CN115901921A - 一种利用icp检测铁矿石中多种元素的熔样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，包括以下步骤：1)试样制备：铁矿石试样投入预先盛有四硼酸锂的铂金坩埚中，混匀，置于高频熔样机熔融，加入脱膜剂，取下熔融物，冷却取出熔融玻璃片；2)试样酸化：将熔融玻璃片置于烧杯中，加入盐酸溶解玻璃片，待完全溶解后，将试样溶液移入容量瓶中，定容；3)试样检测：利用电感耦合等离子体发射光谱仪ICP测定试样溶液中元素的含量。优点是：利用熔融玻璃片法实现钾、钠、硅等元素同时检测，溶解试样时间短，检测速度快，生产周期短，应用试剂少。

Description

一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法

技术领域

本发明涉及一种矿石试样溶解的方法，尤其涉及一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法。

背景技术

检测铁矿石元素含量的国家标准主要有：铁矿石钙、硅、镁、钛、磷、锰、铝和钡含量的测定波长色散X射线荧光光谱法(GB/T 6730-2005)；铁矿石钾、钠、钒、铜、锌、铅、铬、镍、钴含量的测定电感耦合等离子体发射光谱法(GB/T 6730.67—2017)；铁矿石铝、钙、镁、锰、磷、硅和钛含量的测定电感耦合等离子体发射光谱法(GB/T 6730.63–2006)等。X射线荧光检测元素有限，且针对铅、锡、砷、锑、铋元素的测定没有相关标准，而电感耦合等离子体发射光谱法检测铁矿石中多种元素的标准是分两个标准，也就是说检测一次试样需要两次溶解试样完成。

黄睿涛，廖子云，易婷，刘学文的《电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定铁矿石中多种元素》，理化检验-化学分册2009，第45分卷，该方法用硫磷混酸溶解试样，由于磷酸的引入方法不能检测磷，而且硫酸和磷酸粘性大对试样检测有影响。许祥红、王桂群、刘洪清、孙雪松、陈京魏的《电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁矿石中Si，Ca，Mg，Mn，Al，P，V，Ti》，《冶金分析》|2006年第002期|89-90|；云作敏，金丽的《电感耦合等离子体发射光谱法测定铁矿石中硅、磷、锰、钙、镁、铝、钛》，《矿产勘查》2010；这两种方法溶解试样均引入了碳酸钠，因此方法不能检测钠元素。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，能够同时检测铁矿石中硅、锰、磷、铝、钙、钾、钠、锌、铅、锡、砷、锑、铋、铬、镍、钒、钴等多种元素，利用一次溶解试样，测得所有待测元素的含量，缩短检测周期。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，包括以下步骤：

1)试样制备：

铁矿石试样投入预先盛有四硼酸锂的铂金坩埚中，混匀，置于高频熔样机上，在1000～1200℃下熔融8～10min，加入脱膜剂，取下熔融物，冷却取出熔融玻璃片；

2)试样酸化：

将熔融玻璃片置于烧杯中，加入盐酸溶解玻璃片，待完全溶解后，将试样溶液移入容量瓶中，定容；

3)试样检测

利用电感耦合等离子体发射光谱仪ICP测定试样溶液中元素的含量。

所述的盐酸为浓盐酸。

所述的脱模剂为碘化铵。

步骤1)中取下熔融物后摇动驱赶气泡。

所述的铁矿石与四硼酸锂的质量比为1:10，每0.1g的铁矿石加入盐酸的量为5ml。

所述的试样检测的过程包括：

1)配制标准曲线：熔融若干空白的玻璃片，将玻璃片酸化为溶液；再在若干容量瓶中加入相同量的纯铁，之后按元素成分及含量，向各容量瓶中加入不同含量的元素，随后将酸化好的玻璃片溶液加入到容量瓶中，定容，摇匀，得到一组标准曲线；

2)标准曲线浓度选取：覆盖所有分析元素的浓度范围，每一组标准曲线由选取的5点以上浓度组成；

3)把制备好的系列标准曲线引入电感耦合等离子体发射光谱仪ICP，测量各条工作曲线中各元素的发射光谱强度，根据溶液中元素含量的标准值和光强度，建立各元素的工作曲线；

