泡沫塑料吸附——原子吸收光谱法测定金探讨

2022-12-03

一、概述

金具有很强的延展性, 良好的导电导热性, 广泛用于现代科技尖端领域。近年来, 随着黄金选矿工艺、技术设备的不断更新和改进, 生产过程中的管理工作要求更加严格、规范。下段工艺流程的决策直接取决于上段工艺流程监控数据的准确性和及时性。因此, 高质量的监控手段对黄金矿山生产来说愈显重要。金矿的普查勘探对金的分析检测也提出更高的要求。如何准确快速的测定各样品中金的含量, 一直困扰着我们。因此, 研究金测定的方法具有很强的现实意义.由于金在矿石中的含量较低, 目前测定金采用的主要方法是原子吸收光谱法。对于微量金通常采用火焰原子吸收光谱法。

采用原子吸收光谱法测定金必须经富集分离后才能进行。常用的富集分离方法有:活性炭吸附沫法、泡塑料吸附法、溶剂萃取分离法及离子交换树脂分离法等[1]。文章介绍的是采用泡沫塑料吸附富集法进行矿石中金含量的测定。泡沫塑料吸附富集金是上世纪七十年代中期被提出的一种富集金的方法[2], 到八十年代中期, 经许多人研究, 此法已比较成熟, 使用的人群也在增加, 成为目前使用较普遍的方法之一。其原理是试样经焙烧, 采用王水分解金矿, 将溶于王水后的金不经分离矿渣直接以泡沫塑料吸附, 再以水将泡沫塑料洗净, 用硫脲溶液解脱, 直接将金的硫脲溶液用原子吸收测定。本方法操作简单快捷, 成本低, 对环境无污染, 分析时间短, 充分满足了生产测定需求, 很适合矿山化验室的一般分析用途。该方法中, 除了仪器条件外, 样品的焙烧与化学处理方法、所用的泡塑及样品测定时的温度等对准确度均影响较大。因此, 根据试样选择适当的预处理方法, 对降低测量误差、提高测定的准确度有很大帮助。

二、实验部分

1. 仪器及其工作条件

主要仪器:SX2-4-10箱式电阻炉:功率4kw, 温度0--1200℃,

HY--2型调速多用振荡器

WFX--1E3型原子吸收分光光度计

2. 主要试剂

聚氨酯泡沫塑料:将大块的泡塑剪成2×4cm方块放入2%Na OH溶液中煮沸30分钟后, 洗净, 挤干备用。

1+1王水:硝酸:盐酸:水=1:3:4 (现用现配)

硫脲:2%水溶液 (现用现配)

金标准储备液:称取1.0000g光谱纯金 (纯度≧99.999%) 置于100ml烧杯中, 加入20ml新配制的 (1+1) 王水, 在沸水浴上溶解并蒸发至小体积, 移入1000ml容量瓶中, 加2g氯化钾, 王水 (1+1) 200ml, 用水稀释至刻度, 摇匀, 此溶液1ml含1000μg金

金标准工作溶液:准确吸取50ml金标准储备液于1000ml容量瓶中, 加入2g氯化钾, 摇匀, 再加入 (1+1) 王水100ml, 再摇匀, 用水稀释至刻度, 摇匀, 此溶液1ml含50μg金

标准系列的配制:准确吸取0、0.5ml、1.0ml、2.0ml、3.0ml、4.0ml、5.0ml浓度为50μg/ml金标准工作溶液分别放入50ml容量瓶中, 以10%王水定容至刻度, 摇匀。此系列浓度即为0、0.5μg/ml、1.0μg/ml、2.0μg/ml、3.0μg/ml、4.0μg/ml、5.0μg/ml

3. 分析手续

称取试样10克

(1) 将试样置于瓷蒸发皿中, 均匀铺开, 于650℃马弗炉中低温升起, 在650℃处保持焙烧1小时。取出冷却后, 移入250ml三角烧瓶中, 以少量水润湿, 加50ml王水 (1+1) , 在电热板上加热至微沸, 并保持半小时。这期间要经常性摇动, 避免试样粘底, 取下冷却

(2) 补加 (1+1) 王水5ml, 加水至100ml刻度, 放入预先处理过的泡沫塑料2~3块, 塞紧塞子, 在振荡器上匀速振荡半小时。取出泡沫塑料在水龙头处多次轻揉、轻挤, 洗净存留在泡沫塑料上的残渣, 挤干泡沫塑料中的水分, 放入50ml干燥的比色管中, 加入20ml2%的硫脲溶液 (现用现配) , 塞紧塞子, 置于沸水浴上保温半个小时。趁热轻搅泡沫塑料, 并挤干取出。冷却沉淀后, 与标准系列一同在波长242.8nm处进行原子吸收测定。

