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錳礦石中鋁、銅、鋅、鉛、砷、鎘等雜質(zhì)的測(cè)定方法

   日期:2010-12-23     瀏覽:2036    評(píng)論:0    
錳礦石是鋼鐵工業(yè)和化學(xué)工業(yè)不可缺少的原料之一,準(zhǔn)確、快速地測(cè)定錳礦中雜質(zhì)元素的含量,對(duì)工藝參數(shù)的控制、產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都起著至關(guān)重要的作用。在測(cè)定錳礦雜質(zhì)的國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法中,鋁、銅、鉛、鋅的測(cè)定主要采用原子吸收光譜法,砷采用分光光度法測(cè)定,鉛、鎘含量的測(cè)定尚無標(biāo)準(zhǔn)方法。由于元素含量的不同,經(jīng)常需要二次稀釋或更換方法,操作繁瑣費(fèi)時(shí),且只能進(jìn)行單元素測(cè)走。
 
電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法( ICP-AES)是一種已發(fā)展成熟的儀器分析方法,具有應(yīng)用范圍廣,能對(duì)多種元素進(jìn)行同時(shí)測(cè)定,速度快且動(dòng)態(tài)范圍寬,基體影響輕微,靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),是一種適合錳礦中多元素分析的理想方法。采用
 
ICP-AES測(cè)定錳礦石中雜質(zhì)元素錳、鐵、鈣、鎂、鋁、鈦、磷已有報(bào)道。本文對(duì)錳礦中的鋁、銅、鋅、鉛、砷、鎘6種雜質(zhì)元素的ICP-AES同時(shí)測(cè)定進(jìn)行了研究,確定了最佳的溶樣條件和儀器工作條件,建立了快速的測(cè)定方法,加標(biāo)回收試驗(yàn)和對(duì)錳礦石標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定表明該法可適用于大批量錳礦的日常檢驗(yàn)。
 
一、實(shí)驗(yàn)部分
 
(一)主要儀器及工作條件
 
2100DV等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國(guó)Perkin Elmer公司),配AS93Plus自動(dòng)進(jìn)樣器;純水發(fā)生器(德國(guó)Sartorius公司)。
 
儀器采用軸向方式觀測(cè),具體操作工作條件見表1,儀器測(cè)定參數(shù)見表2。
表1  ICP-AES工作參數(shù)

 
表2  發(fā)射波長(zhǎng)、背景校正、積分方式和每個(gè)峰點(diǎn)數(shù)

 
(二)主要試劑

鋁、銅、鋅、鉛、砷、鎘單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心):1000 mg/L;混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液:使用各元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液配制成鹽酸體積分?jǐn)?shù)為10%、基體元素Mn含量為800mg/L、Fe含量為10mg/L的溶液;鹽酸:φ=37%;硝酸:φ=65%;高氯酸:φ=70%;氫氟酸:中=35%。

實(shí)驗(yàn)用水均為18.2 MΩ·cm去離子水。
(三)實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.2g樣品(精確至0.0001g)于250 mL聚四氟乙烯燒杯中,加入15~20mLHCI(1+1),蓋上表面皿,于低溫電熱板上加熱微沸至試樣全部溶解,掀開表面皿,加入2mLHNO3和2mLHF,加熱蒸發(fā)至體積約10mL,再加入2mL高氯酸,繼續(xù)加熱至冒白煙,試樣近干,取下冷卻。加入10 mL HC1,并用少量水沖洗杯壁,加熱溶解可溶鹽,過濾,定容至100mL,搖勻,按照儀器工作條件進(jìn)行ICP-AES的測(cè)定。

二、結(jié)果與討論
(一)溶樣方法的選擇
地礦樣品的處理一般有熔融法、氫氟酸分解法兩類。使用熔融法會(huì)引入大量的鹽類,必須用高倍稀釋法來降低溶液的含鹽量,從而造成檢出限不佳,影響錳礦中低含量元素的測(cè)定。此外,熔劑中雜質(zhì)含量也會(huì)增加待測(cè)元素的空白值。故在對(duì)錳礦的樣品前處理方面,本文考慮混合酸溶樣法。

溶解礦樣的用酸一般為HCI、HN03、H202、HF、王水、H2S04等,不同種類的酸進(jìn)行礦樣的溶解效果不同。以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07261為研究對(duì)象,比較了3種混合酸溶樣方式,結(jié)果如表3所示。由表3可知,不加入HF的情況(1)下,Al的測(cè)定值偏低很多,若按ISO 5889-1983(E)財(cái)殘?jiān)M(jìn)行堿熔融處理,可得到滿意結(jié)果,可見殘?jiān)蠥l的殘留較大;在(2)和(3)溶樣條件下加入HF有利于礦樣溶解,且可揮發(fā)絕大部分硅。這兩種方法均能得到滿意的結(jié)果??紤]到與標(biāo)準(zhǔn)工作溶液更好地基體匹配,本文選擇第(3)種溶解條件。

