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独居石和磷钇矿物类矿物分析

淡定的犀牛
灵巧的钢铁侠
2023-01-26 11:05:38

独居石和磷钇矿物类矿物分析

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2026-02-04 04:39:23

独居石(Ce、La)PO4和磷钇矿[Y]PO4均是重要的磷酸盐稀土矿物。前者Ce2O3、La2O3和ThO2的含量分别为25%~30%、20%~30%和5%~12%,还有少量的Fe、Si、Ti、Zr、Nb和Ta等元素。磷钇矿中Y2O3的含量可高达61.4%,或含有Er、Ce、La、Al、Ca、Si、Fe、Th和Zr等元素。

下述方法以纸上色层分离稀土、钍、铀、锆、磷、铌和钽,用丁醇-氢氟酸-盐酸-水(50+3+40+7)作层析剂,它们的Rj值分别为0、0、0.52、0.60、0.84、0.88、0.93。一次层析,可使上述元素完全分离,然后分别测定,其分析流程见图70.14。

图70.14 独居石和磷钇矿分析流程图

设备及试剂

层析剂丁醇-氢氟酸-盐酸-水(50+3+40+7)。

层析纸处理将新华层析滤纸中速3号20cm×30cm用(5+95)盐酸(50℃)浸泡1h,再放入含有732阳离子交换树脂的水中浸泡1h,取出,用水洗净,晾干。

色谱柱的制备在50mL干烧杯中,加入2.8mLP507和6~7mL石油醚,轻轻混匀,加入3.5g硅烷化硅球,混匀,在红外灯下烘干,不时轻轻翻动至硅球全部呈疏松状无强烈石油醚气味为止。加入10mLHCl,搅动至硅球全部润湿,立即加入10mL水,不断搅动至硅球全部沉降,倾出上层清液于色谱柱内,并将烧杯内硅球搅拌成糊状,一次倒入柱内,用水洗烧杯。待硅球全部下沉,放尽上层溶液,用水洗至微酸性,再用10mL所需酸度的盐酸(或盐酸-氯化钠)平衡后,备用。供ICP-AES法测定稀土分量用。

分析步骤

(1)试样处理及纸上层析

称取5~10mg(精确至0.01mg)试样于铂埚中,加入约50mgNa2O2,搅拌均匀后再覆盖一层,于510℃半熔10~15min,取出。冷后加入3mL热水,待停止反应后,迅速移入盛有3mLHCl的10mL容量瓶中,用水洗净坩埚,并用水稀释至刻度,混匀。

移取1.0mL溶液滴到处理后的20cm×30cm的层析纸上,晾至无湿印后,放入色层箱里盛有50mL层析剂的培养皿中进行纸上层析,待溶剂前沿移至18cm后取出,晾干。将纸上部1/3以纸遮住,其余部分用2g/L偶氮胂Ⅲ溶液喷雾显色。晾至半干剪下稀土与钍带,铀、锆带从铀带上1cm剪至稀土带以上,将遮盖部分用50g/L钼酸铵溶液喷雾显色,晾至半干剪下磷带,其余至前沿为铌、钽带。

(2)钍、稀土色层带处理

将稀土、钍带放入瓷坩埚中,灰化后取出。冷后用少量水润湿,加1滴H2O2、1mLHClO4,加热蒸至近干,加1mLHCl再加热蒸至近干。取下加入1mLHCl,温热至全溶,冷后移入10mL容量瓶中,混匀。此为溶液(A)。

(3)钍的测定

移取溶液(A)(独居石2.0mL、磷钇矿5.0mL)于25mL容量瓶中,用水稀释至5mL,加1mL10g/L抗坏血酸,补加(1+1)HCl至8.4mL,加5mL50g/LEDTA溶液,摇匀后,加入1mL2g/L偶氮胂Ⅲ溶液,用水稀释至刻度,摇匀。在波长650nm处,用1cm比色皿测量吸光度。

校准曲线0~25μgThO2。

(4)稀土的测定

移取2.0mL溶液(A)于50mL容量瓶中,加水稀释至10mL,加酚酞1滴,以100g/LNaOH中和至微红色,再用(1+99)HCl中和至红色褪去,加1mL10g/L抗坏血酸溶液、2mL2.5mol/L甲酸、5mL2g/L偶氮胂Ⅲ溶液,用水稀释至刻度,混匀。用1cm比色皿,于波长655nm处测量吸光度(扣除试样中与钍相当的吸光度)。

校准曲线0~150μgRE2O3。

(5)稀土分量测定

移取1.0~2.0mL溶液(A),中和至pH2.4,用水稀释至10mL上色谱柱,用10mL0.3mol/LHCl-0.2mol/LNaCl洗脱轻稀土,最初3mL弃去,其余收集在10mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。再用20mL4mol/LHCl洗脱重稀土,将溶液浓缩至小于1mL,移入10mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,用ICP-AES法测定稀土分量。

(6)铀、锆色层带处理

将铀、锆带剪下置于瓷坩埚中,用3mL1g/LCaCl2溶液润湿,在650℃以下灰化,冷后用水润湿,加1mLHClO4,加热冒烟蒸至近干。取下加1mLHCl,温热至全溶。移入10mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,制得溶液(B)。

(7)锆的测定

移取5.0mL溶液(B)于25mL容量瓶中,补加2.5mol/LHCl至6.5mL,用水稀释至20mL,加1mL10g/L抗坏血酸溶液和2mL2g/L苦胺酸R溶液,在50~60℃水浴上加热15min,冷却,用水稀释至刻度,摇匀。用2cm比色皿,以试剂空白为参比,于波长560nm处测量吸光度。

校准曲线0~10μgZrO2。

(8)铀的测定

移取2.0溶液(B)于25mL容量瓶中,用水稀释至5mL,用5-Br-PADAP光度法测定。

校准曲线0~12μgU3O8。

(9)磷的测定

将磷带剪下置于瓷坩埚中,在650℃以下灰化后取出。冷后用少量水湿润,加2mLHNO3、1mLHClO4加热蒸至近干,加1mLHCl再加热至近干取下。加1mLHCl,温热至全溶,冷后移入50mL容量瓶中,补加入6.5mL(1+1)HCl,用水稀释至40mL。加2.5mL50g/L钼酸铵溶液、5mL无水乙醇,于沸水浴中加热2min。取下,立即加入2.5mL50g/L抗坏血酸溶液,放置15min后,流水冷至室温,用水稀释至刻度,摇匀。用1cm比色皿,于波长700nm处测量吸光度。

校准曲线100~1000μgP2O5。

(10)铌、钽色层带处理

将铌、钽带剪下置于铂坩埚中,灰化后,取出。冷后用少量水润湿,加1mLHF在水浴上蒸至近干。加2mL60g/L酒石酸,温热,冷后移入小塑料瓶中,用60g/L酒石酸溶液稀释至10mL,摇匀。此为溶液(C)。

(11)铌的测定

移取5.0mL溶液(C)置于25mL容量瓶中,用氯代磺酚C光度法测定。

校准曲线0~10μgNb2O5。

(12)钽的测定

余下溶液(C)用丁基罗丹明B光度法测定钽。

校准曲线0~10μgTa2O5。

(13)钙、镁、铁和锰的测定

移取1.0mL~2.0mL主溶液于25mL容量瓶中,加1mL100g/LSrCl2溶液,用水稀至刻度,摇匀,用原子吸收光谱法测定。

校准曲线0~6μg/mLCaO、Fe2O30~3μg/mLMgO,MnO,加1mL空白溶液。

(14)硅的测定

移取2.0mL主溶液用硅钼蓝光度法测定。

校准曲线0~100μgSiO2。

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2026-02-04 04:39:23

任务描述

含稀土元素的矿物种类很多,组分也很复杂。稀土分析包括非常丰富的内容,几乎涉及化学分析和仪器分析的各个领域,是分析化学中一个难点。稀土元素的分析可分为两大类,一是稀土总量的测定,其中包括稀土元素分组含量的测定;二是单一稀土元素含量的测定。要掌握好稀土元素分析,必须对稀土元素的基本性质、稀土矿石的特点、稀土元素的分析方法等有比较全面的了解,这样才能在接收稀土样品后,根据样品的特点及其分析任务选择合理的分析方法,正确派发分析检验单。