4)校准工作曲线后，再进行试样检测，将试样溶解后的溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪ICP中，通过仪器计算，得到检测结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是利用熔融玻璃片法使钾、钠、硅等元素同时检测的试样溶解方法，节约了检测用的原材料，降低了生产成本，提高了劳动生产率，以往多人的工作简化成了一个人完成，而且溶解试样时间短，检测速度快，生产周期短，应用试剂少，改善了劳动的条件，降低了环境污染。因此，既节约检测时间，又节省了检测成本，最终提高工作效率。本方法节省了熔样时间，节约了试样和化学药品的使用，节约人力物力的同时，降低了生产成本。

分析过程利用电感耦合等离子体光谱仪进行测试，能够做到多元素同时测定，大大提高了工作效率，缩短了检测周期，节约人力物力，提高企业效益最大化。

检测结果：本方法以四硼酸锂为熔剂，利用高频熔样机溶解试样，无需操作人员监控，引入了锂离子，可以抑制钠离子的活跃性，使得钠的结果更稳定，测量结果更准确。

本发明方法能够直接制备检测试样，制备过程速度快，不需要人员时刻看守，而且样品溶解彻底，且不引入钠盐和氢氟酸(引入钠盐无法检测钠，引入氢氟酸无法检测硅)。该检测方法可以适用一切可使用熔融玻璃片法的试样。

具体实施方式

下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，包括以下步骤：

1)试样制备：

铁矿石试样投入预先盛有四硼酸锂的铂金坩埚中，混匀，置于高频熔样机上，在1000～1200℃下熔融8～10min，加入碘化铵作为脱膜剂，取下熔融物后摇动驱赶气泡，冷却取出熔融玻璃片；

2)试样酸化：

将熔融玻璃片置于烧杯中，加入浓度为ρ1.19g/mL的盐酸溶解玻璃片，待完全溶解后，将试样溶液移入容量瓶中，定容；

3)试样检测

利用电感耦合等离子体发射光谱仪ICP测定试样溶液中元素的含量；

配制标准曲线：熔融若干空白的玻璃片，将玻璃片酸化为溶液；再在若干容量瓶中加入相同量的纯铁，之后按元素成分及含量，向各容量瓶中加入不同含量的元素，随后将酸化好的玻璃片溶液加入到容量瓶中，定容，摇匀，得到一组标准曲线；

标准曲线浓度选取：覆盖所有分析元素的浓度范围，每一组标准曲线由选取的5点以上浓度组成，例如表1。

表1标准曲线

把制备好的系列标准曲线引入电感耦合等离子体发射光谱仪ICP，测量各条工作曲线中各元素的发射光谱强度，根据溶液中元素含量的标准值和光强度，建立各元素的工作曲线；

校准工作曲线后，再进行试样检测，将试样溶解后的溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪ICP中，通过仪器计算，得到检测结果。

实施例1

配制标准曲线：首先按所需曲线的点数熔融空白玻璃片(只加入四硼酸锂溶剂，不加入试样)7个，随后将制好的玻璃片用20ml盐酸酸化；再在7个容量瓶中分别加入相同量的纯铁，之后按元素成分及含量，向各容量瓶中加入不同含量的元素，具体见表2，随后将酸化好的玻璃片溶液加入到容量瓶中，定容，摇匀，得到一组标准曲线。

表2标准曲线

标准曲线浓度选取：以覆盖所有分析元素的浓度范围为宜，每一组标准曲线由选取的5点以上浓度组成。

把制备好的系列标准曲线引入电感耦合等离子体发射光谱仪ICP，测量各条工作曲线中各元素的发射光谱强度，根据溶液中元素含量的标准值和光强度，建立各元素的工作曲线，计算工作曲线线性相关系数为0.995以上；校准工作曲线后，再进行试样检测。

取标准样品GSB03-1805-2005(铁矿石样品)，称取0.4g试样，置于预先盛有4g四硼酸锂的铂金坩埚中，混匀，置于高频熔样机上，在1100～1200℃下熔融8～10min，加入脱膜剂碘化铵，取下摇动驱赶气泡，冷却取出熔融玻璃片。将熔融玻璃片置于300ml烧杯中，加入20ml盐酸溶解玻璃片，待完全溶解后，将试液移入500ml容量瓶中，定容。利用电感耦合等离子体发射光谱仪ICP测定试样溶液中元素的含量：重复测定8次，分别计算其精密度和准确度，见表3，以确定方法的可行性。

