矿石分析

无机材料化学分析岩矿分析的分类岩矿分析中的污染与损失分析试样的制备试样的分解硅酸盐岩矿分析简项分析了解矿石中一种或几种主要的有益或有害组分的含量。是圈定矿体、划分矿石类型和品级，进行储量计算的依据。例如，碳酸盐岩石通常测定CaO、MgO和酸不溶物3种组分的含量。一、岩矿分析的分类全分析对样品的组分进行全面分析。通常先做半定量或定性分析，然后再确定全分析的项目。物相分析先以镜下鉴定、X-ray衍射、差热分析以及红外光谱等分析方法为手段，确定岩石中矿物组成、晶粒大小以及结构特征；应用化学选择性溶解方法，确定各种矿物所占的质量分数（或百分率）。二、岩矿分析中的污染与损失1.污染(1)环境污染(a)来自大气的污染大气中经常变化的各类固态和液态微粒及气溶胶等外来成分：硫化物，NOx，碳化物、卤化物，金属蒸气，有机金属化合物等。痕量元素分析中要防止大气的污染，必须对空气进行净化。分析实验室的设计、建设和使用：◇控制和消除污染源；◇一旦发生污染，能够立即从工作区内消除。(b)来自容器材料的污染①硬质玻璃硼硅玻璃以Pyrex（派热克斯）为代表，SiO281.0%，B2O313.0%，R2O3（三氧化二物）2.2%。铝硅玻璃以耶那（Jena）为代表，SiO274.5%，B2O34.6%，R2O3(主要是Al2O3)8.5%。高纯融熔石英维克尔（Vycor）玻璃，SiO296.3%，B2O32.9%，R2O30.4%。耐碱玻璃SiO271%，B2O3＜0.2%，R2O316%，(Na2O＋K2O)12%。若没有特别说明，“玻璃”指的是硼硅玻璃。硼硅玻璃化学稳定性好，热稳定性高，价格低廉。硼硅玻璃不适用于痕量分析。原因：①玻璃中的化学组分易被浸出，为严重的污染源；②玻璃表面吸附造成的损失不可低估。②石英玻璃由天然或人工合成的石英砂在高温下融制而成。应用：痕量分析允许长时间于1000~1100℃下加热；天然，单一杂质＜0.001％；人工合成，杂质＜10-5％。③刚玉(氧化铝)耐碱熔④铂俗称白金，耐化学腐蚀，不与任何单一无机酸（包括HF）作用。可用Na2CO3、硼砂、氟化物、焦硫酸钾、（Na2O2＋NaOH）融熔样品。忌王水⑤聚四氟乙烯（特氟隆，PTFE）塑料王，在当今所有容器材料中，抗化学腐蚀能力最强。它既不与任何无机酸或碱作用，也不与任何单一的有机溶剂起化学反应。可用于痕量分析（它一般仅含10-5％的Al、Ca、Cu、Fe、Mg、Si和10-3％的Na）。可在低于250℃温度下使用。加热温度不得超过330℃（软化温度），否则，会因分解产生剧毒气体。因此，不能直接放在电炉上加热。缺点：导热性差，使试样的分解周期加长。(2)试剂和水的污染①水蒸馏水金属蒸馏器中一次蒸馏，可除去水中水溶性有机质和能电离的无机杂质以及胶质固体，电阻率(MΩ·cm)0.1~0.5；石英蒸馏器二次蒸馏，2.0MΩ·cm去离子水纯净水，电阻率理论值18.3MΩ·cm②试剂一般化学分析使用的试剂须是分析纯以上。化学试剂的一般分级：优级纯，G.R.(guaranteereagent)，绿色标签分析纯，A.R.(analyticalreagent)，红色标签化学纯，C.P.(chemicallypure)，蓝色标签其他分类：光谱纯试剂、高纯试剂、基准试剂等。(3)来自试样的污染采样工具材料的选择例如，不锈钢刀具，会引入Cr，Ti。试样粉碎时材料的选择试样储存时容器材料的选择塑料制品和石英是最佳储存容器材料。(4)由分析人员造成的污染手、头发、衣服等。(1)吸附作用玻璃或石英表面有0.1μm的活化层，可发生吸附、离子交换、还原、沉淀及渗透等物理化学过程。容器材料：玻璃＞石英＞聚乙烯＞聚丙烯＞聚四氟乙烯但Ce3+、Be2+、La3+例外，在玻璃表面上的吸附低于聚乙烯。措施：酸化；加入适当试剂（氧化剂）；低温存储。2.分析中的损失(2)挥发作用大于100℃时，金属很可能形成挥发性物质而造成不同程度的损失。(3)其它损失水解作用，氧化还原作用，微孔渗漏取样经验公式：Q＝KdaQ－取样的最低质量，kgK－经验常数，0.02~0.5d－试样中最大颗粒的直径，mma－经验常数，1.5~2.7三、分析样品的制备1.试样加工方法2.粉碎(1)碎样器械实验室内用乳钵：钢制乳钵，玛瑙乳钵(2)分析试样的量常量元素化学分析，5g，一般制10g即可。微量元素分析：至少20~30g(3)粉碎引起的试样成分变化特别在细碎时，因发热、吸水、吸收CO2以及空气中的氧化作用引起某些试样成分变化。如H2O＋，H2O－，Fe(Ⅱ)。