任务分析

一、稀土元素在地壳中的分布、赋存状态及稀土矿石的分类

稀土元素在地壳中的总质量分数为0.0153%,含量最大的是铈(占0.0046%),其次是钇、钕、镧等。含量最小的是钷,然后是铥、镥、铽、铕、钬、铒、镱等。稀土元素在地壳中主要呈三种状态存在:

(1)呈单独的稀土矿物存在于矿石中,如独居石、氟碳铈矿、磷钇矿等。

(2)呈类质同象置换矿物中的钙、锶、钡、锰、锆、钍等组分存在于造岩矿物和其他金属矿物及非金属矿物中,如萤石、磷灰石、钛铀矿等。

(3)呈离子形态吸附于某些矿物晶粒表面或晶层间,如稀土离子吸附于黏土矿物、云母类矿物的晶粒表面或晶层间形成离子吸附型稀土矿床。

离子吸附型矿是我国独有的具有重要工业价值的稀土矿。离子吸附型稀土矿中75%~95% 的稀土元素呈离子状态吸附于高岭土和云母中,其余约10% 的稀土元素呈矿物相(氟碳铈矿、独居石、磷钇矿等)、类质同象(云母、长石、萤石等)和固体分散相(石英等)的形态存在。离子吸附型稀土矿中的稀土氧化物含量一般为0.1% 左右,有的可高达0.3% 以上。根据离子型稀土矿中稀土元素的配分值可将其分为下列类型:富钇重稀土矿、富铕中钇轻稀土矿、中钇重稀土矿、富镧钕轻稀土矿、中钇轻稀土矿、无选择配分稀土矿。离子型稀土矿不用经过选矿,用NaCl、(NH4)2SO4、NH4Cl等溶液渗浸就可以将稀土元素提取到溶液中,再将溶液中的稀土转化成草酸盐或碳酸盐,最后灼烧得到稀土氧化物。

二、稀土元素的分析化学性质

(一)稀土元素的化学性质简述

稀土元素位于元素周期表的ⅢB 族,包括钪(Sc)、钇(Y)和镧系元素镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu),共17种元素。它们的原子序数分别为21,39 和57~71。其中镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕为轻稀土,钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇为重稀土。稀土元素是典型的金属元素,其金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属,近似于铝。稀土金属在空气中不稳定,与潮湿空气接触会被氧化而变色,因此需要保存在煤油中。稀土金属能分解水,在冷水中作用缓慢,在热水中作用较快,放出氢气。稀土金属与碱不起作用。

(二)稀土元素主要化合物的性质

(1)稀土氧化物。在稀土分析化学中,稀土氧化物是一类非常重要的化合物。各种稀土元素标准溶液基本上是用高纯的稀土氧化物配制而成的。稀土氢氧化物、草酸盐、碳酸盐、硝酸盐及稀土金属在空气中灼烧均可获得稀土氧化物。经灼烧后,多数稀土元素生成三价氧化物,铈为四价氧化物CeO2,镨为Pr6O11,铽为Tb4O7。稀土氧化物不溶于水和碱性溶液中,能溶于无机酸(氢氟酸和磷酸除外)。

(2)稀土草酸盐。稀土草酸盐的溶解度较小,这是草酸盐重量法测定稀土总量的基础。随着原子序数的增大,稀土草酸盐的溶解度增大,因此当用重量法测定重稀土元素时较轻稀土的误差大。在800~900℃灼烧稀土草酸盐可使其完全转化为稀土氧化物。

(3)稀土氢氧化物。一般情况下,稀土氢氧化物为胶状沉淀。不同稀土氢氧化物开始沉淀的pH不同,并且随原子序数的增加而降低,碱性越来越弱。稀土氢氧化物主要用于稀土元素与铜、锌、镍、钙、镁等元素的分离。

(4)稀土卤化物。稀土卤化物中,氟化物难溶,可用于稀土元素的分离与富集。其他卤化物在水中有较大溶解度并且易潮解。稀土氟化物可以溶解于 H2SO4或 HNO3-HClO4中。

三、稀土矿石的分解方法

(1)酸分解法。由于稀土矿物的多样性与复杂性,它们的分解方法各不相同。大部分稀土矿物均能被硫酸或酸性溶剂分解,如硅铍钇矿、铈硅石等可以用盐酸分解,而独居石、磷钇矿等用浓盐酸分解不完全,而必须采用热硫酸分解。对难溶的稀土铌钽酸盐类矿物则可用氢氟酸和酸性硫酸盐分解。

密闭或微波消解是分解稀土矿石的非常有效的方法,该法具有速度快、分解完全、空白低、损失小等优点。微波消解一般使用硝酸+氢氟酸。

(2)碱熔分解法。碱熔分解法几乎适用于所有的稀土矿,该法一般使用过氧化钠或氢氧化钠(或氢氧化钠加少许过氧化钠)。其优点是熔融时间短,水浸取后可借以分离磷酸根、硅酸根、铝酸根和氟离子等阴离子,简化了以后的分析过程。

(3)离子型稀土矿的盐浸取法。离子型稀土矿的送检样品除了通过化学法提取并经其他处理过程得到的混合稀土氧化物外,也有一部分是稀土原矿。离子型稀土原矿一般要求测定离子相稀土总量和全相(离子相和矿物相等)稀土总量。全相稀土总量的测定,其样品分解方法同其他稀土矿的方法相同。而离子相稀土总量的测定有其特有的样品处理方法——盐浸法。

用于离子型稀土矿浸出的浸矿剂为各种电解质溶液,浸矿过程为离子交换过程,遵循离子交换的一般规律。盐浸法的实质是用一定浓度的盐溶液作为浸矿剂(实为解析剂)使被吸附于矿土中稀土阳离子解吸,进而转入浸出液中。适当浓度的各种电解质(酸、碱、盐)溶液均可作为离子型稀土矿的浸出剂。常用的浸矿剂有:氯化铵、氯化钠、硫酸铵、盐酸、硫酸等。

影响浸出率的主要因素是浸矿剂的类型、浓度和pH值。稀土浸出率随浸出剂浓度的增加而增加。但此时非稀土杂质的浸出率也相应增加,因此必须通过实验选择合适的浸出剂浓度。

稀土离子在水中水解的pH值为6~7.5。因此,稀土浸出液的pH值必须小于6。pH值太低,浸出剂的酸度太高,此时虽可获得较高的稀土浸出率,但非稀土杂质的浸出率也相应提高,有可能对后续的测定产生干扰;相反,浸出液的pH值太高,稀土离子会水解析出沉淀,使浸出率下降。一般浸出液的pH值控制在4.5~5.5 范围可获得比较理想的结果。

在稀土分析中,综合考虑稀土浸出率、杂质浸出率、浸出液pH值的控制难易等因素,一般选择硫酸铵(2%)作为离子型稀土矿的浸出剂。

四、稀土元素的分离富集方法

稀土元素的主要分离富集方法见表6-1。

表6-1 稀土元素的主要分离富集方法

五、稀土元素的分析方法

稀土分析的主要任务是稀土总量的测定、混合稀土中单一稀土元素含量的测定及铈组稀土或钇组稀土量的测定。由于稀土元素的化学性质十分相似,因此稀土分析是无机分析中最困难和最复杂的课题之一。为了测量各种含量范围、不同形态的稀土元素总量和各种单一稀土元素,几乎采用了所有的分析手段。下面介绍稀土分析最常用的分析方法。

