电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES) 法测定石煤钒矿石中钒、铁、钛的含量

引言

石煤钒矿是我国特有的矿产资源，分布范围较广，储量丰富，但其成分复杂，包含含碳质或有机质，使用传统的酸溶无法完全消解，在检测相关元素缺乏标准方法，增加了勘探的难度。现如今，通过容量法、分光光度法，对单元素进行分析，试剂用量较大且周期较长；XRF 发需要充足的标样，ICP-AES 法使用范围广且优势角度。吴峥和窦向力等方法存在处理繁琐、易损坩埚等缺点。本论文在原有研究的基础上实现完善处理，并采用过氧化钠碱熔 -ICP-AES 法对石煤钒矿石中钒、铁、钛含量进行检测。

1 实验部分

为了保证本次实验的科学性 , 选择 ThermoICAP6300 型全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪作为本次实验的仪器，试剂主要使用高纯氩气、铁、钛、钒等，实验用水选择去离子水。

为了保证实验结果的科学性，仪器的射频功率要在 1150W，等离子气流速度12L/min、雾化气流速度 0.60L/min 、辅助气流速 0.50L/min 、蠕动泵速 50r/ min，以及短波 15s、长波 5s，垂直观测高度为 12mm 。本次实验所有样品都符合国家矿石标准，以下将展开实验分析。

本次实验方法是：首先取取 0.2g 的样品，将其放入玉坩埚，随后加入 .7g的过氧化钠。然后用滤纸将玻璃棒擦干，之后进行搅拌，在搅拌后再将滤纸放入原坩埚，并加入 0.5g 的过氧化钠覆盖，1-3 分钟后将样品拿出冷却，再放入100ml 的烧杯中，冷却后再加入10ml 盐酸，随后均匀要换，再用 5% 酸稀释 10 倍，溶液澄清后就可用于实验检测。

2 结果与讨论

2.1 谱线选择及干扰掩蔽消除

不同谱线对 ICP-OES 是结果有不同的影响，实验人员需依据具体情况学则合适的谱线。实验前对非光谱干扰和光谱干扰对比分析。使用稀释法和内标法消除非光谱干扰；光谱干扰法用背景扣除法降低干扰，或采用在线干扰元素法掩蔽干扰。为了保证检测结果的准确性，在实验时，选择 2-3 条不同等级的谱线进行测定，并通过样品溶液的扫描，对比谱线的谱图和背景轮廓，从而判断元素的检出限和线性范围。

2.2 熔剂与坩埚的选择

过氧化钠是一种强碱性氧化性溶剂，可分解金属合金矿炉渣等难以分解的矿物，因此适合本次研究。选择的坩埚通常为铁、镍、刚玉坩埚。由于需要对铁的含量进行检测，使用铁坩埚会对溶解的Fe 造成影响；镍坩埚熔融时温度和时间会受到限制，并且该坩埚酸化能力较弱，会受到侵蚀。而刚玉坩埚成本低，可替代镍坩埚，所以，在本次实验中主要使用刚玉坩埚加过氧化钠熔矿。

2.3 前处理方式比对

为了有效证明碱溶法对样品的处理效果，选取了 4 个不同矿区的样品。每个样品都准备两份，一份使用实验方法进行处理，另一份放在刚玉坩埚中，并用 650^∘C 的高温进行灼烧，等到碳内的物质完全挥发之后就可用实验方法进行。处理经过对比试验，所有的样品都直接采用碱溶法和灼烧法 - 碱熔法，结果显示效果一致，没有任何影响，因此可直接采用碱溶法对样品进行处理。

2.4 称样量和熔剂用量的确定

过氧化钠的剂量对样品分解具有重要影响，当剂量用量较少时，会导致样品分解不完全，当剂量用量过多时，会使待测溶液盐分过高导致雾气化堵塞，降低了仪器检测稳定性和精度。在实验过程中选择国家标准物质 GBW07878，将称样计和溶剂用量以 Φ₁:Φ₁ 至 1:8 的配比进行测试，根据检测结果显示，当比例小于 ε₁:ε₆ 时，会导致试样熔解不完全，其中 V₂O₅ 、 Fe₂0₃ 测定值偏低；当比例等于或大于 1:6 时，试样完全熔解，其中各元素测定值和标准值相一致，所以称样量和熔剂用量需以 1:6 的比例为标准进行测定。

2.5 酸度效应

为了检测酸度效应，选择了 4 份样品 1，并经过一系列实验配比，比如，利用铅处理方法浸入熔块，并在坩埚中倒入不同用量的盐酸酸化，等样品完全冷却将放入 100ml 的容量瓶中，随后加入实验用水，再摇匀、澄清，并将不同用量的溶液进行不同比例的稀释。调试好的溶液可放入 ICP-OES 中，随后对实验元素在不同酸度下发射光强度进行试验。酸度相应实验表明，当酸体积分数在 5%～20% 时，钒、铁、钛的光谱强度相对的极差小于 4% 。此类数据表明，酸浓度对于检测元素的影响较小，所以本次实验选择的酸浓度体积分数为 5%c 。

2.6 方法性能指标

为了确定方法检出限和定量限，根据相关要求对空白溶液进行了有效的配比。在实验过程中进行了 12 次平行测试，精准的计算偏差。为了保证计算的精准性，空白值需要要以三倍的值，对检出限和定量限进行精确的计算。

盐度钠基会对校准曲线和线性范围造成影响，因此由全程序样品空白稀释配备校准曲线。为了保证性能，需调整仪器，确保其参数精准，高质量高标准的进行标准溶液检测。根据检测结果显示，当三种元素的浓度保持在0.10^-30.0μg/mL 时，校准曲线的回归相关系数大于 99.99% 。

3 实际样品测定

采用本方法对来自 5 个不同矿区的石煤钒矿石样品进行测定，每个样品平行测定3 次，结果如表 1 所示。由表可知，不同矿区的石煤钒矿石中钒、铁、钛含量存在差异，这与矿石的形成地质条件有关。其中，钒含量在 0.52%-1.87% 之间，铁含量在 3.25%-8.63% 之间，钛含量在 0.89%-2.35% 之间，测定结果的相对标准偏差均小于 1.0% ，表明该方法适用于不同类型石煤钒矿石中钒、铁、钛的日常检测。

表 1 实际样品中钒、铁、钛的测定结果（%）

结束语

本论文用刚玉坩埚过氧化钠兼容电杆耦合等离子体原子发射光谱法，对石煤钒矿石中铁、钒、钛的含量进行检测，有效提高了检测的精度和准确性，希望能够促进煤钒矿石化学分析检测的发展。

参考文献：

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