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摘 要：优选敞开酸溶法，结合电感耦合等离子体发射光谱法，建立了测定钒矿石中铝、钾、钠、钙、镁、铁、锰、磷、钛、铜、铬、锌和镍13种元素含量的方法体系。基于岩矿测试规范，测定了2个钒矿石样品中13种元素的含量，计算得到相对标准偏差为0.58%～5.52%（n=11），加标回收率为92.00%～105.94%。方法具有操作简便、快速、高效、稳定性好等优点，能够满足钒矿石样品中各元素的分析要求。

关键词：敞开酸溶；电感耦合等离子体发射光谱法；钒矿石；元素

中图分类号： O6 文献标识码： A 文章编号： 2095-8412 （2017） 02-001-04

工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.02.001

引言

自然界中，钒很少形成独立的矿物，而是主要赋存于钒钛磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩中。此外，铝土矿和含碳物质中（如石油、煤）也蕴含着大量的钒[1]。随着科学技术的飞跃发展、人类对新材料的要求日益提高，钒在非钢铁领域的应用也越来越广泛，涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。

目前，关于钒矿石中不同元素分析测试的研究尚不充分，也没有国家或行业的标准分析方法。对于其中大部分元素的分析主要是基于比色法[2]、容量法[3]等 [4， 5]，如对于钒的测定有酸溶-硫酸亚铁铵容量法[6]、磷钨钒酸光度法[7]、氢氧化铵—氯化铵底液极谱法[8]等。而当试样中成分复杂时，还需沉淀分离、有机试剂分离、萃取、离子交换、电解等一系列分离富集方法。当然，随着微波消解技术的推广，这种快速前处理方式的应用得到开展，如尹继先对钒钛磁铁矿的微波消解溶样方式进行了专门研究，并采用微波消解-分光光度法测定了钒钛磁铁矿中的钒和钛[9]。随后，电感耦合等离子体发射光谱仪的普及，为同时测定钒矿石中的多种元素提供了方便，如朱跃华采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）同时测定了钒钛磁铁矿中的铁、钒和钛[10]，而王立平等也采用这一方法测定了钒矿石中的钒、钛、钴、镍以及部分主量及微量元素[11]。其中涉及到的碱熔法虽然能分解大部分的钒矿石样品，但是由于其熔融时引入了大量盐类，对雾化器伤害较大，故影响了ICP-AES仪器的稳定性。从以上可以看出，目前钒矿石的元素分析仅仅集中在钒、钛、铁等少数几种元素上，因此开展钒矿石更多元素分析的应用研究，具有迫切需要。

综合各种方法的优势和劣势，本文优选敞开酸溶法，结合电感耦合等离子发射光谱法，快速、准确测定钒矿石中铝、钾、钠、钙、镁、铁、锰、磷、钛、铜、铬、锌和镍13种元素，从而建立一套分析钒矿石中主、次、痕量元素的方法体系，以期最大限度地提高含钒矿物的综合利用程度，扩大矿床经济价值，提升整体经济效益。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

1.1.1 主要仪器及其工作条件

主要仪器：ICAP6300型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国Thermo Fisher Scientifi公司生产）；

仪器工作条件：RF功率1.20 kW，等离子气流速14.0 L/min，辅助气流速1.0 L/min，雾化气流速0.60 L/min，蠕动泵泵速50.0 r/min，进样时间20 s。

1.1.2 主要试剂

（1）铝、钾、钠、钙、镁、铁、锰、磷、钛、铜、铬、锌、镍单元素标准储备溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心生产）；