(一)化学分析法

稀土元素的化学分析法包括重量法和滴定法,主要用于稀土总量的测定。

1.重量法

重量法用于稀土含量大于5% 的试样的分析,是测定稀土总量的古老的、经典的分析方法。该法虽然流程长、操作繁琐,但其准确度和精密度均优于其他方法,因此国内外常量稀土总量的仲裁分析或标准分析方法均是采用重量法。

能用于稀土沉淀剂的有草酸、二苯基羟乙酸、肉桂酸、苦杏仁酸等,其中草酸盐重量法因其具有准确度高、沉淀易于过滤等优点而被广泛采用。该法是将草酸盐沉淀分离得到的沉淀灼烧成氧化物进行称量。

2.滴定法

滴定分析法测定稀土主要是基于氧化还原反应和配位反应。对于稀土矿物原料分析、稀土冶金的流程控制和某些稀土材料分析,配位滴定法常用于测定稀土总量。氧化还原滴定法常用于测定铈、铕等变价元素。单一稀土的滴定法的测定范围和精密度与重量法相当,而操作步骤比重量法简单,常用于组分较简单的试样中稀土总量的测定。对于混合稀土总量的测定来说,由于试样的稀土配分不清楚或多变,给标准溶液的标定带来困难,并由此而造成误差。因此,混合稀土总量的滴定法主要用于生产过程的控制分析。稀土元素的氧化还原滴定法主要用于Ce4+、Eu2+的测定,由于其他稀土元素和其他不变价元素不干扰测定,因此该法具有较好的选择性。

总铈的氧化还原滴定法的一般程序是先将Ce3+氧化成Ce4+,然后用标准还原滴定剂滴定Ce4+。Ce3+的氧化常用的氧化剂有过硫酸铵、高氯酸、高锰酸钾。滴定Ce4+常用的还原剂是Fe2+,最常用的指示剂是邻菲罗啉和苯代邻氨基苯甲酸或两者的混合物。也有用硝基邻菲罗啉和邻菲罗啉与2,2′-联吡啶混合指示剂。由于上述指示剂本身具有氧化还原性,因此应注意扣除指示剂的空白值。铕的氧化还原滴定一般是在盐酸介质中用锌汞齐将Eu3+还原成Eu2+,在二氧化碳或其他惰性气氛中用Fe3+将Eu2+定量氧化成Eu3+,再用重铬酸钾滴定所产生的Fe2+;或用FeCl3直接滴定Eu2+。也有人用重铬酸钾定量将Eu2+氧化成Eu3+,再用亚铁滴定剩余的重铬酸钾。在上述这些方法中,Eu3+的定量还原是影响结果的关键。此外,控制好锌粒的大小及纯度,掌握好溶液流经锌柱的流速才能得到理想的结果。

稀土元素的配位滴定是用氨羧络合剂为滴定剂,它与三价稀土离子形成一定组成的稳定配合物。稀土元素的EDTA配合物较稳定,其lgK值在15~19 之间,形成稀土配合物的稳定常数彼此相差不大,一般只能滴定稀土总量。

二甲酚橙、偶氮胂Ⅲ、偶氮胂Ⅰ、铬黑T、紫脲酸铵、PAN、PAR、次甲基蓝、溴邻苯三酚和一些混合指示剂都可作为配位滴定法测定稀土的指示剂。其中最常用的是二甲酚橙,滴定的适宜酸度是pH值为5~6。

(二)仪器分析

稀土元素的仪器分析方法主要有可见分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、X射线荧光光谱法(XRF)。各自的应用情况见表6-2。

表6-2 仪器分析法在稀土元素测定中的应用

六、稀土矿物的分析任务及其分析方法的选择

稀土矿物的分析任务主要有两个方面:稀土总量的测定和各单一稀土含量的测定。样品主要有以下几类:稀土原矿、稀土精矿、稀土氧化物、稀土渣、草酸稀土、碳酸稀土、氯化稀土、氟化稀土等。

对于稀土原矿,样品处理方法可以采用碱溶、复合酸溶或微波消解,测定方法主要有分光光度法,ICP -AES,ICP -MS,XRF,INAA。分光光度法一般只能测定稀土总量,铈组稀土或钇组稀土,而不能对单一稀土的测定。而其他几种方法可以方便地测定各单一稀土含量,将各单一稀土含量加和后即为稀土总量。其中以ICP-MS和INAA的灵敏度最高,ICP-AES居中,XRF次之。ICP-MS和INAA虽然有很好的分析性能,但因仪器设备昂贵,运行成本高,现在还很难普及,特别在中小型企业未能广泛应用。XRF的缺点是灵敏度差,对痕量稀土元素的测定比较困难。相比之下,ICP-AES在稀土分析领域获得了非常广泛的应用,在国内已经越来越普及。该法具有灵敏度高、容易建立方法、分析速度快等优点。但其对痕量稀土的测定还必须采取一定的富集方法。值得一提的是,对于我国特有的南方离子型稀土矿,检测项目还包括离子相稀土含量的测定和全相(离子相和矿物相)稀土含量的测定。

稀土精矿、稀土氧化物、草酸稀土、碳酸稀土、氯化稀土、氟化稀土中稀土总量的测定基本上采用草酸盐重量法。滴定法在混合稀土总量的测定中并不普及。稀土精矿可采用碱溶或酸溶法分解试样,应视样品性质而定。草酸稀土和碳酸稀土一般应先于900℃马弗炉中灼烧成氧化物后再进行分析,稀土氧化物用盐酸、硝酸即可完全分解。氯化稀土可直接用盐酸分解,而氟化稀土则必须加高氯酸冒烟处理方能完全为酸所分解。高含量稀土矿物中稀土配分量的测定是一项非常重要的项目,目前能用于稀土配分测定的是ICP-AES和XRF法。XRF测定稀土配分具有准确、快速和直接分析的特点,被人们作为标准分析方法和仲裁方法。ICP-AES测定稀土配分具有制样简单、分析速度快、线性范围宽等优点,已经获得了越来越广泛的应用,成为一种可以与XRF 相媲美的另一种重要的分析技术。

综上所述,对于稀土矿物中稀土元素的测定,因综合考虑样品性质、稀土含量范围、分析目的、分析成本等各方面因素,结合实验室的自身条件,选择合适的分析方法。

技能训练

实战训练

1.实训时按每组5~8人分成几个小组。

2.每个小组进行角色扮演,利用所学知识并上网查询相关资料,完成稀土矿石委托样品从样品验收到派发样品检验单工作。

3.填写附录一中质量表格1、表格2。

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根据矿石类型而定:

从氟碳铈镧矿中提取稀土 将含 7~10%稀土氧化物原矿,经热泡沫浮选,得到含60%稀土氧化物的精矿。再用10%盐酸浸出(见浸取),除去精矿中的方解石等碳酸盐矿物,使精矿中稀土氧化物品位上升至70%。最后再焙烧浸出的精矿以除去氟碳铈镧矿中的二氧化碳,得到含85%稀土氧化物产品。此法称为选冶联合流程。

盐酸-氢氧化钠法是处理氟碳铈镧矿提取混合稀土的方法之一。将含70%稀土氧化物的精矿,先用过量浓盐酸分解精矿中的稀土碳酸盐,使其生成可溶性氯化稀土(RCl3)。R2(CO3)3·RF3+9HCl→RF3↓+2RCl3+3HCl+3H2O+3CO2↑,经固体和液体分离后,残渣中的氟化稀土(RF3)用碱溶液转化成混合稀土氢氧化物RF3+3NaOH─→R(OH)3+3NaF,再用分解精矿溶液中的过量盐酸溶解稀土氢氧化物 【R(OH)3】,反应生成的氯化稀土溶液 R(OH)3+3HCl─→RCl3+3H2O,经中和后除去杂质,浓缩结晶为混合稀土氯化物(RCl3·6H2O)。

