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鈮和鉭在化學元素周期表中同屬一族,性質很相似。它們在自然界中總是共生的,而鈮鉭礦石中的鈮鉭主要礦物是共生成鈮鐵礦和鉭鐵礦,能抵抗多種酸的侵蝕,它們很分散,富礦很稀少,在自然界中沒有單質狀態,不易從它們的化合物中分離出來[1-2]。幾年來隨著地質勘探的開展,越來越多的鈮鉭礦石被發現,并且被選礦人員進行分離富集,需要檢測人員對其含量進行快速準確的精確測定。

實驗證明,鉭在常溫下,對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用,僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下有所反應。這樣的情況在金屬中是比較罕見的。目前比較常見對鈮、鉭的測定通常都是用微波消解法氫氟酸消解礦樣對其測定[3-5]。針對地調項目的大批量(通常都是日處理幾百件)要求快速得到準確結果的要求,微波消解方式的處理速度遠遠達不到要求。本文采用恒溫電熱板,氫氟酸2硫酸2硝酸混酸對礦樣進行消解處理,酒石酸定容用電感耦合等離子體2原子發射光譜法(ICP-AES),選擇鈮鉭的標準物質作為標準系列對其含量進行測定,能一次性處理100多件樣品,基本上滿足了地調項目快速出結果的要求,并且結果準確可靠。本文通過選擇分析線,優化儀器工作條件,采用基體匹配方法,消除消解基體的影響,建立了ICP-AES測定鈮鉭礦石中的鈮、鉭含量的方法。

1實驗部分

1.1儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發射光譜儀(美國PerkinElmer公司)。恒溫實驗電熱板（小編推薦：格丹納HT系列恒溫電熱板）100g/L、2g/L酒石酸(優級純)溶液;40g/L草酸銨(優純純)溶液。Nb2O5和Ta2O5標準儲備液:分別取0.02g鈮、鉭樣品用焦硫酸鉀于鉑金坩堝中融解,冷卻后用50g/L草酸優級純溶解定容于200mL容量瓶中待用。硫酸、氫氟酸、硝酸(分析純)。實驗用水為二次蒸餾水。

1.2儀器工作條件

高頻發生器功率為1000W,載氣流量控制在0.85—0.9(L/min),輔助氣流量為0.2L/min,觀測高度為15mm,沖洗時間為20s。鈮、鉭的分析線分別為316.324nm和268.517nm。

2.3實驗方法

稱取0.5g樣品于300mL聚四氟乙烯燒杯中,加入約為10mL硝酸2氫氟酸2硫酸(6∶5∶1,V/V/V)的混酸,在恒溫電熱板上高溫加熱至冒硫酸煙1min左右,取下冷卻后用50g/L酒石酸15mL提取,于恒溫電熱板上加熱3—5min,待樣品完全溶解后,用5%酒石酸定容于25mL容量瓶中,用電感耦合等離子體-原子發射光譜法測定。

2結果與討論

2.1分析譜線

實驗對儀器推薦的鈮、鉭分析線進行掃描,比較同一元素幾條分析線的特點,同時考慮共存元素的相互干擾,從中選擇靈敏度高、背景低、基體對測定不干擾或者干擾盡量小的譜線為分析線。儀器開機,點燃電感耦合等離子體后,依次噴入二次蒸餾水、25g·mL-1鈮、鉭溶液和標準物質溶液進行測定,用儀器推薦的幾條分析譜線進行測定,通過觀察屏幕顯示的光譜輪廓圖像,計算信背比,以信背比強度大,相互間無譜線干擾及檢出限低為依據,選定鈮、鉭的分析線分別為316.324nm和268.517nm。

2.2儀器工作參數

針對載氣流量、觀測高度、高頻功率等主要參數的改變,依據背景等效濃度值為考察指標對儀器的分析性能進行分析,從中選出對各個元素合適的分析線。

2.2.1高頻發射器功率的選擇

改變高頻發射器功率,在儀器工作條件下測定背景等效濃度值,結果表明,功率越大,溫度升高,信背比將降低,導致檢出限增高,降低了檢出能力;采用相對較低的功率信背比增加,但基體效應較明顯。由于地調樣品中的鈮、鉭含量都在克噸級別,在滿足條件的前提下,選擇較低的高頻功率以獲得較好的檢出限。實驗選擇高頻發射器的功率為1000W。