（2）硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸（均为优级纯）；

（3）高纯氩气（纯度大于99.99 %）；

（4）水（均為超纯水，电阻率18.25 MΩ）。

1.2 实验设计

1.2.1 敞开酸溶样品的处理与分析

称取0.100 0 g（精确至0.000 1 g）样品置于瓷坩埚中，将瓷坩埚置于550℃马弗炉中灼烧30 min。冷却后，将试样转移到聚四氟乙烯坩埚中，加若干滴水润湿样品，然后加入5 mL HNO3、5 mL HF、0.5 mL HClO4，在控温电热板上于100℃加热1 h后，将加热温度升至180℃，直至HClO4冒烟完毕。稍冷后，加入5 mL 1：1王水，若溶解不完全，可加大王水量，直至样品溶液清亮。加热提取残渣，取出后定容至50 mL比色管中放置过夜后用于测定。若测定浓度超曲线，则按情况稀释一定倍数，溶液酸度保持5.0%。样品空白随同试样一起制备。

1.2.2 密闭酸溶样品的处理与分析

称取0.100 0 g（精确至0.000 1 g）样品置于瓷坩埚中，将瓷坩埚置于550℃马弗炉中灼烧30 min。冷却后，将试样转移到聚四氟乙烯溶样罐中，加4 mL HNO3、3mL HF，盖上盖子，装入钢套中，拧紧钢套盖。将溶样器置于180℃烘箱中保温48 h，取出，冷却后开盖，取出聚四氟乙烯溶样罐，在电热板上低温加热至近干。补加1 mL HNO3，加热至近干，然后加入5 mL 1：1王水，加热提取残渣，取出后定容至50 mL比色管中放置过夜后用于测定。若测定浓度超曲线，则按情况稀释一定倍数，溶液酸度保持5.0%。样品空白随同试样一起制备。

2 结果与讨论

2.1 标准溶液配制

所有标准溶液系列采用相应元素全程试剂空白作为稀释液配制而成，以保持标准溶液与试样溶液的酸度一致。工作曲线零点对应空白溶液，其余点对应用上述空白溶液稀释标准母液配制而成的溶液。混合标准溶液组合见表1。

2.2 分析谱线确定

利用仪器对每种元素选定2～3条不同谱线进行测定，然后分析观察每条谱线的发射强度以及背景干扰等因素，确定谱线的波长，最终选择的谱线见表2。

2.3 溶矿方式选择

酸溶法虽然不能完全溶解所有类型的地质样品，但溶解过程中不会引入待测组分和干扰物质，对区域环境条件要求不高，适用于实验室规模化分析检测。

实验选择2个钒矿石样品（V-1、V-2），分别采用敞开酸溶和密闭酸溶制样，统一用ICP-AES方法测定，其结果见表3。

由表3可见，两种溶矿方式的测定结果基本吻合。但是密闭酸溶与敞开酸溶相比，分析周期过长，而且需要在180 ℃烘箱中保温48 h，操作相对繁琐、耗时。这正是本实验优选敞开酸溶制备样品的用意所在。

2.4 方法检出限和线性范围

按1.2.1敞开酸溶方式处理制备空白样品，在仪器最佳工作条件下，平行连续测定11次。以3倍标准偏差乘以样品稀释倍数计算各元素的检出限，以10倍标准偏差乘以样品稀释倍数计算各元素的测定下限（铝、钾、钠、钙、镁、铁、锰、磷元素的稀释倍数为2 500，其他元素的稀释倍数为500）。各元素的检出限和线性范围见表4。

2.5 加标回收实验

按实验方法对V-1、V-2两个钒矿石样品中的各种元素进行加标回收实验，计算回收率，衡量方法准确度。同时，每个样品平行制备11份，计算相对标准偏差（RSD，%），衡量方法精密度。其结果列于表5中，可见回收率处于92.00%～105.94%，相对标准偏差处于0.58%～5.52%，符合DZ/T0130.3-2006，即地质矿产实验室测试质量管理规范第三部分“岩石矿物中样品化学成分分析要求”[12]。

3 结束语

本文采用敞开酸溶—电感耦合等离子体发射光谱法，同时快速、准确测定了钒矿石中铝、钾、钠、钙、镁、铁、锰、磷、钛、铜、铬、锌、镍13种元素。实验方法的精密度、检出限和加标回收率均符合行业标准。该方法与现行的单元素分析方法相比，具有操作简便、效率高、稳定性好、精密度和准确度高等优点，值得相关行业引进。

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