氯化冶金法处理氟碳铈镧精矿是制取无水混合氯化稀土的重要方法。将含70%稀土氧化物精矿与碳粉、粘合剂混匀制成团块,在竖式炉中1000~1200℃高温下通入氯气,精矿中的稀土和杂质绝大部分被氯化。低沸点的杂质元素氯化物以气体形态排出;而高沸点的稀土、钙、钡等碱土金属氯化物成为熔体流入熔盐接收器,出炉冷却后得无水氯化稀土,用以制取混合稀土金属,并从混合稀土电解渣中回收钐和铕。

从独居石中提取稀土 根据它的伴生矿物的不同性质,采用磁选、电选、重选或浮选方法使它与伴生的有价矿物锆英石、钛铁石、金红石分开。精选所得的独居石精矿中氧化稀土、氧化钍(RxOy+ThO2)含量为55~68%。独居石的处理方法是将磨好的精矿粉在常压或加压下用NaOH溶液分解,稀土、钍生成难溶性的氢氧化物,

RPO4+3NaOH─→R(OH)3+Na3PO4 和

Th3(PO4)4+12NaOH─→3Th(OH)4+4Na3PO4

,稀土用盐酸溶解并控制酸度后进入溶液,

R(OH)3+3HCl─→RCl3+3H2O

与钍及其他杂质分离,稀土溶液浓缩结晶得氯化稀土,独居石矿还可采用硫酸法处理。

从氟碳铈镧矿-独居石混合型稀土精矿提取稀土 可采用酸法、碱法、氯化法。硫酸强化焙烧-溶剂萃取法是将含约60%稀土氧化物的混合型精矿在回转窑内用浓硫酸进行高温分解,使精矿中的铁、磷、钍、钙、钡等转化为难溶性物质,焙烧后的固体料经水浸除去杂质,得到纯净的稀土硫酸盐溶液,再经有机溶剂萃取和盐酸反萃,最后得到混合氯化稀土溶液。浓缩结晶,可得混合氯化稀土;或直接进行分组分离,制取单一稀土化合物。

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任务描述

直接用粉末试样测定的方法,如X射线荧光光谱法中的粉末压片法,发射光谱中的半定量分析和某些元素的定量分析、微区分析中的电子探针测定技术分析等,在地质分析中有重要的作用。但就地质试样整体分析而言,上述情况占的比重很小。大量的分析任务和众多的分析方法离不开试样的分解。试样的分解通常是指固体的粉末转化为液体(少数情况为气体)试样的过程。地质样品种类极其繁多,矿物组成千差万别,各组分的矿物结构、赋存状态和含量等千变万化,这就决定了分解方法的多样性,试图寻求一种分解方法能够分解所有试样的想法是不切实际的。通过本次任务的学习,能掌握各种酸分解方法和熔融分解方法操作技术。能针对测定试样的组成和含量,结合分解后的测试技术,选择适用的分解方法。

任务分析

根据试样的性质和测定方法的不同,常用的分解方法有溶解法、熔融法和干式灰化法等。

一、溶解法

采用适当的溶剂,将试样溶解后制成溶液的方法,称为溶解法。常用的溶剂有水、酸和碱等。

水溶法对于可溶性的无机盐,可直接用蒸馏水溶解制成溶液。

由于酸较易提纯,过量的酸,除磷酸外,也较易除去,分解时,不引进除氢离子以外的阳离子,操作简单,使用温度低,对容器腐蚀性小等优点,应用较广。酸分解法的缺点是对某些矿物的分解能力较差,某些元素可能挥发损失。多种无机酸及混合酸,常用作溶解试样的溶剂。利用这些酸的酸性、氧化性及配位性,使被测组分转入溶液。常用的酸有以下几种。

(一)盐酸分解试样

盐酸是地质试样分解常用的溶剂。其优点是操作简便,在玻璃容器中即可进行溶样,其盐类易溶于水。不足的是其对岩石矿物的分解有一定的局限性,许多岩石矿物不能被盐酸分解。

盐酸是碳酸盐岩的有效溶剂,特别是只含少量不溶性硅酸盐的碳酸盐岩,只要将其在950~1000℃灼烧后,试样即可被盐酸完全分解,这是由于灼烧时碱土金属的氧化物转变为不溶性硅酸盐的熔剂,使之成为可被盐酸分解的硅酸钙和硅酸镁。许多碳酸盐矿物如方解石、文石、毒重石、磷锶矿、白云石、铁白云石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿、孔雀石、蓝铜矿、菱锌矿、白铅矿和翠镍矿等也易溶于盐酸。含氟的碳酸盐稀土矿物如氟碳钙铈矿,可被浓盐酸分解,而铀的碳酸盐矿物甚至可被稀盐酸分解。

铁矿物常用盐酸分解。在氯化亚锡等还原剂存在下,磁铁矿可被盐酸迅速分解。其他的铁矿物如赤铁矿、褐铁矿等也可缓缓地溶于盐酸中。钛磁铁矿和某些难分解的含铁硅酸盐矿物则不能为盐酸完全分解。先用盐酸在玻璃烧杯中分解试样,然后滤出不溶物,残渣再碱熔制成溶液后与盐酸分解的试样溶液合并,常用于铁矿石的系统分析。能被盐酸分解的矿物还有锰矿物、稀土元素的硅酸盐矿物(如硅铍钇矿和铈硅石)、锆矿石中的异性石和负异性石、镍的氧化矿物和含镍硅酸盐、钼的氧化矿物等。

在硫化矿物的分解中,盐酸-硝酸混合酸是广泛使用的溶剂。先用盐酸加热,使硫以硫化氢形式挥发,然后加入硝酸使试样分解。这种方法被用于黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等试样的分解,在有色金属的测定中应用极广。在锰矿石、钴矿石、硼矿石的分析中也常用盐酸-硝酸分解。

用盐酸分解试样时几点需要注意的问题:

(1)分解试样宜用玻璃、陶瓷、塑料和石英,不宜用金、铂、银等器皿溶样,特别在氧化剂存在下,铂坩埚将会严重损耗。在铂器皿中用于盐酸分解铁矿石是不允许的,三氯化铁对铂有显著的侵蚀作用。

(2)使用盐酸溶矿,虽然许多矿物可被分解,对于复杂的岩石矿物而言,它并不是单矿物,因此用盐酸溶样后常发现有残渣。如果残渣中不含待测组分,则无需处理;然而在更多情况下,试样应该全部分解,因此在用盐酸溶样时有时可加入少量氟化铵或几滴氢氟酸以有利于少量硅酸盐矿物分解,或借助于熔融分解残渣。

(3)要注意盐酸溶样时有的组分会因挥发而损失,如As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)、Ge(Ⅳ)、Se(Ⅳ)、Hg(Ⅱ)、Sn(Ⅳ)、Re(Ⅷ)容易从盐酸溶液中(特别是加热时)挥发失去,特别是低价硒的氯化物和四氯化锗、三氯化铟、三氯化镓等。

(4)浓盐酸的沸点为109℃,故溶解温度最好低于80℃,否则,因盐酸蒸发太快,试样分解不完全。HCl具有酸性、还原性及氯离子的强配位性。主要用于溶解弱酸盐、某些氧化物、某些硫化物和比氢活泼的金属等。

(5)易溶于盐酸的元素或化合物是:Fe、Co、Ni、Cr、Zn、普通钢铁、高铬铁,多数金属氧化物(如MnO2、2PbO·PbO2、Fe2O3等)、过氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐、磷酸盐、硼酸盐等。

