[发明专利]铁矿的消解方法和检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物的分析检测技术领域，更具体地说，涉及铁矿石类别，尤其是各种类型钒钛铁矿的消解方法和检测方法。

背景技术

钒钛铁矿(包括含有钒、钛、铁元素的原矿、精矿、尾矿、烧结矿、球团矿以及氧化钛铁矿等，下文中也称作钒钛铁矿类样品)不同于普通铁矿，它的组成和物相结构都非常复杂，而且通常含有百分之十左右的TiO₂和百分之几的V₂O₅。例如，我国攀西地区赋存有非常丰富的钒钛磁铁矿，这些钒钛磁铁矿为多元素共生矿，组成和物相结构都相当复杂，而且不同矿点的成分差异也较大，除含有Fe、V、Ti、Si、Al、Ca、Mg、O等主量元素外，还含有Nb、Zr、Sc等难溶稀有元素。这些导致钒钛铁矿样品的消解与微量元素检测均比普通铁矿更加困难，不能照搬或沿用普通铁矿的分析检测方法。尤其对于将原始钒钛铁矿石经过烧结、球团化或氧化焙烧等生产工艺技术处理后得到的钒钛铁矿中间产物的烧结矿或球团矿以及氧化钛铁矿，由于其中多数TiO₂相会产生晶型转变而生成极难溶解于酸的金红石型TiO₂，所以这些烧结矿、球团矿和氧化钛铁矿样品的消解与检测更加困难。

目前，用于矿类样品的消解方式主要有以下四种：

(1)酸溶消解：直接以HF-HCl-HNO₃-H₂SO₄(或HClO₄)在电热板等敞开体系中消解样品，此类方法只能用在对测定结果准确度要求不高的场合。因为即使是不含钒钛或钒钛含量很低的普通铁矿，由于通常矿中都存在有较高含量的SiO₂、Al₂O₃等难溶氧化物，采用电热板酸溶方式很难将样品消解完全，酸不溶残渣易包裹、吸附待测元素，导致检测结果偏低。如果用该方法消解钒钛含量高的样品，则残渣更多，后续的检测结果的准确性更差。

(2)火法熔融：以大量硼酸-碳酸钠、硼酸锂、焦硫酸钾等试剂在马弗炉内高温熔融消解样品。多用于高含量元素分析，如容量法、重量法或X射线荧光测定普通铁矿或钒钛铁矿中Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、CaO、MgO等主要物质。虽能完全消解钒钛铁矿，但引入了大量盐类和碱金属离子，导致待测溶液基体组成复杂，空白本底高，不适宜于电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子吸收光谱法等微量元素精密仪器分析方法。

(3)酸溶回渣：先湿法消解酸可溶物，再以火法熔融法对剩余的不溶残渣进行消解。如分析化学方面的外国标准CMS 02 01 94 01-1999中提供了一种用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铁矿中铜、钴、镍、铬、钼、钒、钛、锰和铝的分析方法，该方法采用HF-HCl-HNO₃-H₂SO₄来分解试样，过滤得到的不溶残渣用焦硫酸钾熔融回渣。酸溶回渣法是为了克服湿法酸溶消解与火法熔融消解的各自缺陷，而将两者结合所形成的一种方法。然而，酸溶回渣法仍存在诸多缺点，虽然通过先酸溶解减少了残渣量，相对于直接熔融减少了碱性试剂用量，一定程度减轻不利影响，但无法彻底解决碱金属离子和盐类干扰难题，而且大大增加和延长了检验步骤、分析流程和周期。特别地，因为钒钛铁矿中TiO₂等含量很高，酸不溶残渣很多，采用酸溶回渣法来测定钒钛铁矿时必须大大增加焦硫酸钾的用量，基体效应严重影响测定结果，所以此类方法不适用于钒钛铁矿类样品的检测。

(4)微波消解：以酸在高压密闭条件下采用微波加热消解样品。与传统消解技术相比，微波消解通过利用微波的穿透性和激活反应能力来加热密闭容器内的试剂和样品，可增加制样容器内的压力，提高反应温度，从而大大提高了反应速率，缩短样品制备的时间。另外，微波消解也可以通过控制诸如压力和升温制度等条件来控制反应条件，从而使得制样精度更高，并减少了环境污染，同时改善操作人员的工作环境。

如上所述，微波消解存在诸多优点，然而，对于采用微波消解钒钛磁铁矿来说，仍存在以下缺点：