2019—2020年中国金分析测定的进展
2022-02-20陈永红孟宪伟王立臣
陈永红 孟宪伟 王立臣
摘要:通过查阅2019—2020年国内发表的金分析测定文献,分类综述了这2年金分析测定的进展,主要包括含金矿物加工制备、金的分离富集、火试金法和不同含金物料中金量的测定方法等,并对金分析方法的研究发展方向提出建议和展望,引用文献108篇。
关键词:金;试样处理;分离富集;分析测定;综述
中图分类号:O655O614.123文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):
文章编号:1001-1277(2022)01-0105-08doi:10.11792/hj20220118
引言
黄金是人类较早发现和利用的金属,具有诸多优良的特性,在国民经济和人民生活中有广泛的应用。由于稀少、特殊和珍贵,黄金有着“金属之王”的称号,享有其他金属无法比拟的声誉。黄金不但具备商品属性,而且兼具金融及货币属性。2020年新型冠状病毒在全球爆发,不仅让世界各国人民的生命健康受到了威胁,同时也给全球经济带来了阴霾,全球范围内各主要国家/经济体为了应对经济下滑的压力并刺激经济复苏,开启了降息及量化宽松货币政策。受此影响,2020年黄金价格一路攀升,上海黄金交易所黄金价格在当年8月7日达到了449元/g的历史极值,充分证明黄金拥有投资、防通胀和避险三大功能,在经济充满不确定性时期,黄金依然为市场所青睐。
在现代工业的诸多领域,黄金因自身优异的理化特性,在仪器仪表、航空航天、电子、导电、电子浆料、润滑材料及工业催化等领域,均发挥着不可替代的重要作用,成为现代工业极其重要的材料。随着经济快速发展,国内黄金首饰、工艺品及器皿等黄金制品的消费量位居世界前列,常年维持在较高水平。据中国黄金协会统计数据:2020年,全国黄金消费总量821 t;其中,黄金首饰消费量490.6 t,金条及金币消费量246.6 t,二者占国内黄金消费总量的89.8 %。国内黄金首饰加工企业为了竞争黄金消费领域最大的一块蛋糕,纷纷在黄金首饰的款式、造型、色泽、加工工艺及文化创意等方面不断推陈出新,以满足不同消费者的需求,从而赢得更多的客户。
从黄金分析测定角度来看,位于黄金产业上游的地质找矿、采矿、选矿、冶炼、精炼及位于下游的各类黄金加工等环节,会产生对化探样、矿石、精矿、冶炼中间产品、金锭、金饰品/制品等样品进行分析测定而获得相关检测数据的需求,这些检测数据应用于找矿、核算金属量、调整生产流程、判定产品合格与否等方面,均起到关键性作用,这同时也对黄金的分析测定提出了更高的要求。
本文依据2019—2020年国内期刊发表的关于金分析测定方法的相关文献,对过去2年内金分析测定的进展概况进行综述,并对黄金行业分析技术的发展方向作出展望。
1含金矿物加工制备
对于基质不同的各类含金矿物样品,如何通过实验来确定合适的样品加工设备及制样流程,将矿物加工为粒度、均匀性及代表性良好的待测样品,一直是获得准确、可靠检测数据的必要条件[1-3]。黄金具有延展性强且不易破碎的特点,尤其对于存在自然金的矿石,因自然金粒度差异较大且在矿石中分布不均匀等不利因素,给含金矿物样品加工带来了极大挑战[4-5]。
邵淑云等[6]在长期岩金矿石样品制备过程控制实践中,总结出了样品加工代表性控制、均匀性控制、样品制备流程及操作等过程控制要点:①无论是粗碎、中碎,还是筛分工序,过大粒度矿块及筛上物均不应丢弃,需反复全部破碎;②因粗碎时样品蹦跳、细碎时排风机除尘,以及碎样设备黏结、残留等都会引起损耗,而样品损耗会影响样品的代表性,所以应严格控制样品损耗;③细碎后的样品要做过筛检查,目的是保证样品粒度,以确保样品缩分后的代表性;④制样过程往往是不可重复的,在制样的每一道工序,均应认真核对样品编号。夏珍珠等[7]研究了以中粗颗粒自然金为主的金矿石加工流程,发现該类矿石通过粗碎、中碎设备选型提高质量或效率存在较大难度,应主要集中在通过细碎设备选型提高质量或效率;试样分别采用圆盘细碎机、密封细碎机、棒磨细碎机加工,加工粒度不大于0.074 mm,采用统一的检测方法检测样品中金量,结果表明圆盘细碎机加工的样品金检测结果相对标准偏差较小,主要原因为圆盘细碎机工作时圆盘可以对延展性好的金产生良好的切割力,保证了样品均匀性,因此为保证加工质量,选择圆盘细碎机作为细碎设备。