表3  錳礦溶樣方法測(cè)定結(jié)果比較

(二)基體干擾
在ICP-AES法中基體效應(yīng)是比較小的,但干擾仍然存在。保持試樣溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液具有大致相同的基體是消除基體干擾的有效方法之一。錳礦石中主量元素為Mn、Fe和Si,由于樣品前處理中進(jìn)行了低溫?fù)]硅,所以待測(cè)元素不受硅的影響。錳礦石樣品中的錳、鐵含量因產(chǎn)地不同、礦種不同而存在一定的差異,但一般為w(Mn)=30%~50%,w(Fe)=2%~10%,溶液中這兩個(gè)元素含量在這個(gè)范圍內(nèi)對(duì)待測(cè)元素的影響呈比較恒定的狀態(tài),本實(shí)驗(yàn)選擇一個(gè)折中值,即在配制的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中加入基體元素為800mg/L[w(Mn)=40%]和100mg/L[w(Fe)=5%]進(jìn)行基體匹配。
(三)方法的線性范圍和檢出限

采用空白溶液,4個(gè)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液作校準(zhǔn)曲線。連續(xù)測(cè)定12份加入基體的空白溶液,計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差,并以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的檢出限。表4結(jié)果表明,該方法的線性較好,各元素相關(guān)系數(shù)均大于0.9991,檢出限為0.005~0.058 mg/L。

表4  校準(zhǔn)曲線的線性、檢出限和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差
待測(cè)元素
檢出限(mg/L)
濃度范圍(mg/L)
相關(guān)系數(shù)
相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(%)
Al
0.030
2~80
0.9999
0.6
Cu
0.010
0.1~20
0.9995
1.2
Zn
0.005
0.1~5
0.9991
1.1
Cd
0.007
0.1~1
0.9994
1.0
As
0.058
0.2~2
0.9998
2.0
Pb
0.050
0.1~20
0.9995
1.9
(四)方法的精密度和準(zhǔn)確度
按照上述的樣品前處理方法和儀器工作條件,對(duì)于同一錳礦樣品連續(xù)進(jìn)樣測(cè)定12次,考察方法的重現(xiàn)性。表4和表5結(jié)果表明,6種待測(cè)元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=12)為0.6%~2.0%;標(biāo)準(zhǔn)樣品和實(shí)際樣品的測(cè)定結(jié)果與認(rèn)定值、其他方法的測(cè)定值相符合,均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許差范圍內(nèi)。
三、樣品分析

在錳礦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW 07261和GB W07262)中加入同濃度水平的被測(cè)元素,按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行溶樣測(cè)定以驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性,方法的回收率為86%~110%,見表5。

表5  標(biāo)準(zhǔn)樣品的分析結(jié)果
樣品
元素
測(cè)定值w/%
認(rèn)定值w/%
加標(biāo)回收率(%)
本法
其他方法
GBW07261
Al
1.19
1.16
105
Cu
0.012
0.013
110
Zn
0.028
0.027
90
Cd
0.001
0.001
86
As
0.013
0.010
101
Pb
-
<0.005
95
GBW07262
Al
1.59
1.59
97
Cu
0.014
0.014
100
Zn
0.029
0.029
87
Cd
0.003
0.003
93
As
0.008
0.008
107
Pb
-
<0.005
90
GBW07263
Al
4.52
4.52
Cu
0.036
0.036
Zn
0.064
0.064
Cd
0.001
0.001
As
0.014
0.016
Pb
-
<0.005


四、結(jié)語
建立了一種快速測(cè)定不同錳礦樣品中雜質(zhì)元素含量的分析方法。加入HC1低溫溶解后,分步加入HNO3和HF進(jìn)一步消解礦樣,最后以φ=10%的HCI為溶解介質(zhì),在標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入一定含量的Mn、Fe進(jìn)行基體匹配,ICP-AES法測(cè)定其中的鋁、銅、鋅、鉛、砷和鎘。該方法所需試劑量小,克服了堿熔法所帶來的背景干擾和操作繁瑣等問題。方法具有操作簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),能很好地滿足大宗商品進(jìn)出口檢測(cè)需要。
 
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