碱熔ICP-AES法测定钛精矿中7种有害杂质元素含量

孟丽丽

（山东省冶金科学研究院有限公司，山东 济南250014）

1 前 言

钛精矿是最丰富的钛矿物，且作为初始原料在用于硫酸法和氯化法的所有钛原料中，所在比重超过80%。钛精矿是生产钛白粉和海绵钛的主要原料，随着相关产业的快速发展，对钛精矿的需求显著增加。钛精矿中有一些有害杂质，如硅和铝是泥沙的成分，在酸解时会生成硅酸和铝酸盐胶体，影响钛液质量、净化和沉降；钙和镁酸解后会变成体积庞大的硫酸盐沉淀，影响残渣的沉降和钛液的回收；磷和硫含量高，不及时排出会造成排气不畅造成阻塞；铬和钒的含量高到一定程度时，会影响钛白粉的色泽。这些杂质会影响钛白粉的产品质量，各单位在原材料质量控制时要对其进行测定。

目前钛精矿中7 种有害杂质元素含量的化学分析均采用行业标准方法，其中CaO、MgO 采用EGTA-CyDTA 滴定法测定；Al2O3采用 EDTA 容量法；P2O5采用铋磷钼蓝光度法测定；Cr2O3采用二苯基碳酰二肼光度法；V2O5采用三氯甲烷萃取-钽试剂分光光度法；而对于SiO2元素经查证目前尚无标准的测定方法。以上各方法分析费时，步骤繁琐。本文研究了用碱熔ICP-AES 法测定钛精矿中7 种有害杂质元素含量的条件，确定了最佳的熔融条件及仪器测定条件，显著提高了分析的速度、精密度和准确度，分析结果令人满意。

2 实验部分

2.1 主要仪器及工作参数

电感耦合等离子体发射光谱仪（ARCOS SOP德国斯派克）。

仪器工作参数：等离子体功率1 400 W；氩气压力0.8 MPa；雾化器流量0.80 L/min；冷却气流量13.00 L/min；辅助气流量1.00 L/min；积分时间40 s。

马弗炉（5E-MF6100）；电子天平（BSA224SCW）；纯水机（H2O-MM-UV-T）。

2.2 试 剂

硫酸（1＋9）；混合熔剂：两份无水碳酸钠与一份硼酸研细混匀；过氧化氢（30%）；高纯氩（体积分数＞99.99%）；实验用水为高纯去离子水。

2.3 标准储备溶液

硅标准溶液1 000 ug/mL（SDS130140）；钙标准溶液1 000 ug/mL［GBW（E）080555］；镁标准溶液1 000 ug/mL［GBW（E）080554］；铝标准溶液1 000 ug/mL［GBW（E）080559］；磷标准溶液100 ug/mL［GBW（E）081293］；铬标准溶液100 ug/mL［GBW（E）081280］；钒标准溶液 100 ug/mL［GBW（E）081304］；铁基体匹配用标准溶液10 mg/mL（SDS131262）；钛基体匹配用标准溶液10 mg/mL。

2.4 实验方法

2.4.1 试样前处理实验条件选择

1）熔剂用量的选择。称取0.200 0 g 试样于铂金坩埚中，分别加入1.0、1.5、2.0 g 无水碳酸钠＋硼酸（2＋1）混合熔剂混匀，再覆盖0.5 g。将坩埚于低温放入马弗炉内，升至950 ℃熔融15～20 min。取出，稍冷，以硫酸（1＋9）浸出后，实验表明1.5 g试剂熔融浸出样品未溶解完全，2.0 g 及2.5 g 均能溶解完全。若溶液中盐类太高，进行ICP-AES测定时会堵塞矩管，进而影响测定，对仪器造成损害。故在保证样品熔融完全的前提下，尽量选择低盐熔融，选择加入2.0 g混合熔剂进行熔融［1］。

