ICP-OES法快速测定煤系硫铁矿中的铜、 铅、 锌 杨爱红;吕鑫磊
【摘 要】采用盐酸—硝酸溶解,盐酸提取,利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法,通过对射频功率、 分析谱线和观测方式的优选,无需基体匹配,即可实现煤系硫铁矿中铜、 铅、 锌的快速测定;该方法具有准确度高、 重复性好、 可多元素快速测定等优点. 【期刊名称】《煤炭加工与综合利用》
【年(卷),期】2018(000)005
【总页数】3页(P50-52)
【关键词】ICP-OES;煤系硫铁矿;铜;铅;锌;快速测定
【作 者】杨爱红;吕鑫磊
【作者单位】山西省煤炭工业厅 煤炭资源地质局;山西省煤炭工业厅 综合测试中心, 山西 太
原 030045;山西省煤炭工业厅 煤炭资源地质局;山西省煤炭工业厅 综合测试中心, 山西 太原 030045
【正文语种】中 文
【中图分类】TD942
我国是硫酸生产大国，硫磺和硫铁矿是主要制酸原料。由于我国硫磺资源匮乏，而硫铁矿储量丰富，故硫铁矿是硫酸生产的重要来源[1-2]。我国煤系硫铁矿资源非常丰富，占全国硫铁矿资源的50%以上。煤系硫铁矿一般赋存于煤层的顶、底板或夹矸中，含硫量一般在18%以上。有些夹矸中的硫铁矿呈结核状，含硫量达30%以上。煤系硫铁矿一般在煤炭开采和洗选加工过程中随矸石产出，既污染环境又浪费资源[3-8]。因此加强对煤系硫铁矿的开发利用，具有重要的环境和社会效益。
铜、铅、锌3种元素是影响煤系硫铁矿和硫精矿质量的重要产品指标[9]。铜是煤系硫铁矿中的主要有益伴生元素；铅和锌则是煤系硫铁矿中的主要有害组分，在焙烧制酸过程中熔点较低，易使焙烧炉产生结疤现象。煤系硫铁矿中铜、铅、锌的测定，国标方法[10-12]采
用分别称取不同质量的试样用盐酸—硝酸溶解，在稀盐酸介质中，使用空气—乙炔火焰，分别于火焰原子吸收光谱仪相应波长处测量吸光度，以工作曲线法求出相应的铜、铅、锌含量，无法实现铜、铅、锌的快速测定。
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而电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)通过对射频功率、分析谱线和观测方式等仪器条件的优选，可实现对煤系硫铁矿中铜、铅、锌的快速测定。与上述火焰原子吸收光谱相比，该方法具有灵敏度高、精确度高、检出限低、分析动态范围宽(5～6个数量级)、元素间干扰小、可以同时进行多种元素分析等优点[13-15]。
1 实验部分
1.1 仪器及操作参数
测定实验所用仪器有：ICP-OES Optima 7000DV双向观测型全谱直读光谱仪(美国Perkin Elmer公司)，宝石十字交叉雾化器，CCD(固体检测器)，SCOTTON雾室，Winlab32软件。仪器工作参数见表1。
表1 实现仪器工作参数工作参数设定条件射频发生器功率/W1 300蠕动泵流速/L·min-11.5等
文具盒生产过程离子体气体流速/L·min-118观测高度/mm15辅助气气体流速/L·min-10.2积分时间/s1～5 s自动积分雾化器气体流速/L·min-10.65读数延迟时间/s20仪器观测方式轴向冲洗时间/s10
床垫钢丝1.2 标准溶液和主要试剂
(1) 铜、铅、锌标准储备溶液：ρ=1 000 mg/L(国家有金属及电子材料分析测试中心生产)。分别将标准储备溶液逐级稀释，介质浓度为2%(体积分数)的盐酸，得到混合标准溶液系列，见表2。
表2 混合标准溶液浓度元素波长λ/nmρ/mg·L-1STD 0STD 1STD 2STD 3STD 4STD 5相关系数Cu324.75200.10.20.51.05.00.999 907Zn213.85700.10.20.51.05.00.999 786Pb220.35300.10.20.51.05.00.999 940
(2) HNO3、HCl均为优级纯。
(3) 实验用水均为二次纯化水(电阻率不小于18.2 MΩ·cm)。
(4) 高纯氩气(质量分数ω大于99.99%)。
1.3 分析步骤
1.3.1 试样分解