针对不同类型的含金矿物,实验室应通过开展相关样品加工实验,确定适用的样品加工流程,并建立实用可操作的样品加工作业指导文件,指导样品加工人员科学有效地开展相关工作,确保样品加工过程规范、避免污染/损失,为样品检测工作奠定良好基础。
2金的分离与富集
在对含金矿物中金量进行分析测定时,因样品中金量一般在10-9~10-4数量级,通常不能直接对样品中金进行测定,需要通过特定前处理方法将金先行富集,再选择适用的检测方法进行测定。富集样品中金的过程是金与其基质分离的过程,也是金与干扰元素/因素分离的过程,故测定含金矿物中金量时,一般要先经过分离富集,以保证样品中金量测定的准确度。常用含金矿物的分离富集方法[8-9]包括火试金法、活性炭吸附法[10]、泡沫塑料吸附法[11-13]、离子交换法、沉淀/共沉淀法及溶剂萃取法等。
杨升[9]研究发现锑金样品不经前处理而直接酸溶时烧杯底部有结块现象,表明样品无法被王水完全溶解,同时锑在溶样时发生水解,生成的白色锑化合物水解产物吸附了部分金至沉淀中,金回收率随着锑含量的增加而降低;通过向样品中加入氯化铵阶梯升温焙烧后,样品呈蓬松状态,形成了多孔、渗透性好的焙砂,金组分转为凝聚相的金属氯化物,铵盐呈气态释放,锑化合物与氯化铵络合而未发生水解,金与王水完全反应,提高了金溶出率。马怡飞[13]发现采用普通泡沫塑料吸附法测定钨矿石中金量结果偏低,这是因为钨矿石经酸溶后,在溶液中形成WO-2,与溶液中AuCl-在泡沫塑料吸附过程中产生了竞争性吸附,同时溶液中钨酸胶体沉淀阻塞了AuCl-自由进出泡沫塑料的通道,这2个因素致使金的检测结果偏低;采取3种措施提高金回收率:在吸附金过程中采用二苯硫脲负载泡沫塑料代替普通泡沫塑料;样品溶解后定容,并分取上清液进行振荡吸附金(以避免钨酸胶体占据泡沫塑料吸附位点,同时尽可能降低钨酸离子浓度);金解吸采用无臭灰化法替代硫脲解吸法;通过实施这些改进措施,泡沫塑料吸附法测定钨矿石中金量的准确度得到了有效保证。王冀艳等[14]采用金活动态提取技术(该方法是地球化学探测技术的前沿技术)寻找隐伏金矿,使用5 g/L柠檬酸铵-2 g/L硫脲-5 g/L硫代硫酸钠作为提取剂,提取剂与土壤中黏土矿物及次生矿物作用促使吸附和可交换组分中金进入提取液,提取时间为24 h,在酸性硫脲介质条件下采用活性炭富集金;该方法应用于森林沼泽景观区黑龙江东安金矿区地球化学探测,效果良好。
分析测试人员应能根据待检测样品的性质,选择适合的分离富集方法,最大程度降低样品基质及其他元素对检测结果的干扰,尤其对于性质不熟悉的样品,分析测试人员更应充分研究样品中金分离富集方法,保证含金矿物中金量的准确测定。
3火试金法
火试金法因取样量大、取样代表性好、富集效率高、适用范围广、检测结果准确稳定、可与其他检测方法联用等特点,一直以来是黄金分析方法中最重要的方法,也是国内外实验室公认检测黄金最权威的分析方法。常用的火试金法包括:铅试金、铋试金、锡试金、锑试金、硫化镍(镍锍)试金、硫化铜试金、铜铁镍试金、铜试金、铁试金等,其中铅试金及硫化镍(镍锍)试金应用最广泛。
