烯，可耐高温，带盖）。

试剂选取：Na2O2、HCl、HNO3、KOH与KClO3等分析纯。实验泡沫塑料选取0.15g与0.25g两种规格，以KOH溶液（5+95）浸泡6h后洗净浸水以备用。

1.2 方法

1.2.1 Au测定：对选取的地质矿石化学样品进行分析，取10g置于坩埚中，升温至400℃烧制30min，后升温至660℃持续烧制1h后放置冷却备用。将坩埚中样品转移至溶样器中，加入试剂（以2g KClO3+0.5gNH4HF2配制）摇匀，蒸馏水润湿并摇散。王水试剂（1+1）30mL，加热并保温（于密闭环境中进行，10min加热，20min保温）后取出，待其冷却之后，加蒸馏水至120mL，取泡沫塑料（0.25g规格）加入振荡30min，取出泡沫用水冲洗一分钟，拧出水，放入预先盛有10mL硫脲（1%）的试管中，水浴30min后取出泡沫塑料并冷却至室温方可进行AAS的测定。

1.2.2 化探样本Au测定：取样本10g置于坩埚中，于高温炉中逐渐由低温升至660℃，并保温1h，取出冷却。后取该试样于溶样器中并加水湿润，加入实验试剂（预配制，含王水及FeCl3·6H2O），摇散，加盖密闭水浴加热10min，保温20min后冷却。放入0.15g规格泡沫塑料振荡30min后取出泡沫用水冲洗一分钟，拧出水，放入预先盛有10mL硫脲（1%）的试管中，水浴30min后取出泡沫塑料并冷却至室温用ICP-AES法进行检测。

1.2.3 主量元素测定：取样本0.1g（粒径须<0.074mm，已经经过干燥预处理）置于镍坩埚中，加Na2O2（0.6g）与KOH（0.5g）混合之后，放入马弗炉进行熔融处理（以≤400℃的低温放入为宜，后升至680℃），共计10min，待其冷却后备用。取样本转入塑料烧杯，熔融体提取后以HCl酸化并定容保存。定溶液采用ICP-AES法对其主量元素进行测定。

2 实验分析

传统检测矿石的实验方法中，首先要进行的是氧化除硫，此过程所产生的如HCl与H2S等废气会对我们的环境造成严重污染，对人体健康亦会构成威胁。而采用新的绿色化学方法时，在对矿石样本的元素检测过程当中，虽然同样需要经过氧化除硫的步骤，但其反应是在密闭条件下的高压状态中进行的，既避免了王水在反应过程中出现溅射与干涸，又可使溶矿更为充分，可谓操作便捷且效率高，具备“绿色化学”经济性优势，值得推广。

在绿色化学法中，硫脲的作用于用量均不同于以往。通常，作为酸性介质的硫脲与常见的离子均可以进行化学反应并产生相应的产物，如10mL的硫脲（质量浓度为5%）可以络合<7mg的Ag，而若采用敞口王水样本分解法，在实验过程中，对于特高品位的含Ag样本，仅可采取通过增加HCl浓度这一手段，方能确保样本中Ag被完全转化成[AgCl2]-，部分样品甚至需要用到质量>40%的HCl。

对于Au的样本测定，当硫脲溶液浓度≥15g/L时将会产生大量的S单质，出现堵塞仪器的现象，故为了实验的稳定性及避免对实验结果造成影响，推荐选用10g/L的硫脲作为介质，且Au的测定时间延长（可至积分3s）。

对于实验过程中Na2O2与KOH匹配使用的问题，以往研究中我们多仅单独采用Na2O2，但在样本熔融状态下，该物质存在流动性差，样本提取必须用沸水等问题。而采用KOH，则因其具有挥发性优，熔融状态下流动性优良且仅使用温水就可以提取熔融体等多方面优点。故本研究中我们综合上述二者各自的优点，简化了流程。二者配合使用可同时确保样本分散效果，又可抵消Na与K造成基体干扰的可能，从而使整个实验得到优化。

结语

传统王水分解法用于金矿地质样品的分析时，存在诸多的弊端，如试剂（特别是酸）利用率不高、实验中反应过程难以准确掌控等，甚至对环境极易造成污染。符合“绿色化学”理念的封闭式溶矿法就可以有效的解决上述问题，在整个实验的反应过程中仅有少许NO2释放。对于AAS法与ICP-AES法的联合应用，则可极大地缩短样本分析所需的周期，同时还能够获得具有更高准确度的分析研究成果。

需要提到一点，在采用碱溶体系以对矿石中主量的元素进行测定时，因可能存在成分复杂的富石墨或富硫化物样本，针对此类情况可酌情增加Na2O2的比例，或者采取提前焙烧样本的方法，以避免待测组分的分解不能完全的情况出现。研究人员若选择该分解体系来对矿石当中的金属元素进行检测，建议保证其工作曲线基本匹配，以确保其实验溶液中的硅酸不会影响到实验结果中的测定准确性。

伴随绿色理念的推广，选择成本低廉、易操作且溶（熔）矿效果佳，同时又不会对环境造成恶劣影响的“绿色化学”检测方法尤为必要。NH4HF2-HNO3-HCl-（KClO3）与Na2O2-KOH是目前业内普遍较为推荐的两类体系，其具备可根据样本特点与实验分析所需要求，仅需简单对样本进行两次的处理，又不需要介质的转换的优点。即使对金矿地质样本中18类主量与有价元素共同测定亦可轻松完成。完美解决了传统实验方法操作烦琐，要根据实际情况提出诸多处理预案的不足。

参考文献

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