称取0.500 0 g试样(精确至0.000 2 g)，置于250 mL烧杯中。以少量水润湿试样，加入15 mL盐酸，盖上表面皿，加热至微沸，保持数分钟，取下。加入5 mL硝酸，继续加热至沸，移去表面皿，蒸至湿盐状，取下，冷却。加入2 mL盐酸溶液及少量水，加热溶解可溶性盐类，冷却，移入100 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀后过滤。
1.3.2 上机测定
将ICP-OES按表1中仪器工作参数开机预热30 min后，输入样品信息，将标准系列溶液和待测溶液依次引入高温等离子体，由Winlab32软件自动进行背景校正，并绘制标准曲线，同时自动测出铜、铅、锌含量。
2 结果与讨论
2.1 射频功率的选择
仪器的射频功率越大，谱线强度也会随之增加，同时溶液的基体效应会降低；但功率过大，背景强度变高，信噪比降低，元素的检出限增高。经过比较，本方法选择射频功率为1 300 W。
2.2 分析谱线和观测方式的选择
由于ICP光源激发能量很大，同一元素往往会产生多条特征谱线，每种元素的谱线都会受到不同程度的干扰，所以要选择背景低、信噪比高、干扰小的谱线为待测元素的分析谱线。通过比较ICP-OES谱线库提供的波长、背景等效浓度、检出限、信噪比、强度等参数，对待测元素较为灵敏的谱线进行了初选。通过各元素不同谱线的光谱扫描，选择了适合分析谱线和观测方式，各元素的最佳谱线波长见表3。
Optima 7000DV采用空气切割尾焰，经实验比较，轴向观测不仅检出限比径向观测低，而且同样有很好的稳定性，故观测方式均采用轴向。
2.3 方法的检出限
继电器延时电路对依照1.3.1试样分解方法处理得到的12份样品空白进行测定，以强度值的3倍标准偏差除
以标准曲线斜率，计算各待测元素的检出限LD，以6 σ/k计算各待测元素的测定限LQ，各待测元素的检出限、测定限见表3。
表3 谱线波长、检出限、测定限元素波长λ/nm检出限LD/%测定限LD/%Cu324.7520.000 0300.000 060Zn213.8570.000 0360.000 072Pb220.3530.000 1400.000 280
2.4 方法的准确度
依照1.3节分析步骤，对GSB04-2709-2011硫铁矿国家标准样品进行测定，标准样品分析结果见表4。
束腹带表4 标准样品分析结果组分波长λ/nmZBK326硫铁矿标准值/%测定值/%Cu324.752—0.435Zn213.8570.014±0.0020.015Pb220.353<0.005<0.000 14
2.5 方法的精密度
依照1.3节分析步骤，对采自山西阳泉某矿区的煤系硫铁矿1号、2号样品进行了12次重复测定，分析结果见表5。
表5 煤系硫铁矿样品分析结果组分煤系硫铁矿1#样测定值/%RSD/%煤系硫铁矿2#样测定值/%RSD/%Cu0.0051.250.0041.53Zn0.0100.470.0050.87Pb0.0062.530.0052.37
3 结 论
从表3、表4中可以看出，硫铁矿标准物质的测定值均在标准值不确定度范围内，煤系硫铁矿样品重复测定的相对标准偏差均小于3%，说明该方法准确度高、重复性好。使用ICP-OES法测定煤系硫铁矿中的铜、铅、锌，具有一次称样、溶样、可多元素快速测定等优点，与火焰原子吸收光谱法相比，大大缩短了分析时间，提高了工作效率。
参考文献
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[2] 廖 舟，杨小中，许 彬，等.煤系硫铁矿综合利用新工艺研究[J].矿冶工程，2006，26(3)：35-37，41.
[3] 李侃社.煤系硫铁矿综合利用的途径[J].煤炭加工与综合利用，1996(1)：21-23.
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[4] 王龙贵，刘海增.煤系高碳硫铁矿在制酸工艺中不良影响及开发利用浅析[J].煤矿环境保护，1999(3)：56-57.
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[6] 宋志敏，丁建础.煤系硫铁矿的加热特征及其应用研究[J].煤炭学报，2005，30(3)：358-361.
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