火试金法已在地质找矿、含金矿物检测、金银物料检测、金银首饰检测、铂族元素富集等领域成为不可替代的分析测试方法,火试金工作者也一直在努力提升火试金(重量)法在不同检测领域的适用性,提升火试金法检测的准确度。刘旭坤等[15]采用火试金二次造渣法和直接灰吹法测定选矿过程中产生的中间产物——金泥中金量时,发现二次造渣法存在分析流程长、检测成本高、劳动强度大等缺点,直接灰吹法存在一次灰吹后灰皿中残余的金未回收,容易造成测定结果偏低问题;针对这些問题,采用一次灰吹、一次造渣的方法,即将一次灰吹中使用的灰皿研磨后放入坩埚再次造渣,合并一次灰吹和一次造渣灰吹获得的金银合粒后测定金量,该方法既减轻了分析过程中的劳动强度、缩短了分析时间,又提高了分析结果的准确度。邵坤等[16]研究了小铅试金留铅灰吹法富集痕量贵金属(金、铂、钯等),之后电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行测定。通过在火试金熔炼阶段采用碲代替贵金属(如银、铂等)作为火试金灰吹阶段的保护剂,以减少灰吹阶段金及其他贵金属元素的损失,分析结果明显改善,且小铅试金法取样量较少,熔剂用量少,可在小型马弗炉中操作,环境影响小。常用的铅试金和镍锍试金不能满足铅精矿中金、银及铂族元素同时测定的要求。李志伟等[17]采用锡试金富集,盐酸溶解锡扣,王水溶解所得贵金属沉淀物,之后采用电感耦合等离子体质谱法同时测定铅精矿中金、银及铂族元素,在试金配料中增加了硝酸钠,用于调整试金体系的氧化还原反应,引入铁粉改善锡扣在盐酸中的分解能力,并增强了对金、银及铂族元素的捕收能力,同时使用锡及铁2种捕收剂,捕收效率高,适应能力强,可推广到其他岩石矿物的贵金属元素分析中。
在采用火试金法分析测定样品中金量时,样品合理配料后进行高温熔融,能够将样品中无法通过酸溶彻底消解的金完全暴露出来(如硅酸盐包裹的金)并被捕收,为后续金的准确测定扫清障碍,因此单从金分离富集的效果来讲,火试金法拥有其他方法无法比拟的优势,但火试金法也存在全流程时间长、劳动强度大、工作环境不友好等缺点。为了解决上述问题,长春黄金研究院有限公司经过充分论证,结合火试金检测特点,设计开发了“火试金自动化检测系统”,经过调试后成功实现实际应用,大幅度提升了火试金检测效率,同时降低了分析测试人员的劳动强度并减少了暴露在不友好工作环境的时间。该系统的应用标志着火试金检测正式进入了自动化时代。
4含金矿物中金量测定
4.1地质样品
地质样品按性质可分为土壤、沉积物、岩石、矿石等类别,按地质工作的目的可分为地球化学调查样品、区域地质调查样品、矿产地质勘查样品等类别,金量测定是地质样品检测中必不可少的项目。地质样品中金品位一般介于10-10~10-6数量级,为了获得准确的检测数据,金分离富集是必不可少的过程[18-20],常用的分离富集包括泡沫塑料吸附[21-22]、活性炭吸附[23]、巯基棉吸附[24]。分析测试方法主要包括石墨炉原子吸收光谱法[25-26]、电感耦合等离子体质谱法[27-29]、原子荧光光谱法[30]、分光光度法。对于金品位相对高的样品采用火焰原子吸收光谱法(FAAS)[31]、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、滴定法、火试金(重量)法测定。
邱红绪等[32]采用蒸汽加热消解法代替常见的电热板消解法、水浴消解法及微波消解法对地质样品进行消解,并用2块泡沫塑料分2次吸附消解后样品溶液中痕量金,结果表明:采用蒸汽加热消解法得到的金测定结果与电热板消解法相同,但蒸汽加热消解法能够明显节约电力能源并有效降低外来污染;选用化探金标准物质为实验对象,在吸附时间相同的条件下,分2次投入2块泡沫塑料进行吸附,金回收率为97 %~101 %,比一次投入2块泡沫塑料的金回收率(87 %~92 %)高;采用先在180 ℃灰化20 min,再经50 min升温至700 ℃灰化1 h的方法对载金泡沫塑料进行灰化,金回收率稳定在100 %左右。