(6)不溶于盐酸的物质包括灼烧过的 Al、Be、Cr、Fe、Ti、Zr 和 Th 的氧化物,SnO2,Sb2O5,Nb2O5,Ta2O5,磷酸锆,独居石,磷钇矿,锶、钡和铅的硫酸盐,尖晶石,黄铁矿,汞和某些金属的硫化物,铬铁矿,铌和钽矿石和各种钍矿石。

(二)氢氟酸分解试样

氢氟酸属弱酸,由于其对硅酸盐岩石和矿物有特殊分解能力,在地质试样的分解中得到了广泛的应用。溶样通常在铂器皿或塑料器皿中进行。塑料器皿中以聚四氟乙烯器皿最常用。

氢氟酸冷浸取法溶样后用于硅、磷、氧化亚铁等少数组分的测定,但是氢氟酸在常温下的分解能力是有限的。红柱石、矽线石、锆石、电气石、黄玉、刚玉和金红石等许多矿物基本不溶。因此,加热分解仍然是主要的。

氢氟酸溶样需要注意以下几个问题:

(1)氢氟酸的酸性很弱,但配位能力很强。对于一般分解方法难于分解的硅酸盐,可以用氢氟酸作溶剂,在加压和温热的情况下很快分解。

(2)硅的损失与溶样条件有关。在一定的体积内,氢氟酸-氟硅酸-水形成沸点为116℃的恒沸三元体系,此时硅定量保留在溶液中,从而建立了氢氟酸溶样容量法测定硅的分析方法。如果将溶液加热蒸干,它与二氧化硅和硅酸盐反应生成气态的SiF4或氟硅酸(H2SiF6),而H2SiF6受热又分解为SiF4和HF。反应式为:

SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O

SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O

H2SiF6→2HF+SiF4↑

这也是石英岩中硅的测定方法。在用氢氟酸分解试样时,通常先用水湿润,然后再加氢氟酸,再加热。硼、砷、锑、钛、锗、锆、钼、锇和碲等氟化物随SiF4可完全挥发掉,或部分挥发掉,锰的氟化物也有少量挥发。过量的氢氟酸用硫酸或高氯酸冒白烟除去。

(3)在地质试样分解中,单独使用氢氟酸的情况并不常见,常见的是其与高沸点酸如高氯酸或硫酸联用,有时还与更多的其他酸联用。与高沸点酸联用的目的是为了去除氟离子,以便于以后的分析。由于地质试样的组成千差万别,溶样条件各不相同,常导致除氟的结论不尽一致。实验表明,用高氯酸冒烟除氟是有效的,其两次冒烟除氟的效果与硫酸一次冒烟相当,残留的氟离子可以忽略。一般来说,当试样中铝、钛、铁等可与氟离子形成配合物的金属元素含量越高,氟离子越难除尽。加入较多的高氯酸并适当延长冒烟时间有利于氟离子的除去。用氢氟酸-硫酸分解试样,由于硫酸的沸点为338℃,故除去氟离子的效果优于高氯酸。

氢氟酸的化学性质决定了它强烈腐蚀所有的硅酸盐玻璃器皿及用具、通风橱的玻璃窗等。它对操作者的眼、手指、骨、牙齿、皮肤都有严重的危害。因此,操作应在通风良好的橱内进行,反应器皿通常用铂金或塑料制品,量杯、移液管均用塑料制,并且不得在这类量具中敞口存放氢氟酸过久。使用氢氟酸时应有必要的防护如戴塑料或乳胶手套、口罩、眼镜等,操作完毕,应尽快离开现场。

(三)硝酸分解试样

硝酸是强氧化剂。硝酸对硫化矿物和磷灰石有很强的分解能力。镍的硫化矿和砷化物、锑矿物、钼的氧化矿物和硫化矿物、钒矿石、铜矿石等均可用硝酸分解。硝酸溶液具有以下一些特点:

(1)硝酸具有很强的酸性和氧化性,但配位能力很弱。除金、铂族元素及易被钝化的金属外,绝大部分金属能被硝酸溶解。绝大多数的硫化物可以被硝酸溶解。几乎所有的硝酸盐都易溶于水。

(2)除铂、金和某些稀有金属外,硝酸几乎可溶解所有的金属试样,但铝、铁、铬等在硝酸中因溶解时形成氧化膜而钝化。

(3)锡、锑、钨等在硝酸中生成难溶性化合物:SnO2·xH2O(锡酸)、Sb2O5·nH2O(锑酸)、H2WO4(钨酸等)。

(4)几乎所有的硫化物及其矿石皆可溶于硝酸,但宜在低温下进行,否则将析出硫黄。

在岩矿分析中,单独使用硝酸分解试样的情况并不多见,通常是与盐酸或其他无机酸配合使用。硝酸-硫酸混合酸常用于分解砷矿石、锑矿石、汞矿石和辉钼矿。为了充分利用硝酸的强氧化性,扩大硝酸在分解试样中的应用,早在8世纪,人们就开始使用王水。王水是由1份硝酸和3份盐酸混合而成。除了极个别的金属不能溶解外,许多不能溶解在硝酸里的金属、合金、矿石等,都能在王水中迅速分(溶)解。对于不同的试样,也可采用逆王水即3份硝酸和l份盐酸的混合物进行分解。实际上,根据试样的情况,可以调节硝酸和盐酸的不同比例,配制出不同的混合酸以适应分解不同样品的要求。

硝酸除了与盐酸配成混合溶剂使用外,硝酸与氢氟酸的混合溶剂和硝酸-氢氟酸-高氯酸混合溶剂也常有使用。

在采用硝酸或硝酸与其他酸的混合溶剂分解试样时,要特别注意器皿的匹配和反应条件的控制。

(四)硫酸分解试样

硫酸属于高沸点(338℃)无机酸。热的浓硫酸有氧化作用,可用于分解多种砷、锑、锡的硫化矿物和砷锑矿,还可用于分解方钴矿-斜方砷钴矿族的钴、镍砷化物,以及辉砷钴矿、辉砷镍矿、毒砂、斜方砷铁矿、淡红银矿、砷黝铜矿等硫、砷矿物。硫酸也是硒、碲矿物的良好溶剂,若在水浴上溶样,硒不挥发;如果加热至冒硫酸烟,硒的损失可达75%。硫酸溶液具有以下一些特点:

(1)稀硫酸不具备氧化性,而热的浓硫酸具有很强的氧化性和脱水性。稀硫酸常用来溶解氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫化物及砷化物矿石,但不能溶解含钙试样。

(2)热的浓硫酸可以分解金属及合金,如锑、氧化砷、锡、铅的合金等;另外几乎所有的有机物都能被其氧化。

(3)硫酸及碱金属硫酸盐的混合物用于分解含铁、铌、钽和稀土元素的矿物相当有效。硫酸-硫酸钾常用于稀土元素的磷酸盐矿物(如独居石、磷钇矿等)的分解。硫酸-硫酸铵可很好地分解钨精矿。

(4)硫酸的沸点(338℃)很高,可以蒸发至冒白烟,使低沸点酸(如HCl、HNO3、HF等)挥发除去,以消除低沸点酸对阴离子测定的干扰。

(五)磷酸分解试样

(1)磷酸分解试样时,温度不宜太高,时间不宜太长。单独使用磷酸溶解时,一般应控制在500~600℃、5min以内。若温度过高、时间过长,会析出焦磷酸盐难溶物、生成聚硅磷酸黏结于器皿底部,同时也腐蚀了玻璃。

(2)磷酸根具有很强的配位能力。磷酸根具有很强的配位能力,因此,几乎90% 的矿石都能溶于磷酸。包括许多其他酸不溶的铬铁矿、钛铁矿、铌铁矿、金红石等。对于含有高碳、高铬、高钨的合金也能很好的溶解。磷酸可用来分解许多硅酸盐矿物、多数硫化物矿物、天然的稀土元素磷酸盐、四价铀和六价铀的混合氧化物。磷酸最重要的分析应用是测定铬铁矿、铁氧体和各种不溶于氢氟酸的硅酸盐中的二价铁。