三、结果与讨论

1. 样品的焙烧对金测定结果的影响

一般认为:对于来源广、组成较复杂的样品金的分析, 要采用焙烧的方法除去硫、炭、砷和有机物等杂质。焙烧的温度和时间主要取决于矿种类型。原则在保证金不挥发损失和硫、碳、有机物等干扰元素充分除去的前提下确定焙烧温度和时间[3]。焙烧温度过高或过低对样品分析结果均造成一定影响。如果焙烧温度过高, 时间过长, 样品易烧结, 甚至粘结于瓷皿底部;焙烧温度过低, 时间太短, 则挥发性物质灼烧不尽。

由上表可以看出:样品焙烧的温度和时间并不是随意的, 不同矿样焙烧时的方法和温度有一定区别。一般样品可以这样:在室温下将样品称在瓷坩埚中, 放入马弗炉内, 逐步升温至650℃~700℃并保温1小时。当样品中含有卤化物时, 温度260℃会有卤化金挥发损失[4], 所以一定要室温放入马弗炉中, 然后再逐步升温至650℃~700℃。同时焙烧温度也不能太高, 因当温度超过700℃时, 样品中的砷和金可以生产As-A合金挥发;其它如辉黄铁矿、碲金矿中的金也会有挥发损失[5]。温度太低挥发性物质焙烧不尽。在马弗炉中650℃~700℃焙烧金不会损失且挥发性物质也可除尽。

此外还应注意:1、一般试样焙烧0.5小时应取出搅拌一次, 但对含硫、碳高的样品应根据样品的实际情况延长焙烧时间。一定要焙烧到无明火、无SO2的刺鼻味再延长1~2小时才可以。2、焙烧时, 马弗炉门应开细缝, 让空气进入炉内。碳、硫高的样品可用大号方舟盛样, 铺放薄薄一层, 使焙烧时有充分氧气供应。这样焙烧出的试样疏松, 无烧结现象;经稀王水溶解后, 液面和烧杯壁无黑色悬浮物, 残渣无黑色, 较好地消除了碳、硫等对测定金的干扰。

2. 泡塑的处理对测定结果的影响

(1) 处理液的选择

聚氨酯泡沫塑料是该方法的主要试剂之一, 它的处理是关键。目前, 金的泡沫塑料吸附富集分离已是金的富集分离法中应用最广泛的方法之一, 它具有分离效果好、选择性强、操作简便、成本低廉等特点。但由于泡沫塑料中残留有脲基、脲基甲酸酯、缩二脲, 以及还残留有5%~10%的异氰酸酯或NCO端基, 还有生产中不可避免产生的油迹和污渍, 这些杂质占据了泡塑的有效吸附面积[7], 因此, 泡塑在使用前必须经过处理, 以提高其吸附率。如果处理不好, 泡塑的吸附能力减弱, 重现性差, 会给分析带来一定困难。我们分别用盐酸、硝酸、2%Na OH浸泡煮沸半小时的聚氨酯泡沫塑料, 取出挤干, 放入3×10-3mg/ml的Au的王水溶液中振荡吸附, 用火焰原子吸收仪测其吸光度, 结果如下:

从表2可以看出, 经2%Na OH处理的泡塑具有良好的吸附率, 回收率达98%以上, 损失最小

(2) 处理时间对泡塑的影响

用2%Na OH溶液处理泡塑, 我们对处理时间进行了试验 (表3)

结果表明:用2%Na OH溶液煮沸泡塑半个小时, 即可达到理想的吸附效果。

(3) 泡塑振荡吸附时间的选择

泡沫塑料吸附时间的长短对金的测定结果有较大的影响。吸附时间短吸附不完全, 吸附时间长不利于大量样品的处理。试验结果如下表:

由上表可知:当振荡吸附时间≧30分钟时, 测定结果变化不大, 趋于稳定.因此, 我们选择的振荡吸附时间为30~40分钟.另外还需注意, 由于不同厂家和不同批次的泡沫塑料, 对Au的吸附效果有差异, 同批试样宜采用同样的泡塑, 标准系列与试样同时吸附.这样可以抵销一部分由泡塑吸附率波动引起的误差。

(4) 泡塑吸附温度的选择

温度也是影响泡塑吸附率的重要因素。本试验着重考察了不同吸附温度下的不同回收率。将一组相同条件下所得的泡塑置于恒温振荡箱内, 设定不同温度:5、10、15、20、25、30、35、40℃振荡吸附30分钟。如表5

结果表明:吸附温度对回收率的影响较大。当温度≧20℃时回收率趋于稳定, 在94.5%以上.当温度低于20℃时, 要适当延长振荡吸附时间或溶矿后加入30℃左右的温水振荡吸附, 以此来改善温度太低造成的吸附率下降现象.