岩石及矿石试样研磨2h，FeO有20~30％被氧化，因此，FeO分析结果只能是参考值。3.干燥预备性干燥：自然风干，或小于90℃干燥。研磨后的试样干燥：105~110℃密封保存，或放在干燥器内，防止吸水和CO2。4.标准参考物质标准参考物质(standardreferencematerials),简称“标准样品”、“标准物质”。使用标准参考物质是保证和评价分析测试质量的重要手段。广泛应用于仲裁分析、外检和产品认证分析。标准参考物质的研制方法：四个重要步骤：制备；均匀性检查；定值；稳定性考查。标准物质的研制是一项费时、费力、耗资大的项目，需要组织很多研究机构广泛合作。标准参考物质中某元素的含量的定值至少使用2种原理不同的分析方法进行测试。定值是应用数理统计方法进行的。我国研制的第一批水系沉积物标准参考物质（GSD-1~GSD-8),48个实验室报出的参与定值的数据就有11680个。四、试样的分解1.分解试样的一般要求(1)完全分解。(2)防止欲测组分的损失。(3)在分析试样时，不能引入欲测成分的物质。(4)分解方法迅速有效，不应侵蚀容器。(5)即使是惰性的盐也要尽量少加。2.分解试样常用的容器(1)铂坩埚酸溶样品时，切勿加王水。高温融熔样品时，在红热状态须使用包有铂头的坩埚钳夹取。使用时要小心拿取，以放变形。(2)聚四氟乙烯在250℃以下使用。3.溶解分解法（酸分解法）•硅酸盐岩石矿物不溶于HCl、HNO3、H2SO4、王水等，主要用HF溶解。42242SiOHF=SiFHO()蒸干•HF-H2O体系中，当HF含量为38.3％时，恒沸点为112℃。•绝大多数硅酸盐可被HF分解，不能分解的只有尖晶石、斧石、绿柱石、锆石、电气石、石榴石等少数几种矿物。•116℃时，10%HF+54%H2O+36%H2SiF6形成恒沸的三元体系。•用HF分解矿样时，如果控制加热条件，适当蒸发，SiO2不致损失，或损失极微。•皮肤接触HF，会引起剧烈疼痛。•急救措施：用大量硼酸(5%)冲洗；用冰镇酒精浸泡；用饱和硫酸镁溶液浸泡；用钙盐拌和甘油包扎。注意安全：4.溶解分解法的其它技术(1)封闭溶解法使用内衬聚四氟乙烯、不锈钢外套的压力溶弹。用HF110℃，用HCl230℃(2)微波溶解5.融熔分解法SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2Al2O3+Na2CO3=2NaAliO2+CO2(1)无水Na2CO3熔点851℃Pt坩埚，5~10倍样品用量，熔样温度950~1000℃。(2)无水K2CO3•熔点891℃•Pt坩埚•Nb、Ta的钾盐能溶于水，而钠盐微溶于水。(3)焦硫酸钾（K2S2O7)•Pt、石英、瓷坩埚•SO3是该熔剂的主要有效因素，主要用来分解碱熔后的残渣或灼烧后的氧化物，有强烈的分解作用。420227243KSOKSOSO灼烧（＞℃）＋(4)硼砂（Na2B4O7·10H2O）分解耐火材料(5)偏硼酸锂（LiBO2）ICP光谱分析中常用的熔剂，制得的溶液可以测定Na、K。(6)过氧化钠（Na2O2）对坩埚有强烈的腐蚀作用。700℃，高铝坩埚20022222NaO2NaOO＞℃＋(7)Na2O2＋NaOH•2:1混合，520±10℃,对Pt的腐蚀较小，融熔物易提取。•目前岩矿化学分析中应用最广泛的熔样方法。五、硅酸盐岩矿分析1.硅酸盐岩石的成分SiO2％酸性岩＞65中性岩52~65基性岩45~52超基性岩＜45•主成分：氧化物含量＞1%•次成分：氧化物含量0.01~1%•微量元素：元素含量＜0.01%硅酸盐岩石和矿物中的基本成分和含量范围（％）SiO230~80TiO20~5Al2O30~30P2O50~1.5Fe2O30~10MnO0~1FeO0~10CO20~2MgO0~50F0~3CaO0~20S0~1Na2O0~15K2O0~15H2O0~102.化学分析方法•化学分析包括主成分和次成分（13项）：SiO2，Al2O3,Fe2O3,FeO,MgO,CaO,Na2O,K2O，TiO2，P2O5,MnO，H2O+,H2O–主称样系统分析：单独分析：•主成分排列顺序：SiO2，Al2O3,Fe2O3,FeO,MgO,CaO,Na2O,K2O，H2O+,H2O–•微成分的排列，差异较大，一般以酸性基在前。3.分析结果的表示方法(1)氟、氯氧当量的校正(2)硫的氧当量校正较复杂。•Lossonignition•对于地质样品，只有参考意义，提供H2O及易挥发物质的信息，不作为成分。(3)烧失量(LOI)的校正