(3)用于单项测定,而不用于系统分析。尽管磷酸有很强的分解能力,但通常仅用于一些单项测定,而不用于系统分析。磷酸与许多金属,甚至在较强的酸性溶液中,亦能形成难溶的盐,给分析带来许多不便。

(六)高氯酸分解试样

高氯酸(HClO4)是性能优良的无机酸。作为地质试样的溶剂,它具有盐酸、硝酸和硫酸的优点。高氯酸是强酸,是强氧化剂和脱水剂,又是高沸点无机酸,除了钾、铷、铯的高氯酸盐溶解度较小外,其他的高氯酸盐均溶于水。因此,在岩石矿物的分解中它应用相当广泛。

(1)稀高氯酸没有氧化性,仅具有强酸性质;浓高氯酸在常温时无氧化性,但在加热时却具有很强的氧化性和脱水能力。热的浓高氯酸几乎能与所有金属反应,生成的高氯酸盐大多数都溶于水。分解钢或其他合金试样时,能将金属氧化为最高的氧化态(如把铬氧化为 ,硫氧化为 ),且分解快速。

(2)高氯酸与氢氟酸联合使用或再加上盐酸、硝酸等组成的混合酸,普遍用于多种岩石、矿物的分解;混合酸中如果盐酸和硝酸同时存在,不能在铂坩埚中溶样。试样分解后只需将高氯酸烟冒尽,很容易转换成其他溶液介质,也可以制成稀的高氯酸溶液。

(3)高氯酸对铬铁矿的分解能力十分出众。在将铬氧化为高价后用盐酸或氯化钠将铬以氯化铬酰形式除去,至今仍是铬铁矿的有效分解方法。高氯酸不能用于辉锑矿及锑的其他硫化矿物的分解。

(4)使用高氯酸应十分注意安全。高氯酸是一种透明的液体,把它放在空气中,会强烈发烟,具有极强腐蚀性。它的氧化能力惊人。热浓高氯酸在分解有机物或遇到无机还原剂如次亚磷酸、三价锑等会因反应剧烈而引起爆炸,因此使用高氯酸分解含有机物的试样时应加入一定量的硝酸,并在氧化过程中不断补加硝酸。高氯酸受热易分解,温度超过90℃,也会发生爆炸。皮肤上若溅起高氯酸,会引起灼伤,故而制取和使用高氯酸要特别小心。

(七)混合酸分解试样

混合酸常能起到取长补短的作用,有时还会得到新的、更强的溶解能力。

(1)王水:王水较硝酸有更强的分解能力,一些难溶的硫化矿如硫化汞等均能被氧化成硫酸盐。

王水:硝酸与盐酸按1∶3(体积比)混合。由于硝酸的氧化性和盐酸的配位性,使其具有更好的溶解能力。能溶解铅、铂、金、钼、钨等金属和铋、镍、铜、镓、铟、铀、钒等合金,也常用于溶解铁、钴、镍、铋、铜、锅、锑、汞、砷、钼等的硫化物和硒、锑等矿石。

逆王水:硝酸与盐酸按3∶1(体积比)混合。可分解银、汞、钼等金属及铁、锰、锗的硫化物。浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸的混合物,称为硫王水,可溶解含硅量较大的矿石和铝合金。

(2)氢氟酸-硝酸:可分解硅铁、硅酸盐及含钨、铌、钛等试样。

(3)磷酸-硝酸:可分解铜和锌的硫化物和氧化物。

(4)磷酸-硫酸:可分解许多氧化矿物,如铁矿石和一些对其他无机酸稳定的硅酸盐。

(5)高氯酸-硫酸:适于分解铬尖石等很稳定的矿物。

(6)高氯酸-盐酸-硫酸:可分解铁矿、镍矿、锰矿石。

二、熔融分解试样

用酸或其他熔剂不能分解完全的试样,可用熔融的方法分解。熔融法是将试样与酸性或碱性熔剂混合,利用高温下试样与熔剂发生的多相反应,使试样组分转化为易溶于水或酸的化合物。该法是一种高效的分解方法。但要注意,熔融时,需加入大量的熔剂(一般为试样的6~12 倍)会引入干扰。另外,熔融时,由于坩埚材料的腐蚀,也会混入其他组分。根据所用熔剂的性质和操作条件,可将熔融法分为酸熔法、碱熔法和半熔法。

(一)酸熔法

酸熔法适用于碱性试样的分解,常用的熔剂有 K2S2O7、KHSO4、KHF2、B2O3等。KHSO4加热脱水后生成K2S2O7,二者的作用是一样的。在300℃以上时,K2S2O7中部分SO3可与碱性或中性氧化物(如TiO2、Al2O3、Cr2O3、Fe3O4、ZrO2等)作用,生成可溶性硫酸盐。常用于分解铝、铁、钛、铬、锆、铌等金属氧化物及硅酸盐、煤灰、炉渣和中性或碱性耐火材料等。KHF2在铂坩埚中低温熔融可分解硅酸盐、钍和稀土化合物等。B2O3在铂坩埚中于580℃熔融,可分解硅酸盐及其他许多金属氧化物。

(二)碱熔法

碱熔法用于酸性试样的分解。常用的熔剂有碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、过氧化钠和它们的混合物等。

1.碳酸钠(熔点850℃)和碳酸钾(熔点890℃)

早在18世纪,无水碳酸钠就已开始用于硅酸盐的分解,并逐渐建立了硅酸盐岩石的经典分析方法。直至今天,无水碳酸钠在硅酸盐岩石试样的分解中仍然被广泛使用。在1000℃左右的高温炉中用无水碳酸钠熔融分解试样常在铂坩埚中进行。这种分解方法的缺点是熔块提取较为困难。对于铁含量很高的试样,如铁矿石或含重金属的试样不能在铂坩埚中直接用该法熔融,否则会损坏铂坩埚。正确的做法是:先用盐酸或王水在烧杯中溶解试样,过滤后残渣经洗涤后再用碳酸钠熔融。碳酸钠作为硅酸盐岩石的熔剂是有效的,它也用于重晶石和铍矿物,如硅铍石、日光榴石、绿闪石、海蓝宝石等的分解。在金属矿石分析中,往往是经酸处理后的残渣用碳酸钠熔融分解造岩矿物。

碳酸钠与碳酸钾按1∶1形成的混合物,其熔点为700℃左右,用于分解硅酸盐、硫酸盐等。分解硫、砷、铬的矿样时,用碳酸钠加入少量的硝酸或氯酸钾,在900℃时熔融,可利用空气中的氧将其氧化为 用碳酸钠或碳酸钾作熔剂宜在铂坩埚中进行。

碳酸钠+硫(Na2CO3+S)用来分解含砷、锑、锡的矿石,可使其转化为可溶性的硫代酸盐。由于含硫的混合熔剂会腐蚀铂,故常在瓷坩埚中进行。

2.氢氧化钠(熔点321℃)和氢氧化钾(熔点404℃)

二者都是低熔点的强碱性熔剂,常用于分解铝土矿、硅酸盐等试样。可在铁、银或镍坩埚中进行分解。用碳酸钠作熔剂时,加入少量氢氧化钠,可提高其分解能力并降低熔点。

3.过氧化钠

过氧化钠(Na2O2)是一种具有强氧化性、强腐蚀性的碱性熔剂,其分解能力居各类熔剂之首,能分解许多难溶物,如铬铁矿、硅铁矿、黑钨矿、辉钼矿、绿柱石、独居石等。能将其大部分元素氧化成高价态。有时将过氧化钠与碳酸钠混合使用,以减缓其氧化的剧烈程度。用过氧化钠作熔剂时,不宜与有机物混合,以免发生爆炸。过氧化钠对坩埚腐蚀严重,一般用铁、镍或刚玉坩埚。过氧化钠作为熔剂的缺点是不够纯净,常含有钙等杂质。

