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矿石中铅(Pb)和锌(Zn)的检测是地质勘探、选矿工艺控制和冶炼原料评价的关键环节。由于矿石基质复杂(常含 Fe、Cu、Ca、Si、Al 等干扰元素),需采用强消解前处理 + 高精度仪器分析。下面是系统性的检测方法指南,涵盖标准依据、样品制备、消解技术、仪器选择及质量控制。
第一步:采样与制样(成败的关键)
矿石极不均匀,制样误差常大于分析误差。
采样:根据矿体特征,采用刻槽法、拣块法、钻探取芯等方式,确保样品具有代表性。
制样:
粗碎:用颚式破碎机破碎至直径1-2厘米。
细碎与研磨:使用对辊机、盘式破碎机等进一步破碎,z后用振动磨或棒磨机研磨至 -200目(<0.075mm)。这是为了暴露矿物颗粒,保证化学溶解的完全性和取样的均匀性。
混匀与缩分:采用“圆锥四分法”或使用分样器反复混匀缩分,得到约100克的分析样品。
第二步:样品分解(前处理)
根据矿石类型(氧化矿、硫化矿、混合矿)和后续测定方法选择分解方法。
酸溶法(常用):
王水或逆王水溶解:对于大多数硫化矿和部分氧化矿有效。加热溶解后,铅、锌以离子形式进入溶液。
盐酸+硝酸+氢氟酸+高氯酸:用于含硅量高的复杂矿石,氢氟酸(HF)用于分解硅酸盐。必须在通风橱内操作,并确保完全赶尽HF和高氯酸。
特点:速度快,空白低,适用于ICP-OES、AAS等仪器分析。
碱熔法:
使用过氧化钠、碳酸钠-硼酸等熔剂在高温(700-900℃)下熔融,将难溶矿物转化为可溶于酸的形式。
特点:分解z彻底,适合所有矿石类型,特别是难溶矿。但引入大量盐分,可能干扰后续测定,且过程繁琐。
火试金法(特殊):
针对含金、银的铅锌矿。利用铅在高温下捕集贵金属的特性,将铅锌和贵金属同时富集在铅扣中,再进行灰吹和测定。
第三步:测定方法(核心分析技术)
1. 湿化学法(经典、仲裁方法)
EDTA滴定法:
原理:在特定的pH缓冲体系中,铅、锌离子与EDTA生成稳定络合物,用标准EDTA溶液滴定,根据消耗体积计算含量。
适用:高含量铅、锌(>1%)的精确测定,尤其用于贸易结算、仲裁分析。准确度高,但操作繁琐,需分离干扰元素(如用掩蔽剂或沉淀分离)。
碘量法/极谱法等:传统方法,现在较少使用。
2. 仪器分析法(现代、高效、主流)
电感耦合等离子体发射光谱法:
当前实验室的绝对主流。可同时测定Pb、Zn及伴生的Cu、Fe、As、Cd等数十种元素。
优点:线性范围宽(可同时测高含量和低含量)、精密度好、分析速度快、自动化程度高。
关键:需要配置合适的标准曲线,并用标准物质监控基体匹配。
原子吸收光谱法:
火焰AAS:适用于中高含量的Pb、Zn(通常>0.01%),操作简单,成本较低。
石墨炉AAS:适用于痕量元素(如矿石中的Cd),灵敏度极高。
缺点:一次只能测一种元素,效率低于ICP-OES。
X射线荧光光谱法:
快速筛查和过程控制之王。可直接对压片或熔片后的固体样品进行无损、快速、多元素同时分析。
优点:几乎无需化学前处理(制作玻璃熔片可消除矿物效应),分析速度极快,适用于矿山现场、选厂流程的快速监控。
缺点:对于低含量(<0.01%)元素灵敏度不足,建立校准模型需要大量标准样品。
电感耦合等离子体质谱法:
主要用于矿石中超痕量伴生元素(如In、Ga、Ge、Tl)的分析,或同位素比值研究。对于主量元素铅锌,通常“大材小用”。
第四步:质量控制与数据处理
标准物质:必须使用与待测矿石类型、含量相近的国家/行业级地质标准物质同步分析,验证准确度。
空白试验:监控试剂和环境的污染。
平行样分析:检查精密度。
加标回收实验:验证方法的可靠性。
结果计算:根据样品称样量、定容体积、稀释倍数和仪器读数,计算出铅和锌的质量分数(%)。
来源:网络
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