杨武等[33]针对较偏远、无条件建立实验室或送样周期比较长的找矿区域,采用蒸锅水浴密闭溶样,泡沫塑料手工振荡吸附金,目视比色法测定样品中金量,研究结果表明:该方法可应用于无电区域金矿找矿,其成本低、简便、分析周期短并可大幅度节约测试成本,缩短找矿周期,可为地质找矿提供有效的野外分析方法和技术支撑。申玉民等[34]针对火焰原子荧光光谱法(FAFS) 测定地质样品中痕量金的灵敏度好、稳定性高及线性范围广,但在测定时干扰极为严重这一现实问题,提出采用低背景泡沫塑料进行分离富集,减小测定背景值;以3 g/L硫脲-1 %盐酸作为解脱液,可有效消除仪器记忆效应;5 μg/mL Fe3+溶液可有效去除铁对0.5 ng/g以下金的干扰,通过对痕量金国家标准物质的测定及与 ICP-MS法测定结果的比对验证,确认该方法测定痕量金的结果准确、稳定。
对于地质样品中金量的测定,尤其是地球化学调查样品及区域地质调查样品,单批次检测的样品数量多达千件,此时能否进行批量前处理(溶样、富集及解吸等流程)成为评价检测方法适用性的首要条件,次要条件是方法所选用测量仪器本身的性能(如检测限、稳定性、测量范围及精密度等),能满足上述2个条件且在实际中广泛应用的是泡沫塑料富集—电感耦合等离子体质谱法及泡沫塑料富集—石墨炉原子吸收光谱法。
4.2含金矿石
国内黄金产量在2016年达到453.4 t的历史峰值后便呈逐年下降趋势,2020年全年黄金产量为365.3 t[35],虽保持了黄金产量连续14年全球第一,但可以看出黄金生产后劲稍显不足、黄金增产存在一定困难,这其中的影响因素是多方面的,含金矿石年开采总量及金平均品位下降是重要影响因素。同时,黄金作为国家战略性资源,其重要性不言而喻,如何科学地克服或减缓黄金产量连年下降问题,是当代黄金人应有之责任。作为分析测试人员应努力为采矿、选矿等上游生产流程优化提供准确可靠的检测数据,助力黄金产业的有序发展。
对于含金矿石样品中金量的测定,因其品位多为10-6数量级,常用的分离富集手段包括活性炭吸附[36]、火试金富集[37-40]、泡沫塑料吸附[41-44],检测方法包括火试金(重量)法、火焰原子吸收光谱法[45-47]、滴定法、电感耦合等离子体原子发射光谱法[48-49]、电感耦合等离子体质谱法[50-51]。黄登丽[52]采用泡沫塑料吸附—火焰原子吸收光谱法测定高品位金矿石中金量,鉴于样品中金无法通过1块泡沫塑料完全吸附,遂采用多次吸附法(使用泡沫塑料对样品消解后的溶液进行至少2次吸附)和分液法(样品消解并定容后,分取上清液进行金的振荡吸附)2种方式比较金吸附率,结果表明:2种方法都可以准确检测高品位金矿石中金量;当样品中金量低于50 μg/g 时分液法的精密度优于多次吸附法,样品中金量高于50 μg/g时多次吸附法的精密度优于分液法。刘志仓等[53]研究了矿石样品经王水消解后,溶液不经分离富集直接定容,分取上清液用乙酸丁酯-二苯硫脲进行萃取,之后火焰原子吸收光谱仪进行测定;该方法具有简便、快速和选择性高等特点,也可对大批量样品进行检测,但随着环保要求的提高,有机相废液需要集中无害化处理。程相恩等[54]建立了称量分液—火焰原子吸收光谱法测定高品位金矿石中金的分析方法,该方法改变了使用移液管分取试液的传统方法,使用电子天平来称量样品消解后的试液质量(先称量空锥形瓶质量,待样品消解完成后再称量锥形瓶及溶液的总质量,差减得到试液质量),再称量分取试液质量(另取一只磨口锥形瓶,放置在电子天平上,去皮后得到分取试液质量),实验表明:采用称量分液法比传统分液法的相对误差小,且操作更为快速、简便,金矿石取样量可以达到40 g或更高,使样品更具代表性。秦月兰等[55]对比了火试金富集与泡沫塑料吸附2种富集方式,发现泡沫塑料吸附法耗时短、成本低、污染少、分析速度快,但精密度较低;火试金富集虽成本较高,但精密度高,富集效果更好,且结果更加准确可靠。