表3专利方法检测结果的精密度和准确度

实施例2

标准样品GSB03-2856-2012，称取0.4g试样，置于预先盛有4g四硼酸锂的铂金坩埚中，混匀，置于高频熔样机上，在1200℃下熔融10min，加入脱膜剂碘化铵，取下摇动，冷却取出熔融玻璃片。将熔融玻璃片置于300ml烧杯中，加入20ml盐酸溶解玻璃片，待完全溶解后，将试液移入500ml容量瓶中，定容。重复测定8次，分别计算其精密度和准确度，见表4，以确定方法的可行性。

表4专利方法检测结果的精密度和准确度

实施例3

取标准样品GSB03-2856-2012，分别利用酸溶法、碱熔法及本发明方法溶解试样。之后做对比，结果见表5，表6。

酸溶法(已知标准)：称取样品GSB03-2856-2012 0.1g于聚四氟乙烯烧杯中，加入10ml盐酸、5ml硝酸加热溶解、无剧烈反应再加5ml氢氟酸、5ml高氯酸继续溶解，直至冒高氯酸烟后，溶液尽干。再次加入5ml高氯酸重新冒烟，再次溶液尽干后，加入10ml(1+1)盐酸，溶解盐类，待溶液澄清后取下冷却，将试液移入100ml容量瓶中，定容。由于溶解试样过程引入氢氟酸，硅元素不能检测。整个试样溶解过程大致需要4小时。检测过程需要1小时。完成一次检测需要5小时，但是只检测了铁矿石中部分元素。而且在检测过程中人员要注意看守，防止在冒高氯酸烟过程中试样烤糊，而且尽干过程保留的液体尽可能相同。

碱熔法(已知标准)：称取样品GSB03-2856-2012 0.1g，于预置0.4g碳酸钠的铂金坩埚中，用玻璃棒充分混匀，加入0.2g四硼酸钠，用玻璃棒再次混匀，在800-900℃的马弗炉中预熔混合物使之均匀。预熔后，将坩埚放入1020℃的马弗炉中熔融15min。取出坩埚，轻轻转动坩埚使试样完全溶解，冷却，将坩埚置于250ml烧杯中，加入20ml盐酸，30ml水，浸取坩埚，边加热边搅动，直到坩埚内熔融物完全浸取出来，将坩埚取出用水冲洗干净。溶液冷却后移入100ml容量瓶中，稀释至刻度，混匀。由于溶解过程引入了钠盐，因此不能检测钠元素。试样溶解过程大致需要3小时，检测过程需要1小时。完成一次检测需要4小时，但是只检测了铁矿石中部分元素。而且在溶解试样过程中没有加入脱模剂，直接将带有试样的坩埚置于盐酸中浸取，日积月累会对坩埚造成损耗。试样在马弗炉中预熔过程需要人员看守，需要人员时不时的摇动坩埚，为使试样混合均匀，完全溶解。在盐酸浸取过程需要人员用玻璃棒搅拌，直到坩埚内熔融物完全浸取出来。

而本发明方法采用高频熔样机：称取0.4g试样，置于预先盛有4g四硼酸锂的铂金坩埚中，混匀，置于高频熔样机上，在1200℃下熔融10min，加入脱膜剂碘化铵，冷却取出熔融玻璃片。将熔融玻璃片置于300ml烧杯中，加入20ml盐酸溶解玻璃片，待完全溶解后，将试液移入500ml容量瓶中，稀释至刻度，混匀。试样溶解过程需要40min，检测过程需要1小时。完成一次检测需要2小时，但是可以检测铁矿石中所有元素。

由表5通过不同方法的对比，从时间上看，本发明的方法用时大大缩短，且可以检测所有元素，而标准的方法只能检测部分元素，想检测所有元素则需要两种方法的叠加，即所需时间为9小时，或者需要增加人力才可以在5小时之内完成。从所用试剂种类看，标准所用试剂种类多，引入的试剂种类多，无形中引入了杂质，使测量结果准确性下降。而且标准方法需要人员看守，并时不时的摇动搅拌，专利方法不需要人员看守。

高频熔样机的使用提高了熔片的效率，减轻了人员的负担，加快了熔片速度。四硼酸锂的使用，引入了锂离子，使钠的检测相对稳定，检测结果更准确。脱模剂的使用，不需要盐酸浸取铂金坩埚，直接将熔片酸化即可，操作方便。试样溶解过程放弃了钠盐和氢氟酸的使用，完成了一次溶解试样，全元素检测，大大节约了检测时间。

