不同含量铜矿物分析方法的研究

2020-07-25张鈜扬

化工设计通讯 2020年8期

张鈜扬

（安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽铜陵 244000)

1 概述

铜是人类最早使用的元素之一，在自然界中分布很广，其地壳丰度在0.01%左右，在史前，人类就使用铜制造武器和器皿，到商周时期，青铜文化到达了巅峰，出现了以司母戊鼎为代表的一大批美丽的青铜器。铜延展性好，导电性仅次于银，在电力行业有着重要作用，导热性强是高级散热器的主要材料。在国防、交通、工业设备和医学等方面也有着广泛的用途，自然界中的铜主要以化合物形态存在，常见铜矿石以铜的硫化物和氧化物形态出现，个别铜矿中会有自然铜的出现。铜矿石中铜含量差异很大，要精确测定铜矿石样品铜的含量，选择合适的方法尤为重要。

2 不同含量铜矿物分析

2.1 常见铜元素分析方法

（1）光度法如铜试剂萃取光度法；

（2）极谱法如氢氧化铵-氯化铵底液极谱法；

（3）光谱法如原子吸收光谱法；

（4）滴定法是目前对较高含量铜测试的主要方法，常见有碘量法和碘氟法，其中碘量法使用广泛；

（5）重量法是一种古老的分析方法，常见的有点解重量法。321地质队化验中心实验室常用的分析方法为碘量法和原子吸收光谱法。

2.2 碘量法

容量法中碘量法使用最为广泛，碘量法又分为长碘量法和短碘量法[1]。长碘量法的原理是试样分解后，分离富集铜，再次溶解后，使用淀粉指示剂用硫代硫酸钠滴定，对于滤液中的铜使用原子吸收光谱法分析，通过两者相加获得总铜含量。短碘量法只对溶解后富集的铜使用硫代硫酸钠滴定。长碘量法测量结果更为准确但是操作流程较长，短碘量法操作简便，尤其对设备要求简单，使用广泛。如图1所示。

图1 碘量法分析流程

2.3 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是利用空心阴极灯发出的特征辐射光，铜原子的特征波长为324.8nm，被火焰原子化器的铜原子基态原子吸收，被吸收的吸光度值与溶液中的铜含量成正比。以已知的铜标准溶液浓度作为横坐标，吸光度值作为纵坐标，通过一次拟合或者二次拟合的方式建立特征曲线标，根据试样的吸光度值，计算出铜的含量。

3 实验部分

3.1 主要仪器与使用的试剂

原子吸收分光光度计：北京海光GGX-600型，波长为190～ 900nm，配铜空心阴极灯，光谱带宽自动切换，氘灯扣背景；电子天平：ME2004型，精确到0.000 1g；高纯铜片：纯度≥99.99%；硝酸（p=1.42g/mL）；乙酸-乙酸铵缓冲溶液（300g/L）；高纯水；碘化钾溶液（400g/L）；高纯乙炔；盐酸（p=1.19g/mL）；冰乙酸（p=1.05g/mL）（试剂出特别标注外均为分析纯）。[2]

3.2 碘伏法和原子吸收法对比

本次实验选用了编号为KY-1和KY-2的两个样品，铜含量分别为17.12%和0.96%，下面通过两种方法的对比实验来分析方法适用性。

碘量法称取样品0.500 0g，精确到0.000 1g，通过盐酸低温加热去硫，再加入硝酸溶解铜和铜的化合物，加入氨水破坏硅酸盐，加入氯化铵-氢氧化铵小体积沉淀分离出干扰元素，萃取富集铜，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠溶液滴定。

原子吸收法称取0.100 0g试样（精确至0.000 1g，称样量视铜含量而定），使用盐酸硝酸溶解后蒸干，加入使用1+1盐酸溶解定容至50mL容量瓶中，摇匀，澄清后按标准曲线分析步骤，测得铜含量，每个样品重复检验5次。

对于含量为17.1%的KY-1号样品，火焰原子吸收法吸光度值过大无法直接测量出结果，试验中对其再次稀释20倍，使用5mL移液管分取至100mL容量瓶中。碘量法和原子吸收法实验所得结果见表1。

表1 KY-1号样品分析结果

从表1看出，对于铜含量较高的KY-1号样品，碘量法更为稳定，最大值为17.15%，最小值为17.10%，平均值为17.13%。滴定终点的误差仅仅相差一滴左右。而原子吸收法最大值17.36%，最小值16.85%，由于稀释倍数大，放大的误差，导致结果波动很大，虽然平均值与真实结果较为接近，但单次检测偏离较大。对于高含量的铜矿样品，碘量法比原子吸收法更加可靠。

而对于含量较低的KY-2号样品，由于铜含量低，滴定终点的判断尤为重要多一滴和少一滴对结果的影响十分巨大，此时原子吸收法5次检测结果的差距仅有0.01%，对比碘量法0.15%最大偏离，原子吸收法的优势巨大。原子吸收法较碘量法简便易操作，能够极大地提高实验室分析测试的效率，且通过分光光度计能够减少因为实验员技术水平和判断带来的误差。如表2所示。

表2 KY-2号样品分析结果

继续对两种方法适用的含量界限进行探讨。首先尝试通过减少对原子吸收的取样量来测量KY-1号样品，发现继续减少取样，称量带来的误差较大，较少的取样量也不能保证足够的代表性。而加大对碘量法的取样会导致样品处理过程变长，试样消解效果不理想。

将KY-1与KY-2各称取100g，混合通过棒磨机棒磨40min，此时所得样品编号为KY-3的样品含铜量大约在9.04%，此时再进行两种方法的对比实验，分析结果，如表3所示。

表3 KY-3号样品测量结果

结果发现KY-3号样品碘量法的最大值为9.06%，平均值为9.03%，终点判定误差很小。而原子吸收法由于稀释倍数的减少相较于KY-1号样品，偏离度明显变小，最大值为9.12%，最小值为8.96%，平均值为9.05%。虽然结果上仍然是碘量法更为稳定，但是生产中可对于此类样品可以使用原子吸收法，通过采用双样的方式分析，分析结果可行。