准确检测含金矿石中金量对黄金矿山企业具有重要意义,一方面为黄金矿山企业确认金属保有量提供检测数据;另一方面选矿回收率的准确计算也依赖于金矿石中金量的准确测定。因此,黄金矿山企业应充分重视含金矿石中金量检测能力建设及保持,即重视化验室的建设与管理。
4.3精矿
从对金分析测定角度来看,检测含金精矿中金量与检测含金矿石中金量所使用的方法基本相同,但各类含金精矿中金品位较含金矿石一般有了数量级提升,故对检测数据是否准确可靠也有了更高的要求。对于含金精矿中金量的检测方法主要包括火试金(重量)法[56-57]、火试金富集—FAAS法、火试金富集—ICP-AES法、活性炭吸附—FAAS法[58-62],而泡沫塑料富集—FAAS法使用相对较少。随着国内铜冶炼企业不断发展,以及国内对有色金属资源需求的不断增加,高品质铜精矿资源日趋紧张,铜冶炼企业为了满足生产需求,大量购买伴生元素较复杂的含铜物料(如铜矿石、铜精矿及铜锍等),而样品复杂程度的增加,给火试金检测过程带来了大量干扰元素,严重影响火试金检测的可靠性。赖承华[56]针对火试金检测复杂样品时存在的问题进行了相应的调整:对于含硒、砷、锑高的硫化铜精矿,采用高温焙烧法去除样品中的杂质元素,当温度为600 ℃~700 ℃时,硒、砷、锑在焙烧过程中挥发除去;对于难熔金属化合物(如MgO、AlO及FeO等)多的硫化铜精矿,在熔融过程中存在熔渣黏度大、流动性差、铅渣分离难、渣中易含有粒状铅等问题,通过在火试金配料过程将样品称样量降到5~10 g,有效减少了难熔杂质对火试金的影响,同时将氧化铅用量增加到150 g以上,降低了熔渣的熔点。张全胜等[57]对铜精矿样品进行焙烧以除去样品中大量的硫,通过实验确定焙烧温度为750 ℃、焙烧时间为60 min,并采用二次试金的方式回收熔渣及灰皿中残留的金,以对金的检测结果进行补正,经大量实验证明该方法取样量大、代表性好、精密度好,能满足铅精矿和铜精矿中金和银的测定要求。
含金精矿是国内矿山与冶炼企业进行贸易的主要产品,检测数据与买卖双方的经济利益直接相关,故双方对于检测数据的准确度均极为重视。当有一方对数据不满意时,双方一般会共同委托第三方检验检测机构对样品进行检测,这就要求第三方检验检测机构具备较强的技术能力,能选择适合的检测方法且要公平公正地开展检测工作,为买卖双方出具真实可靠的检测数据。
5其他含金物料中金量的测定
5.1冶煉中间产品
国内生产黄金的主体为黄金矿山及配套的黄金冶炼企业,同时有色金属企业在冶炼生产过程中回收的伴生金,也是黄金的重要来源。随着冶炼工艺的革新,传统黄金冶炼企业有部分转型为以生产黄金及铜相关产品为主的新型冶炼企业,冶炼中间产品(如冰铜、粗铜、铜阳极泥、粗银、粗铅、冶炼炉渣及冶炼烟尘等)大部分具有贸易价值且实际交易也比较活跃,准确测定冶炼中间产品中金量对于促进公平交易具有重要意义。对于冶炼中间产品中金量的检测方法[63-64]一般以火试金富集法为主,包括火试金(重量)法[65-70]、火试金富集—ICP-AES法[71]/FAAS法[72-74]。因冶炼中间产品中可能会含有铱、铑、铂、钯、碲、铋、锑及硒等元素干扰火试金的准确测定,为获得可靠的检测数据,当前主流做法是对分金液及金粒中杂质元素进行测定,以便对检测数据进行校正。
郭兵等[75]对铅、碲及钡质量分数均较高(钡11.12 %、碲6.64 %、铅29.5 %)的铜阳极泥样品,通过调整火试金配料比例控制熔渣硅酸度,优化了氧化铅过量系数、铅扣质量、熔炼温度、熔炼升温时间、保温时间;实验确定硅酸度为1.8、铅扣质量为35 g、氧化铅过量系数为1.8、熔炼温度为1 100 ℃、熔炼升温时间和保温时间均为30 min时,加标回收率为99.4 %~101 %,测定结果的相对标准偏差为0.15 %~0.29 %,在优化条件下可实现多金属复杂铜阳极泥中金量的精准检测。