由表6可以看出本发明的检测结果与已知标准的检测结果相差不大，而且与标准值相近，在误差范围之内，而且检测元素种类多，因此方法可行。

表5不同检测方法对比

表6不同分析方法检测结果对比

实施例4：

选取两个标准样品做电感耦合等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法的检测，见表7，对比结果可以看出，该方法检测结果准确，检测效率高，一次可以完成所有元素的测定。

表7不同仪器分析结果比对

元素	<![CDATA[TiO<sub>2</sub>]]>	<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]>	<![CDATA[Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]>	CaO	MgO	P	As
								标准值(GSE03-2026-2006)	0.046	1.79	1.36	0.028	0.091	0.055	0.0012
ICP-MS							0.0011
								XRF/％	0.050	1.82	1.42	0.030	0.093	0.059
ICP/％	0.045	1.77	1.40	0.026	0.096	0.056	0.0014
								元素	<![CDATA[K<sub>2</sub>O]]>	<![CDATA[Na<sub>2</sub>O]]>	Zn	Cu	Pb	MnO
标准值(GSBH30001-97)	0.055	0.010	0.018	0.169	0.014	0.058
								AAS/％	0.058	0.0113	0.022	0.171	0.019	0.063
ICP/％	0.057	0.0115	0.019	0.169	0.018	0.057

通过实施例与比较例的实际比较，可以看出该方法操作简单，溶解试样时间短，且一次可以检测多种元素，而且电感耦合等离子光谱法检测试样结果稳定，准确，适合矿石中多种元素的检测。

在试样检测时使用雾化器，雾化器气体流量：0.6L/min；等离子体射频功率：1100w；雾化器流量：0.6L/min；辅助气体流量：0.5L/min；泵速：60rpm；垂直观测高度12.0mm；样品进样分析延迟时间：20s；重复次数：2次；长波积分时间：10s；短波积分时间：10s；雾化系统：高盐雾化器及相应雾化室(试样分解过程中引入了一定量的盐类，所以高盐雾化器的使用可以使检测结果更为准确)。

试样使用：1、在检测过程中，可以使用X射线荧光光谱仪检测后的熔片，这样减少了原料的使用，节约了生产成本，提高了工作效率。2、能够正常直接制备检测试样，制备过程速度快，不需要人员时刻看守，而且样品溶解彻底，且不引入钠盐和氢氟酸(引入钠盐无法检测钠，引入氢氟酸无法检测硅)。该方法检测可以适用一切可使用熔融玻璃片法的试样。

Claims (6)

1.一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)试样制备：

铁矿石试样投入预先盛有四硼酸锂的铂金坩埚中，混匀，置于高频熔样机上，在1000～1200℃下熔融8～10min，加入脱膜剂，取下熔融物，冷却取出熔融玻璃片；

2)试样酸化：

将熔融玻璃片置于烧杯中，加入盐酸溶解玻璃片，待完全溶解后，将试样溶液移入容量瓶中，定容；

3)试样检测

利用电感耦合等离子体发射光谱仪ICP测定试样溶液中元素的含量。

2.根据权利要求1所述的一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，其特征在于，所述的盐酸为浓盐酸。

3.根据权利要求1所述的一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，其特征在于，所述的脱模剂为碘化铵。

4.根据权利要求1所述的一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，其特征在于，步骤1)中取下熔融物后摇动驱赶气泡。

5.根据权利要求1所述的一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，其特征在于，所述的铁矿石与四硼酸锂的质量比为1:10，每0.1g的铁矿石加入盐酸的量为5ml。

6.根据权利要求1所述的一种利用ICP检测铁矿石中多种元素的熔样方法，其特征在于，所述的试样检测的过程包括：

1)配制标准曲线：熔融若干空白的玻璃片，将玻璃片酸化为溶液；再在若干容量瓶中加入相同量的纯铁，之后按元素成分及含量，向各容量瓶中加入不同含量的元素，随后将酸化好的玻璃片溶液加入到容量瓶中，定容，摇匀，得到一组标准曲线；

2)标准曲线浓度选取：覆盖所有分析元素的浓度范围，每一组标准曲线由选取的5点以上浓度组成；

3)把制备好的系列标准曲线引入电感耦合等离子体发射光谱仪ICP，测量各条工作曲线中各元素的发射光谱强度，根据溶液中元素含量的标准值和光强度，建立各元素的工作曲线；

4)校准工作曲线后，再进行试样检测，将试样溶解后的溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪ICP中，通过仪器计算，得到检测结果。