4.氢氧化钠+过氧化钠或氢氧化钾+过氧化钠

常用于分解一些难溶性的酸性物质。

(三)半熔法

半熔法又称烧结法。该法是在低于熔点的温度下,将试样与熔剂混合加热至熔解。由于温度比较低,不易损坏坩埚而引入杂质,但加热所需时间较长。例如800℃时,用碳酸钠+氧化锌(Na2CO3+ZnO)分解矿石或煤;用氧化镁+碳酸钠(MgO+Na2CO3)分解矿石、煤或土壤等。

一般情况下,优先选用简便、快速、不易引入干扰的溶解法分解样品。熔融法分解样品时,操作费时费事,且易引入坩埚杂质,所以熔融时,应根据试样的性质及操作条件,选择合适的坩埚,尽量避免引入干扰。

(四)选择熔剂的基本原则

一般说来,酸性试样采用碱性熔剂,碱性试样用酸性熔剂,氧化性试样采用还原性熔剂,还原性试样采用氧化性熔剂,但也有例外。

三、干式灰化法

常用于分解有机试样或生物试样。在一定温度下,于马弗炉内加热,使试样分解、灰化,然后用适当的溶剂将剩余的残渣溶解。根据待测物质挥发性的差异,选择合适的灰化温度,以免造成分析误差。

除以上几种常用分解方法外,还有在密封容器中进行加热,使试样和溶剂在高温、高压下快速反应而分解的压力溶样法;还有目前已被人们普遍接受、特点较为明显的微波溶样法,即利用微波能,将试样、溶剂置于密封的、耐压、耐高温的聚四氟乙烯容器中进行微波加热溶样。该法可大大简化操作步骤,节省时间和能源,且不易引入干扰,同时也减少了对环境的污染,原本需数小时处理分解的样品,只需几分钟即可顺利完成。

四、在分解试样的过程中应遵循的原则

(1)试样分解必须完全。这是分析测试工作的首要条件,应根据试样的性质,选择适当的溶(熔)剂、合理的溶(熔)解方法和操作条件(分解温度、分解时间),并力求在较短的时间内将试样分解完全。

(2)防止待测组分的损失。分解试样往往需要加热,有些甚至蒸至近干。这些操作往往会发生暴沸或溅跳现象,使待测组分损失。此外加入不恰当的溶剂也会引起组分的损失。例如在测定钢铁中磷的含量时,不能采用盐酸或硫酸作溶剂,因为部分的磷会生成PH3逸出,使被测组分磷损失。

(3)不能引入与被测组分相同的物质。在分解试样过程中,必须注意不能选用含有与被测组分相同的试剂和器皿。例如测定的组分是磷,则所用试剂不能含有磷;测定硅酸盐试样,不能选用瓷坩埚(本身为硅酸盐材质)作为器皿溶样,因在试样分解过程中,瓷坩埚可能被腐蚀和溶出与被测组分相同的硅酸盐等物质。

(4)防止引入对待测组分测定引起干扰的物质。这主要是要注意所使用的试剂、器皿可能产生的化学反应而干扰待测组分的测定。

(5)选择的试样分解方法应与组分的测定方法相适应。例如,采用重量分析法和滴定分析法(K2SiF6法)测定二氧化硅时,两者的试样分解方法就不同。前者可用碳酸钠或氢氧化钠分解试样;而后者不能采用碳酸钠或氢氧化钠为熔剂,必须用碳酸钾熔融。

(6)根据溶(熔)剂的性质,选择合适的器皿(如坩埚、容器等)。因为有些溶(熔)剂会腐蚀某些材质制造的器皿,所以必须注意溶(熔)剂与器皿间的匹配。

技能训练

实战训练

1.实训前将同学分成5个小组,分别接受铁矿石、钴矿石、钨矿石、稀土、金矿石试样分解任务。

2.同学们以小组为单位,实训前按照任务单要求查找相关试样分解方法,提出书面试样分解方案。

3.试样分解方案通过指导老师检查后,老师示范分解操作,同学们以小组为单位完成试样分解。

畅快的钢铁侠
魔幻的黑米
2026-02-04 04:39:23
硅氟酸钠(Na2SiF6)是白色晶体,微溶于水,与强碱作用分解为硅酸和氟化钠,若碱过量则生成硅酸盐,常用来抑制石英、长石、蛇纹石等硅酸盐矿物。用油酸浮选时,它可以抑制砂石生产线上石榴石、独居石、电气石等矿石胺类作捕收剂时,少量的硅氟酸钠可使石英、长石、担钥铁矿活化,多量则使它们被抑制在硫化矿的浮选中,硅氟酸钠能活化被石灰抑制过的黄铁矿它还可以作为磷灰石的抑制剂。

硅氟酸钠对硅酸盐脉石矿物产生的抑制作用,主要是在选矿设备中水解后产生的水化二氧化硅所起的作用,其机理与水玻璃相似。它对石英的抑制力比水玻璃强,仅次于六偏磷酸钠。

硅氟酸钠对于被石灰抑制过的黄铁矿的活化作用是由于它水解后解离出的F一沉淀了对黄铁矿起抑制作用的Cat十,从而活化了黄铁矿。

偏磷酸钠在浮选中起什么作用?

在浮选中,常用的是六偏磷酸钠(NaPO3 )6,它能够和Ca2、M扩十及其他多价金属离子生成络合物.从而使选矿设备中含有这些离子的矿物得到抑制,是磷灰石、方解石、重晶石和碳质页岩、泥质脉石的抑制剂。

用油酸浮选锡石时,常用六偏磷酸钠抑制含钙矿物。浮选含祝、担、社的烧绿石和含错的错英石时,也常用六偏磷酸钠抑制长石、嫂石、高岭土等脉石矿物。它不仅抑制碳酸盐脉石,也能抑制石英和硅酸矿物,同时对矿泥有很好的分散作用,常常作为分散剂使用。

六偏磷酸钠有吸湿性,在空气中易潮解,并逐渐变成焦磷酸钠、最后变为正磷酸钠,其抑制力因此下降。故在选矿厂中使用六偏磷酸钠时,应该当天配制当天使用。

哪些药剂可以作为活化剂?

活化剂可以促进捕收剂与矿物作用,主要有以下几种:

(1)某些金属离子。这些离子一方面要能够吸附在被活化的矿物表面上,另一方面要能够与浦收剂形成难溶盐,这才具备作为活化剂的条件。例如,当用黄药作为捕收剂,捕收闪锌矿时,可用Cu2+作为活化剂。一方面,Cu2十可以通过离子交换吸附在闪锌矿上,另一方面,Cu2十可以与黄药形成难溶的黄原酸铜,促使了黄药在闪锌矿的吸附。当用黄药捕收硫化矿时,除了Cu2+,还有Ag+、Pb2+等都可以作为活化剂,使用的药荆有硫酸铜、硝酸银、硝酸铅等。

当使用脂肪酸类浦收剂时,可以使用能与梭酸形成难溶盐的碱土金属离子,如Ca2+ , Ba2+等作为活化剂,使用的药剂如抓化钙、氯化钡等。

(2)无机酸、碱。它们主要用于清洗欲浮矿物表面影响与捕收剂作用的氧化物污染膜或枯附的矿泥。常用的有盐酸、硫酸、氢氟酸、氢氧化钠等。例如,黄铁矿表面生成的氢氧化铁薄膜.可以用硫酸作用生成硫酸铁而溶于水,从而重新暴露黄铁矿新鲜的表面,以利与黄药作用。