闫豫昕等[76]对于粗铜中铜及其他金属含量较高,熔融形成的铅扣中除含有金、银外还会残余一定量的铜及其他金属而导致结果偏低的问题,利用硫酸先去除样品中铜、碲等金属元素,再通过火试金使金、银富集于铅扣中经灰吹形成金银合粒,利用百万分之一天平分别称量金银合粒及金粒的质量,采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定其他杂质含量,最终测得粗铜中金量。结果表明:当称样量20 g时,80 mL硫酸能有效除去铜基体和其他杂质元素;采用ICP-AES测定金银合粒中杂质元素,有效消除了火试金过程中可能带入金银合粒的杂质元素对结果的影响;该方法精密度高、准确性好,满足实际生产中粗铜样品中金量和银量的测定分析要求。
随着冶炼进程的深入,金不断被富集到更后端的冶炼产品中,而部分干扰金测定的元素也被同步富集,且冶炼产品中金及干扰元素的含量均较高。因此,对于冶炼中间产品中金量的测定,其整体测定难度要比地质样品、含金矿石及精矿大,只用单一的火试金(重量)法已无法满足检测需求,大多需要通过优化配料、二次试金、测定金粒及合粒中杂质元素等,力争最大程度获得准确可靠的检测数据。
5.2其他物料
相较于较常见的含金矿物及物料(冶炼中间产品等),也有关于相对更小众含金物料(如废弃电路板[77-78]、文丘里泥[79]、金碳基催化剂[80]、高锑铋物料[81-83]、氯氧铋[84]、二氧化碲[85]及金合金[86-87]等)中金量测定的报道,涉及的检测方法主要为火试金法[88]、火试金富集—ICP-AES法[89],其次为X射线荧光光谱法[90]等无损检测方法。
肖红新等[78]针对废弃线路板品牌杂、品种多、大小不一、成分各不相同且金属分布极不均匀等特点,采取分类采样、样品灰化处理、增加称样量、多次测定求平均值的办法,有效解决了线路板样品不均匀、测定结果代表性差等问题;采用火试金法测定金、银,碘量法测定主体铜及ICP-AES 法测定杂质元素的方法,能快速准确地测定其中有回收价值的金属元素和部分有害物质,该方法简单、快速,测定结果稳定、可靠。文丘里泥是回收贵金属冶炼烟气中尘与水作用后的沉积物,该烟尘中金含量较高,但含硒一般为30 %±10 %,直接用火试金法测定金量时,存在铅扣脆且易裂、金银合粒不光滑、检测结果不可靠等问题。周宏鼎等[79]采用在文丘里泥样品中加入石英砂共同焙烧除硒,火试金法对金量进行测定,实验表明:样品与石英砂混合焙烧,降低了金、银的损失;加入石英砂焙烧后的样品,烧结块易打散,在火试金配料时更有利于充分混匀,提高了金的富集效果;焙烧除硒的最佳温度为750 ℃,焙烧时间为90 min。活性负载HgCl2是工业生产聚氯乙烯单体普遍采用的催化剂,但高温会导致汞挥发而流失,缩减催化剂使用寿命,且对操作人员也存在安全健康隐患,汞基催化剂正逐步被金碳基催化剂替代。刘文等[80]采用火试金(重量)法测定金碳基催化剂中金量,通过实验确认了称样量、样品焙烧温度、试金熔剂比例、金银质量比及分金酸度等参数,该方法可用于实际生产分析。曾荷峰等[86]研究了不同锡含量的金锡合金中金量测定方法,结果表明:金锡合金中锡含量较高时,直接灰吹法难以完全氧化锡生成金银合粒,灰皿中有残留熔渣,造成金分析结果偏低;含锡≥35 %的金锡合金,采用先熔炼、后灰吹的方式,可以氧化去除锡,避免金的损失,从而获得准确的测定结果;含锡≤10 %时,金银合金卷第一次硝酸分金宜采用(1+3)硝酸;含锡>10 %时,金银合金卷第一次硝酸分金宜采用(1+1)硝酸;该方法加标回收率为99.74 %~100.27 %,测定结果的相对标准偏差为0.021 %~0.127 %,能够满足不同金锡合金中金量测定的要求。
金作为贵金属在不同领域均发挥着重要作用,相应领域对物料中金量准确测定都有现实需求。虽然物料成分相对复杂,但经过分析测试人员的努力,也都取得了满意的检测结果。
6金制品/饰品中金量测定
