ICP-AES测定磷矿石中磷、镁、铁、铝、硅的方法研究

刘雨星，邹 娟，杨 清，杨三妹，罗 稳

(中蓝长化工程科技有限公司，湖南 长沙 410116)

磷矿石是生产磷肥和复合肥的主要化工矿物原料，磷矿生产中磷和镁含量是非常重要的硬性指标，镁含量超标不利于选矿装置的生产控制，铁、铝、硅会降低五氧化二磷的转化率从而影响肥料的质量。近年来，磷矿资源被广泛勘探和开发利用，因此，准确快速测定磷矿石的磷、镁、铝、铁、硅对磷矿资源开发利用具有重要的意义。

目前，磷矿中的元素分析通常用重量法、容量法、分光光度法、原子吸收法进行测定[1-2]，方法繁冗费时，难以满足快速分析的需要。近年来发展的ICP-AES具有基体干扰小、灵敏度高、能实现多元素同时测定等特点，在冶金、化工、环保等行业得到了广泛的应用[3-5]，文章采用NaOH碱熔消解样品，用基体匹配法消除Na的干扰，建立了ICP-AES 同时测定磷矿石中的磷、镁、铁、铝硅的方法，方便快捷，适用于磷矿石中上述元素的快速分析。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

iCAP6300电感耦合等离子体发射光谱仪(美国ThermoFisher公司)，仪器工作参数见表1；P、Mg、Fe、Al、Si标准储备溶液(1 000 μg/mL，钢铁研究总院)，使用时逐级稀释，组合配制混合标准溶液；磷矿石国家标准样品(GBW07210，GBW07211)；实验室用水均为高纯二次去离子水，HCl、HNO3为优级纯，其它试剂均为分析纯。

表1 仪器工作参数Tab.1 Working parameters of ICP-AES

1.2 样品处理

1.2.1 湿法消解

称取0.05 g(精确至0.000 1 g)试样于聚四氟乙烯坩埚中，用几滴水润湿，依次加入15 mL HCl，5 mL HNO3，盖上坩埚盖，置于低温电热板上加热至试样溶解并蒸发至快干，取下稍冷，再加入2 mL HNO3，20 mL水，微热使盐类溶解，冷却后转入100 mL聚四氟乙烯容量瓶，用水定容至刻度，摇匀，隔夜放置，过滤后上ICP-AES测定。同时做样品空白试验，得到基体匹配的介质溶液。

1.2.2 碱熔

准确称取0.2 g试样于铂坩埚中，在样品上平铺2 g NaOH，放入马弗炉中，从低温升至630 ℃熔融20 min，取出稍冷后小心放入250 mL烧杯中，加入50 mL热水浸取，放置低温电炉上加热至熔块全部溶解后，用水洗出坩埚，加入HCl加热溶解盐类至溶液澄清，冷却，转入250 mL塑料容量瓶中，用水定容至刻度，摇匀，隔夜放置，过滤后上ICP-AES测定。同时做样品空白实验，得到基体匹配的介质溶液。

1.3 工作曲线

1.3.1 无基体匹配工作曲线

分取不同体积的P、Mg、Fe、Al、Si单元素国家标准溶液(1 000 μg/mL)于100 mL容量瓶中，按表2配制成不同浓度的混合标准系列溶液，介质为水。

表2 工作曲线系列溶液Tab.2 Series of standard solutions used for producing working curves μg·mL-1

1.3.2 湿法消解基体匹配工作曲线

分取不同体积的P、Mg、Fe、Al、Si单元素国家标准溶液(1 000 μg/mL)于100 mL容量瓶中，按表2配制成不同浓度的混合标准系列溶液，介质为10%的湿法消解样品空白母液。

1.3.3 碱熔法基体匹配工作曲线

分取不同体积的P、Mg、Fe、Al、Si单元素国家标准溶液(1 000 μg/mL)于100 mL容量瓶中，按表2配制成不同浓度的混合标准系列溶液，介质为10%的碱熔法样品空白母液。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

该法中待测元素有多条灵敏线，综合考虑各谱线的灵敏度、共存元素干扰、信背比、线性范围，确定选用的分析谱线为P 214.9 nm、Mg 285.2 nm、Fe 259.9 nm、Al 396.1 nm、Si 251.6 nm。

2.2 基体效应

2.2.1 王水消解基体效应

以GBW07210、GBW07211为试样，经王水湿法消解制备的试样溶液，分别用1.3.1和1.3.2绘制的工作曲线上机测定，结果见表3。

表3 王水消解标准样品在不同工作曲线下测定结果比较Tab.3 Comparison of test results of aqua regia dissolved standard samples with two calibration curves

由表3可以看出，标样经王水消解后，分别用无基体匹配和基体匹配的工作曲线进行测定，P、Mg、Fe、Al、Si的测定值非常接近，受基体效应的影响小。与认定值相比较，P、Mg、Fe的测定值与认定值相吻合，Al、Si的测定值低于认定值，说明王水消解试样中的Al和Si未完全溶出，造成结果偏低。

2.2.2 碱熔法基体效应

以GBW07210、GBW07211为试样，经NaOH碱熔制备的试样溶液，分别用1.3.1和1.3.3绘制的工作曲线上机测定，结果见表4。

表4 碱熔标准样品在不同工作曲线下测定结果比较Tab.4 Comparison of test results of alkali fusion standard samples with two calibration curves

由表4可以看出，标样经碱熔后，采用基体匹配工作曲线的测定值均与认定值相吻合，而采用无基体匹配工作曲线的测定值与认定值误差较大，说明试样经碱熔后受基体效应的影响较大，因此，为了消除基体效应影响，需采用基体匹配法。

综合2.2.1和2.2.2，为了减少测定误差，满足同时测定磷矿石中P、Mg、Fe、Al、Si的分析要求，应选择碱熔法消解样品，用基体匹配法测定磷矿石中的P、Mg、Fe、Al、Si。

2.3 线性关系和方法检出限

对碱熔法基体匹配工作曲线系列溶液进行测定，P、Mg、Fe、Al、Si工作曲线的相关系数均大于0.999 8，说明该方法具有良好的线性关系。对试剂空白溶液连续测定10次，以3倍的标准偏差乘以稀释倍数得出方法的检出限。结果见表5。

表5 线性相关系数和方法检出限Tab.5 Correlation coefficients for calibration curves and the detection limit

2.4 加标回收实验

对云南晋宁磷矿石样品1#、2#进行重复6次测定，并作了加标回收实验，结果见表6。由表6结果可见，方法的精密度为0.22%～1.59%，加标回收率为96%～116.4%，说明该方法准确可靠，能满足分析要求。

表6 精密度及加标回收率Tab.6 Precision and adding standard recovery

3 结语

以碱熔法消解磷矿石，采用基体匹配工作曲线消除背景干扰，用ICP-AES能够准确测定磷矿石中磷、镁、铁、铝、硅的含量，该方法操作简单，灵敏度高，分析速度快，且能得到较好的精确度和灵敏度，具有一次溶样可同时测定多种元素的优势。