(3)有机活化剂。例如,工业草酸可以活化被石灰抑制过的黄铁矿。

无情的萝莉
疯狂的鱼
2026-02-04 04:39:23
大部分稀土矿物能为硫酸或酸性熔剂分解,用浓硫酸分解时加入硫酸铵效果更好;对难溶的稀土铌钽酸盐类矿物则可用氢氟酸和酸性硫酸盐分解。几乎所有含稀土元素的矿物均可用过氧化钠或氢氧化钠熔融分解,其优点是熔融时间短,水浸取后可借以分离PO43-、SiO3-,AlO2-和F-等,简化了以后的分析过程。离子开业附型稀土矿可用强电解质作交换剂进行浸取。采用何种溶(熔)剂分解试样,应根据试样成分和选用的分析方法来选择。

A 浓硫酸分解

稀土元素的磷酸盐,如独居石、磷钇榍石、方钍石及某些铌钽酸盐等,可用浓硫酸或硫 酸-硫酸铵分解,亦可加入适量的盐酸、硝酸或过氧化氢助溶。试样加入硫酸后在电炉上加热,待试样分解完全后取下,冷却,然后将它转入大量冰水或冷水中使之 溶解(因稀土硫酸盐在水中溶解度随温度升高而降低)。或者当试样分解完全后,蒸发到三氧化硫白烟冒尽,此时硅酸已脱水,再有水处理后很容易过滤,但此法费 时,不溶残渣需再用焦酸熔融处理。

B 氢氟酸分解

稀土元素的铌、钽、钛的矿物,如铌钇矿、褐钇铌矿、黑稀金矿、复稀金矿等,可用氢氟酸分解。试样于铂坩埚中加水润湿后,加入氢氟酸,在电炉上加热溶解后,将过量的酸蒸发除去,再用水处理,铌、铌、钽、钛、锆等溶解,稀土元素和钍、钙留在不溶残渣中,将此残渣再用浓硫酸溶解,蒸发,使稀土氟化物转化为硫酸盐,然后按前述浓硫酸分解法同样处理。稀土呈氟化物沉淀,而铌(钽)则转入溶液。

【络黑T指示剂:0.5克络黑T和0.2克盐酸羟胺混合后用乙醇稀释至100毫升。

EDTA标液溶液(0.05M):称取EDTA 18.6120克,用热水溶解,稀释至1000毫升,放置1~2日后备用。

标定:

取于约800℃灼烧至恒重的基准氧化锌0.12g,精密称定,加稀盐酸3ml使溶解,加水25ml,加0.025%甲基红的乙醇溶液1滴,滴加氨试液至溶液显微黄色,加水25ml与氨-氯化铵缓冲液(pH10.0)10ml,再加铬黑T指示剂少量,用本液滴定至溶液由紫色变为纯蓝色,并将滴定的结果用空白试验校正。每1ml乙二胺乙四酸二钠(EDTA)滴定液(0.05mol/L)相当于4.069mg的氧化锌。根据本液的消耗量与氧化锌的取用量,算出本液的浓度,即得。

贮藏:

置玻璃塞瓶中,避免与橡皮塞、橡皮管等接触。

标定的计算公式如下:

EDTA的量浓度(mol/L)=称取基准试剂的重量(g)/基准试剂分子量的千分之一/消耗EDTA体积(ml)】

善良的荔枝
威武的哑铃
2026-02-04 04:39:23
可以反应

镧的化学性质活泼。易溶于稀酸。在空气中易氧化;加热能燃烧,生成氧化物和氮化物。在氢气中加热生成氢化物,在热水中反映强烈并放出氢气。镧存在于独居石沙和氟碳铈镧矿中。

敏感的绿茶
能干的大米
2026-02-04 04:39:23

氢气、氮气、氧气、二氧化碳气体、丙烷气体、硫化氢气体、氯化氢气体、氯气、氟气、氟化氢气体、溴、溴化氢气体、甲烷气体。

实验室常见危化品

1、爆炸品:具有猛烈的爆炸性。当受到高热摩擦、撞击、震动等外来因素的作用或与其它性能相抵触的物质接触,就会发生剧烈的化学反应,产生大量的气体和高热,引起爆炸。如:三硝基甲苯(TNT),苦味酸,硝酸铵,叠氮化物,雷酸盐及其它超过三个硝基的有机化合物等。

2、氧化剂:具有强烈的氧化性,按其不同的性质遇酸、碱、受潮、强热或与易燃物、有机物、还原剂等性质有抵触的物质混存能发生分解,引起燃烧和爆炸。如:碱金属和碱土金属的氯酸盐、硝酸盐、过氧化物、高氯酸及其盐、高锰酸盐、重铬酸盐,亚硝酸盐等。

3、压缩气体和液化气体:气体压缩后贮于耐压钢瓶内,使其具有危险性。钢瓶如果在太阳下曝晒或受热,当瓶内压力升高至大于容器耐压限度时,即能引起爆炸。钢瓶内气体按性质分为四类:

剧毒气体,如液氯、液氨等。

易燃气体,如乙炔、氢气等。

助燃气体,如氧气等。

不燃气体,如氮、氩、氦等。

4、自燃物品:此类物质暴露在空气中,依靠自身的分解、氧化产生热量,使其温度升高到自燃点即能发生燃烧。如白磷等。

5、遇水燃烧物品:遇水或在潮湿空气中能迅速分解,产生高热,并放出易燃易爆气体,引起燃烧爆炸。如金属钾,钠,电石等。

6、易燃液体:这类液体极易挥发成气体,遇明火即燃烧。可燃液体以闪点作为评定液体火灾危险性的主要根据,闪点越低,危险性越大。闪点在45℃以下的称为易燃液体,45℃以上的称为可燃液体(可燃液体不纳入危险品管理)。易燃液体根据其危险程度分为:

(1)一级易燃液体闪点在28℃以下(包括28℃)。如乙醚、石油醚、汽油、甲醇、乙醇、苯、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、二硫化碳、硝基苯等。

(2)二级易燃液体闪点在29-45℃(包括45℃)。如煤油等。

7、易燃固体:此类物品着火点低,如受热,遇火星,受撞击,摩擦或氧化剂作用等能引起急剧的燃烧或爆炸,同时放出大量毒害气体。如赤磷,硫磺,萘,硝化纤维素等。

8、毒害品:具有强烈的毒害性,少量进入人体或接触皮肤即能造成中毒甚至死亡。如:汞和汞盐(升汞、硝酸汞等)、砷和砷化物(三氧化二砷,即砒霜)磷和磷化物(黄磷,即白磷,误食0.1克黄磷即能致死)、铝和铅盐(一氧化铅等)、氢氰酸和氰化物(HCN,NaCN,KCN)、以及氟化钠、四氯化碳、三氯甲烷等。

有毒气体,如醛类、氨气、氢氟酸、二氧化硫、三氧化硫和铬酸等。

9、腐蚀性物品:具强腐蚀性,与人体接触引起化学烧伤。有的腐蚀物品有双重性和多重性。如苯酚既有腐蚀性还有毒性和燃烧性。腐蚀物品有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸、氟酸氟酸、冰乙酸、甲酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、甲醛、液溴等。

10、致癌物质:如:多环芳香烃类、3,4-苯并芘1,2-苯并蒽、亚硝胺类、氮芥烷化剂、α-萘胺、β-萘胺、联苯胺、芳胺以及一些无机元素、As、Cl、Be等都有较明显的致癌作用,要谨防侵入体内。

11、诱变性物品:如溴化乙锭(EB),具强诱变致癌性,使用时一定要戴一次性手套,注意操作规范,不要随便触摸别的物品。

12、放射性物品:具有反射性,人体受到过量照射或吸入放射性粉尘能引起放射病。如:硝酸钍及放射性矿物独居石等。