如果将黄金通过地质找矿、矿石开采、选矿厂选矿、冶炼及精炼铸锭这一系列流程看作是黄金产业生命周期的前半段,那么黄金产业生命周期的后半段,即为黄金被加工成金锭、金条、首饰、摆件及工艺品等金制品/饰品并流入消费市场。商家及首饰加工企业为满足同时也是引导不同的消费需求,在金饰品的款式、工艺、材质及文化创意等方面更是做足了文章,各种文创黄金饰品、古法金饰品、珐琅彩金饰品、K金、彩金及3D/5G硬金充满了当前黄金消费市场,花样繁多,让人应接不暇。随着黄金制品/饰品产品不断丰富,也给黄金检测行业提出了新要求。当前金制品/饰品主要的检测方法包括:火试金法[91-93]直接测定样品中金量(样品中金量≤99.95 %),仪器法测定杂质元素差减得到金量[94-98](样品中金量>99.95 %),以及X射线荧光光谱法[99-100]无损检测。
应用火试金法检测掺杂铱、锇和钌的黄金饰品时,会因样品中铱、锇和钌等掺杂物的干扰而导致金量检测结果出现异常,同时因掺杂物密度与金接近也无法用密度法快速鉴定区分。胡丹静等[101]将样品加入高压消解罐中,置于200 ℃电热恒温鼓风干燥箱中加热30 min,在高压密闭条件下金完全消解,掺杂的难溶金属过滤分离,以80 %水合肼(用水稀释6 倍)作为还原剂,将滤液中的金还原为沉淀,采用重量法测定金量,金粒纯度用火花原子发射光谱法测定。结果表明:还原时所用的水合肼浓度会影响金粒纯度,水合肼浓度越高,夹杂沉淀物越多,金粒纯度越低,使用80 %水合肼稀释6倍时,所得金粒纯度最高;该方法加标回收率为96.2 %~101.6 %,测定结果的相对标準偏差(n=6)为0.09 %~0.23 %,可满足掺杂锇、铱和钌的黄金饰品中金量测定要求,为黄金首饰的监管提供技术支持。粗金、首饰金及合质金等测定的国家标准方法关于金量的测定均明确规定,火试金中银加入量一般为金质量的2.0~2.5倍。李桂华等[102]通过X 射线衍射仪、差示扫描量热仪、显微硬度计、电化学工作站从金银合粒组织结构和性能方面,探讨了银加入量为金质量的2.1~2.5倍时对金量测定结果产生的影响及原因,结果表明:银、金质量比分别为2.1,2.3 和2.5时金银合粒的分子式为AgAu、AgAu和AgAu;3种金银合粒均为银基固溶体,其熔化开始温度和凝固结束温度相近;3种金银合粒具有相似的耐腐蚀性和力学性能;火试金法测定金合金首饰中金量时,银、金质量比2.1~2.5对测定结果没有影响,因此在称取纯银时,银量可在此范围内波动,可提高样品制备的工作效率。
对于面向终端消费市场的金制品/饰品等制成品,普通消费者基本不具備分辨所购买商品质量是否满足要求的能力,为使消费者放心购买商品,商家通常在销售时会附带由第三方质检机构出具的证书来证明所售商品的符合性,这就要求为金制品/饰品出具质检证书的第三方质检机构在开展相关业务时,能够更加严谨、规范,助力黄金终端消费市场的健康发展。
7测量不确定度评估
测量不确定度指表征合理地赋予被测量值的分散性,与测量结果相联系的参数。实验室通过对金量测定结果的测量不确定度评估,分析出哪些是对测量不确定度影响大的因素,确定原因后采取相应的控制措施,尽量将测量不确定度控制在合理范围,最大程度保证检测数据的可靠性。当前,分析测试人员对于测量不确定度评定流程基本按照建立数学模型、找出不确定度分量、评定各不确定度分量的标准不确定度、计算合成标准不确定度、确定扩展不确定度、形成不确定度评估报告等步骤展开。近2年关于金量测定不确定度评估的文献主要涉及含金矿石[103-105]、铜精矿[106]及金首饰[107-108]。对测量不确定度贡献大的因素主要包括检测重复性、方法回收率、光谱法中校准曲线拟合、样品与标准物质基体的一致性等,而仪器设备、样品称量、溶液体积、试剂纯度等因素对测量不确定度的贡献较小,在实际检测工作中应重视控制影响测量不确定度的主要因素,减小测量结果的分散性,这也是评定测量不确定度的意义所在。
8结语
