电感耦合等离子体原子发射光谱法测定白云鄂博富钾板岩中铁、钙、镁、铝和钡的含量

于亚辉,王丽娟,王素梅,张慧珍,张秀艳∗

(1.包头稀土研究院 白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室,包头 014030;2.瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司,包头 014030)

包头白云鄂博富钾板岩属于白云鄂博矿体上部围岩,主要矿物成分为钾长石和白云母,并伴生磁铁矿、石英等脉石矿物,是一类重要的非水溶性钾矿资源。白云鄂博富钾板岩包含的化学元素较为丰富,主要组分为SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3,次量组分为CaO、MgO、Na2O、BaO 等。因此,准确、快速地测定富钾板岩中各种元素的含量,对工艺过程和产品质量的控制具有重要的作用。

目前关于白云鄂博富钾板岩成因分析[1-2]、纯化预处理[3-5]、综合利用工艺和元素含量测定的相关研究较多[6-11]。文献[12]采用原子吸收光谱法测定综合利用富钾板岩矿中K、Na的含量,该方法具有分析快速、操作简单等优点,但是由于K、Na元素含量较高,测定时需要稀释很大的倍数,这会导致较大的测定误差。文献[13]采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钾长石中K、Na、Fe、Ti等元素的含量,此方法具有周期短、分析结果稳定性较好等优点。目前利用ICP-AES 测定Fe、Ca、Mg、Al、Ba的研究较多[14-18],但同时测定富钾板岩中Fe、Ca、Mg、Al、Ba含量的方法未见报道,因此建立一种同时测定富钾板岩中Fe、Ca、Mg、Al、Ba含量的方法十分重要。

本工作用氢氧化钠和过氧化钠熔解富钾板岩样品,盐酸酸化后采用ICP-AES 对富钾板岩中Fe、Ca、Mg、Al、Ba的含量进行测定,该方法具有操作简便、干扰少、多元素同时测定等优点,实用价值较高。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

5110型全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪。

Fe、Ca、Mg、Al、Ba等单元素标准储备溶液:1.00 g·L－1。

混合标准溶液系列:将适量的1.00 g·L－1Fe、Ca、Mg、Al、Ba等单元素标准储备溶液分别转移至一组100 mL容量瓶中,用5%(体积分数)盐酸溶液定容,混匀,逐级稀释,配制成混合标准溶液系列,各元素的质量浓度见表1。

表1 混合标准溶液系列中各元素的质量浓度Tab.1 Mass concentration of each element in mixed standard solution series mg·L－1

钾长石标准物质(GBW 03116),其中Fe2O3、CaO、Mg O 和Al2O3质量分数的认定值依次为0.19%,0.76%,0.054%,18.63%,不确定度依次为0.02%,0.06%,0.011%,0.15%。

氢氧化钠、过氧化钠和盐酸均为优级纯;试验用水为去离子水。

1.2 仪器工作条件

高频功率1 200 W;冷却气流量12.0 L·min－1,辅助气流量1.00 L·min－1,雾化气流量0.70 L·min－1;观测高度8 mm;蠕动泵转速12 r·min－1。Fe、Ca、Mg、Al、Ba等元素分析谱线依次为259.940,396.847,279.553,396.152,493.408 nm。

1.3 试验方法

预先在30 mL 镍坩埚中加入2.0 g氢氧化钠,加热以去除水分。称取富钾板岩样品0.3 g置于镍坩埚中,覆盖2.0 g过氧化钠后,置于750 ℃马弗炉中熔融10 min,冷却至室温。将坩埚和坩埚盖放入盛有120 mL 水的玻璃烧杯中,加热使熔块完全浸出,再加入20 mL盐酸,煮沸并维持2～3 min,以分解过量的过氧化氢。冷却至室温后,将溶液转移至200 mL容量瓶中,用水定容,摇匀。测定时根据待测元素的含量进行稀释,分取溶液使测定值在标准曲线线性范围内。试验分取5.00 mL 溶液转移至50 mL容量瓶中,用水定容,摇匀,按仪器工作条件进行测定,随同试样制备流程空白。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

在ICP-AES测定过程中,结合样品中被测元素含量和样品处理过程中可能引入的元素,分析谱线需满足灵敏度高、无干扰或干扰少、信噪比高的要求。在仪器谱线库推荐的谱线中分别选择Fe、Ca、Mg、Al、Ba的几条分析谱线,分别对50.00 mg·L－1Fe、Ca、Mg、Al、Ba等单元素标准溶液进行图谱扫描,根据各谱线轮廓和发射强度,试验选择的待测元素的分析谱线依次为259.940,396.847,279.553,396.152,493.408 nm。

2.2 干扰试验

元素干扰是ICP-AES测定元素含量时产生误差的主要因素之一,为保证结果的准确性,需要进行干扰校正试验。在选定的仪器工作条件下,试验考察了共存元素对待测元素测定的影响。结果表明,在待测元素测定值的相对误差±5%内,100 倍的Ni、Na、Si、Al、K,50 倍的Mg、Ca、Fe、Ba、Ti、S,20倍的Be、B、V、Cr、Co、Zn、Pb、Cu、Sn、Rb、Sr、Ag、Au、U 不干扰测定。可见,该方法具有良好的选择性。

2.3 标准曲线、检出限和测定下限

按仪器工作条件对混合标准溶液系列进行测定,以各元素的质量浓度为横坐标,其对应的发射强度为纵坐标绘制标准曲线,线性回归方程及相关系数见表2。

按照试验方法,对11个空白样品进行测定,计算测定值的标准偏差(s),以3倍的标准偏差确定方法的检出限(3s),以10倍的标准偏差并结合称样量及稀释倍数确定方法的测定下限,结果见表2。

表2 线性参数、检出限和测定下限Tab.2 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.4 精密度和准确度试验

包头白云鄂博富钾板岩的主要成分为钾长石和白云母,由于目前仅有钾长石标准物质而尚无富钾板岩标准物质,所以按照试验方法对钾长石标准物质(GBW 03116)和富钾板岩样品中Fe、Ca、Mg、Al、Ba 元素含量进行测定,并换算为Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3和BaO 组分的含量,考察此方法的精密度和准确度。每个样品平行测定11次,并计算测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

由表3可知:GBW03116 中Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3、BaO 组分的测定值与认定值相符,说明方法准确可靠。GBW 03116和富钾板岩样品中各组分测定值的RSD 为0.45%～7.0%,说明该方法具有较好的精密度。

表3 精密度和准确度试验结果(n＝11)Tab.3 Results of tests for precision and accuracy(n＝11)

2.5 回收试验

为了进一步校正待测元素受基体效应的影响,对钾长石标准物质(GBW 03116)和富钾板岩样品进行加标回收试验,结果见表4。

表4 回收试验结果Tab.4 Results of test for recovery

结果表明:Fe、Ca、Mg、Al、Ba元素的回收率为95.2%～100%;基体效应对Al的测定结果影响较大,富钾板岩中Al含量通常较高,因此在实际应用中,要随批测定Al的回收率,以便于校正Al的结果。

本工作用氢氧化钠和过氧化钠熔解富钾板岩样品,盐酸酸化后采用ICP-AES测定富钾板岩中Fe、Ca、Mg、Al、Ba的含量。该方法具有较好的准确度和精密度,为富钾板岩中Fe、Ca、Mg、Al、Ba含量的测定提供了一种简便、快速、准确的方法。