3.2.2載氣流量的選擇改變載氣流量,在儀器工作條件下測定背景等效濃度值,結果表明,隨著載氣流量增加,溶液噴霧量及氣溶膠數量增大,待測物在等離子體中通道的停留時間減少;當載氣流量為0.9L/min時,鈮、鉭信背比較高,實驗選擇載氣流量為0.9L/min。

2.2.3觀測高度的選擇

改變觀察的高度,在儀器工作條件下測定背景等效濃度值,結果表明,隨著觀測高度的增加,光源背景發射強度減弱,當觀測高度為15mm時,光源背景發射強度弱,實驗選擇觀測高度為15mm。

2.3溶樣酸及其用量的選擇

考慮了不同酸體系對樣品溶解的影響,結果表明,硝酸的氧化能力較強,但對硅的溶解能力不足,而加入氫氟酸又對霧化器、霧化室和等離子體鉅柱等有腐蝕作用,為此加入硫酸冒煙趕去過量的氫氟酸。為降低試劑空白,減少酸的腐蝕及對測試穩定性的影響,在樣品溶解完全的前提下,盡量減少酸的用量,實驗采用用硝酸2氫氟酸2硫酸(6∶5∶1,V/V/V)混合酸對樣品進行溶解。

2.4校準曲線和檢出限

選擇3個含量和性質接近的礦石標準樣品按實驗方法處理后,在儀器工作條件下測定其發射強度,鈮、鉭質量分數分別在0—8μg/mL,與相應的發射強度呈線性關系。分別用I表示鈮、鉭發射光譜強度,x為鈮、鉭含量。鈮和鉭的線性回歸方程分別為I(Cts/s)=9.98x(μg/mL)+0.00112和I(Cts/s)=1.8215x(μg/mL)+0.00021,相關系數為1.0000和0.9998。按實驗方法測定11份空白溶液,以測定結果3倍標準偏差計算,鈮、鉭的檢出限分別為0.021、0.048μg/mL。

2.5樣品分析

按實驗方法對不同含量的鈮鉭標準品進行6次平行測定,結果見表1,同時進行加標回收實驗,結果見表2。

由表1表2結果可以看出,該方法對鈮、鉭的標準物質的測定結果與標準值基本一致,平行測定6次的相對標準偏差符合地質樣品的測定要求。進行樣品加標回收測定,回收率在95.6%—108.3%之間,能滿足鈮鉭礦石中的鈮和鉭元素的測定要求。該方法能很好的解決在處理地質調查樣品時所面臨的大批量而且要求快速出結果的需求。

3結論

采用恒溫電熱板,氫氟酸-硫酸-硝酸混酸對礦樣進行消解處理,酒石酸定容用電感耦合等離子體原子發射光譜法,分別用316.324nm和268.517nm兩條分析線,選擇高頻發射器的功率為1000W,觀測高度為15mm,氣流量為0.9L/min的條件下,對鈮、鉭的標準物質進行測定,結果與標準值基本一致,進行樣品加標回收測定回收率95.6%—108.3%之間,能滿足鈮鉭礦石中的鈮鉭元素的測定要求,建立了ICP-AES測定鈮鉭礦石中的鈮、鉭含量的方法。

4參考文獻

[1]巖石礦物分析編寫組.巖石礦物分析:第一分冊[M].第4版.北京:地質出版社,2011.376—377.

[2]李灤寧,馬玖彤,沙志芳等.丹寧棉分離富集2發射光譜法同時測定地質樣品中微量鈮鉭鋯鉿[J].巖礦測試,2001,20(1):27—30.

[3]許濤,崔愛端,杜梅等.稀土鈮鉭礦中鈮,鉭,鋯量的電感耦合等離子2原子發射光譜法測定[J].分析科學學報,2007,23(3):346—348. [4]余生根.某大型鈮鉭礦綜合利用試驗研究[J].有色金屬(選礦部分),2005,5:13—18.

[5]倪文山,張萍,姚明星等.微波消解2電感耦合等離子體發射光譜法測定礦石中鈮鉭[J].冶金分析,2010,30(8):50—53.