黄金作为战略资源,在国民经济中发挥着举足轻重的作用,分析测试作为黄金产业重要的一环,也为黄金产业的发展作出了重要贡献。
1)越是重要的应用场景,越是对检测数据要求严格的地方,火试金法被应用的概率就越高,这点从不同产品中金量测定的国家标准、行业标准大部分为火试金法便足以证明,所以实验室应重视火试金检测能力的建设,重视火试金检测人才的培养。
2)当前为了获得更多的利润,贸易中的含金矿物(如一些成分复杂的含金矿物以配矿的形式引入铜精矿)成分愈发复杂,同时黄金矿产资源中难选冶矿石也越发普遍,故给金的分析测定带来了更大的挑战,这也要求分析测试人员要了解样品的基质成分,有的放矢地选择检测方法,同时要不断引入并整合新检测技术,提升金分析测定能力,满足行业对金分析测定的需求。
3)伴随“火试金自动化检测系统”的成功应用,火试金检测正式进入了自动化时代,在大幅提高火试金检测效率的同时,也成功解决了火试金法劳动强度高、工作环境不友好的问题。
未来将是5G通信、人工智能、大数据和云计算等各项技术大发展并深度融合的时代,必将赋予机器“思考”的能力,最终将万物互联推向万物智能时代。分析测试人员也要不断解放思想、紧跟时代步伐、紧盯新科技应用,推动黄金检测技术持续升级,相信黄金检测乃至整个黄金产业的智能化时代一定会到来。
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作者简介:陈永红(1981—),男,云南曲靖人,高级工程师,硕士,从事矿物分析方法和标准分析方法研究工作;长春市南湖大路6760号,长春黄金研究院有限公司测试中心,130012;E-mail:379835825@qq.co
陈永红,孟宪伟,王立臣,(1.长春黄金研究院有限公司; 2.国家金银及制品质量监督检验中心(长春))
Progress of gold analysis and determination in China during 2019-2020Chen Yonghong,Meng Xianwei,Wang Lichen
(1.Changchun Gold Research Institute Co.,Ltd.;
2.National Quality Supervision and Inspection Center for Gold and Silver Products (Changchun))
Abstract:The paper reviews the literatures on gold analysis and determination in China during 2019-2020,and summarizes in categories the progress of gold analysis and determination technology in these 2 years,mainly including the gold-bearing mineral processing and preparation,the separation and enrichment of gold,the fire assay method and the determination of gold in different gold-bearing materials.Suggestions and perspectives on the development trends for gold analysis method are given,and 108 references are cited.
Keywords:gold;sample treatment;separation and concentration;analysis and determination;review