(5) 溶液酸度对泡塑吸附的影响

分别取1ml50μg/ml的金标准溶液于5个250ml三角烧瓶中, 加水约25ml, 分别调PH值为<1、1、2、3、5, 以下同操作步骤, 测定溶液酸度对泡塑吸附的影响。如表6

试验结果表明:在较宽的酸度范围内 (PH为1~3) , 吸附率都在96%以上。酸度过小时, 由于H[Aucl4]不稳定, 导致吸附率下降。酸度过大时, 泡塑颜色变黑, 出现粘结现象, 不利于吸附。

3. 解脱剂对测定结果的影响

(1) 解脱剂及其浓度的选择

由于硫脲对金银具有很强的络合能力, 因此我们通常选择硫脲作为含金泡塑的最好的解脱剂。其反应原理如下:

SC (NH2) 2+Au Cl3=Au Cl+S+2HCl+OC (NH2) 2

2 SC (NH2) 2+Au Cl=2SC (NH2) 2Au Cl

浓度的选择:以样品GAu-2、GAu-3、GAu-4为例进行试验, 选择硫脲浓度 (质量分数) 分别为1%、·2%、3%、4%、5%、8%、10%进行试验, 如表7

经试验, 硫脲浓度在1%~10%范围内 (更高范围未做试验) 均能将金解脱完全, 解脱率在96%以上。在既能保证金被完全解脱又考虑成本不致造成大量浪费的情况下, 我们选择了2%~3%的硫脲水溶液为解脱剂。

(2) 温度对解脱效果的影响

温度对硫脲解脱金的影响较大.在常温下半天不能使金解脱完全, 要在沸水浴中保温, 方可使金全部解脱。

(3) 时间对解脱效果的影响

以样品GAu-2、GAu-3、GAu-4为例进行试验。分别选择解脱时间为10min、20min、30min、40min、50min、60min 6个不同的解脱时间, 观察时间与测定结果的关系, 如下表

试验结果表明, 当解脱时间在10分钟时, 结果有所偏低;当解脱时间在20~40min时, 测定值趋于稳定, 在标准值以下但比较接近标准值;当解脱时间在50~60分钟时, 测定结果在标准值以上仍接近标准值。这可能是随着解脱时间的加长, 溶液体积蒸发变小, 导致浓度偏高所致。我们把解脱时间定在30分钟为宜。

4. 溶液温度对测量结果的影响

样品解脱后需放置一定时间, 待测试液温度应与工作环境温度一致时才能进行测定。因为溶液在不同温度时黏度值不同, 将直接影响试液提升量和雾化率, 导致吸光度的波动。如果在解脱后放置比较短的时间即进行测定, 随着测定的进行温度逐渐降低, 吸光度-浓度曲线的斜率会发生变化, 使样品分析结果偏低。因此, 样品温度应与工作环境温度一致时进行测定。同时, 工作环境温度也不能过低或过高, 因为原子吸收仪作为一台精密仪器, 其工作温度在10℃~30℃之间为最好。如果工作环境温度过低, 低温高速气体将使水样无法雾化甚至凝结成小冰粒, 影响测量。

5. 共存元素的干扰情况

根据矿物中可能共存的元素做了干扰试验, 试验证明 (以mg计) :

Fe3+、Ca2+、K+、Na+、Al3+3×103;Mn2+、Cu2+、Ba2+、Zn2+1×103;V (V) 、Ti (IV) 、Zr (IV) 为500;Sn (IV) 、Pb2+、Co2+、Ni2+为50;Bi3+、Sb3+为25时不干扰测定。主要是因为这些阳离子一般不形成氯配阴离子, 对[Au Cl4]-没有竞争吸附作用。共存阴离子中, 500mg SO42-对金的测定无影响。另外, 50倍的Ag、Pt、Pd等贵金属均不干扰金的分离、富集和测定。说明该方法对[Au Cl4]-具有较高的选择性和较大的吸附容量[8]。

摘要：金泡沫塑料吸附——原子吸收法测定金过程及原理:样品于马弗炉650～700℃焙烧以除去炭、硫单质及有机质、砷、汞等易挥发物质;试样用王水分解, 在约10% (V/V) 王水介质中, Ⅲ价金被直接用多孔聚氨脂泡沫塑料在含有矿样残渣的溶液中吸附富集, 然后用2%硫脲溶液加热解脱被泡塑吸附的金, 用火焰原子吸收光谱仪在242.8nm波长处测定金含量。

关键词：Au,原子吸收,矿样焙烧,王水溶矿,泡塑吸附,硫脲解脱