2）浸出酸及酸度选择。试样采用无水碳酸钠＋硼酸（2＋1）混合熔剂熔融后，对于浸出酸的选择和用量进行了实验。浸出酸分别用盐酸和硫酸进行实验，结果表明，用盐酸浸出，样品中二氧化钛水解易析出，故选择硫酸浸出。然后对硫酸用量进行了实验，分别加入80 mL 硫酸（1＋9）、100 mL 硫酸（1＋9）、120 mL 硫酸（1＋9）浸出样品。结果表明，80 mL 硫酸（1＋9）浸出样品不完全，100 mL 硫酸（1＋9）、120 L 硫酸（1＋9）均能保证样品酸化完全。考虑到酸用量过少样品溶解不好，溶解酸度过大会影响溶液的黏度，影响进样速度及雾化效率，进而导致谱线强度的变化，故采用100 mL 硫酸（1＋9）左右为宜。

3）样品处理。称取0.200 0 g 试样于铂金坩埚中，加入1.5 g无水碳酸钠＋硼酸混合溶剂（2＋1）混匀，再覆盖0.5 g。将坩埚于低温放入马弗炉内，升至950 ℃熔融15～20 min。取出，稍冷，将坩埚放入预先置有100 ml硫酸（1＋9）的烧杯中，低温加热至熔融物全部浸出溶解。用水洗净坩埚，取出。若溶液呈红色是生成MnO2，加1～2滴过氧化氢（30%）还原MnO2沉淀并于电炉上煮沸赶尽过氧化氢后，取下冷却至室温后移入250 ml容量瓶中，以水稀释至刻度混匀备用，随同试样做空白实验，在ICP-AES（电感耦合等离子体发射光谱仪）上进行测定。

2.4.2 工作曲线绘制

于空白试液中加入标准溶液，在选定的最佳仪器条件下将系列标准溶液引入等离子体中，运行分析程序，建立工作曲线，以谱线强度值为y轴，分析元素的浓度为x轴，由仪器配套的计算机程序软件自动给出线性相关系数（＞0.999），系列溶液工作曲线见表1。

表1 系列工作曲线 ug/mL

3 结果与讨论

3.1 基体效应的消除

试液基体的不同将导致结果不一致，基体对谱线强度有影响，一般会叠加加强。故配制混合标准液时，应加入与试样中含量接近的铁基体匹配标准溶液及钛基体匹配标准溶液进行基体匹配，有效地消除基体效应。

3.2 分析谱线的选择

在发射光谱仪的谱线库中查看各元素的强度信息和谱线干扰，根据样品的含量高低，选择强度适宜的谱线。将所测定的系列工作曲线标液进行谱图叠加，选择干扰少的谱线作为分析谱线，并进行了背景校正，故本法选择的最佳分析谱线波长见表2［2］。

表2 分析谱线波长 nm

3.3 检出限及测定下限

空白进行了10 次测量，得到检测结果见表3。以试剂空白溶液10 次测定结果的3 倍标准偏差作为检出限，10倍标准偏差作为方法的测定下限。

表3 检出限及测定下限 %

4 精密度、准确度及回收率实验

正确度和精密度。对编号为GBW（E）070175的钛铁矿标准物质进行10 次测量，结果如表4 所示。各元素平均测定值与标准值之差均不大于标准值的不确定度，计算各元素的相对标准偏差（RSD），证明本实验室运用该标准检测具有较高的正确度和精密度。

回收率：以GBW（E）070175的钛铁矿标准物质为基体，分别加入标准溶液，按照标准进行测定，分析结果如表5所示。

通过加标回收实验计算各元素的回收率在98.0%～102.5%，符合95%～105%的基本要求，证明本实验室运用该标准检测回收率良好

5 结 论

5.1 在选定的条件下，对熔剂用量、浸出酸选择及用量、谱线的选择、基体的干扰做了大量实验，对钛精矿中7种有害杂质元素进行了同时测定。

5.2 本方法具有灵敏度高、试剂用量少，线性范围宽等优点。方法检出限低，精密度高，结果准确可靠。极大缩短了检测时间，提高了工作效率。

表4 正确度和精密度试验 %

表5 回收率试验 %