钛矿石物相的快速分析_郑民奇(1).pdf

2010 年 2 月 February 2010 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 29，No． 1 61 ～63 收稿日期 2009- 06- 05; 修订日期 2009- 08- 20 作者简介 郑民奇 1960 － ， 男， 广东龙川县人， 教授级高级工程师， 主要从事岩石矿物分析和质量管理工作。 E- mail zminqi2003163． com。 文章编号 02545357 2010 01006103 钛矿石物相的快速分析 郑民奇1，李邦民2，程秀花1 1． 西安地质矿产研究所实验测试中心，陕西 西安710054; 2． 青海省地质调查研究院，青海 西宁810012 摘要 钛矿石的主要矿物有金红石 TiO2 ， 其次钛铁矿 FeOTiO2 、 榍石 CaOTiO2SiO2 和钛磁铁 矿 FeTiO3nFe2O3 。样品经碱熔融， 过氧化氢比色测定总钛; 利用电感耦合等离子体质谱法测定， 氟化 氢铵和盐酸溶解钛铁矿、 钛磁铁矿、 榍石和硅酸盐中的钛; 湿法磁选、 盐酸溶解钛磁铁矿中的钛; 磁选后的 残渣经 800℃灼烧， 氟化氢铵和盐酸溶解榍石和硅酸盐中的钛。方法对 12 个钛矿石样品进行了 4 种钛矿 物物相分析， 结果与实际地质成矿组分符合。 关键词 钛矿石; 物相分析; 金红石; 电感耦合等离子体质谱法 中图分类号 P578． 44; P578． 47; O657． 63文献标识码 B A Rapid Phase Analysis for Titanium Ores ZHENG Min- qi1，LI Bang- min2，CHENG Xiu- hua1 1． Test Center of Xian Institute of Geology and Mineral Resources，Xian710054，China; 2． Qinghai Geological Survey Institute，Xining810012，China Abstract The main titanium minerals include rutile TiO2 ，ilmenite FeOTiO2 ，sphene CaOTiO2 SiO2 and titanomagnetite FeTiO3nFe2O3 ． The s used for rapid phase analysis of titanium minerals were introduced in this paper． The total titanium in the samples was determined by hydrogen peroxide colorimetry after sample decomposition with alkali fusion． And titanium in the mineral phases was determined by inductively coupled plasma- mass spectrometry ICP- MS coupled with 3 sample decomposition s 1 NH4HF2- HCl digestion for ilmenite，sphene，titanomagnetite and silicate phases， 2 wet magnetic separation- HCl digestion for ilmenite phases， 3 NH4HF2- HCl digestion of magnetic residue after roasting at 800 ℃ for sphene and silicate phases． The has been applied to the analysis of four titanium mineral phases in 12 titanium ores with satisfactory results． Key words titanium ore; phase analysis; rutile; inductively coupled plasma- mass spectrometry ICP- MS 钛在自然界中分布较广， 在地壳中平均含量为 0．56。钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料， 在航空、 航天、 航海、 车辆工程、 生物医学工程和军 事等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用 前景。研究钛矿物在自然界的赋存状态， 对钛矿物 的选冶和钛的冶炼十分重要。 钛矿石的物相测试方法主要是比色法 ［1 －2 ］ ， 分 离后的溶液要进行处理， 手续冗长繁琐。本文在总 结前人成果 ［1 －6 ］的基础上， 采用电感耦合等离子体 质谱法 ICP － MS ［7 －14 ］建立了一套钛矿石物相的 快速分析方法。样品用过氧化钠熔融， 酸化， 过氧 化氢比色测定总钛 A ; 样品用氟化氢铵和盐酸在 16 ChaoXing 沸水浴中溶解， ICP － MS 测定滤液中的钛 B ; 样 品湿法磁选钛磁铁矿， 再用盐酸在沸水浴中溶解， ICP － MS 测定滤液中的钛 C ; 将磁选后的残渣和 盐酸溶解钛磁铁矿后的残渣合并， 在 800 ℃ 灼烧 2 h，再用氟化氢铵和盐酸在沸水浴中溶 解， ICP － MS法测定滤液中的钛 D 。 1实验部分 1． 1仪器及工作参数 UV －160A 双光束紫外 － 可见分光光度计 日 本岛津公司 。X Series Ⅱ电感耦合等离子体质谱 仪 美国 Thermo 公司 。仪器工作参数见表 1。 表 1 ICP － MS 仪器工作参数 Table 1Operating parameters of ICP － MS 项目参数项目参数 入射功率1300 W扫描方式跳峰 雾化气流量0．80 ～0．90 L/min积分时间0．5 s 冷却气流量14 L/min分辨率100 辅助气流量1．5 L/min进样时间30 s 真空度1 10 －6Pa 采样锥孔径1．0 mm 进样泵速30 r/min截取锥孔径0．7 mm 1． 2标准和主要试剂 钛标准溶液 100 mg/L 准确称取 0．1668 g 光 谱纯 TiO2于铂坩埚， 加 2 g 焦硫酸钾， 放入 800℃高 温炉中熔融。取出铂坩埚冷却， 放入 150 mL 烧杯 中， 加50 mL 热水和10 mL HCl， 加热浸取， 洗出铂坩 埚， 冲入1000 mL 容量瓶中， 水稀释至刻度， 摇匀。 H2O2、 NH4HF2、 HCl、 H2SO4均为分析纯。实验 用水均为去离子水。 1． 3实验方法 1． 3． 1总钛量 A 准确称取 0． 2000 g 试样 粒径 0． 074 mm 于 银坩埚中， 加 3 g Na2O2拌匀， 在 700 ℃高温炉中熔 融。取出银坩埚冷却， 放入 150 mL 烧杯中， 加 50 mL 热水、 10 mL HCl， 加热浸取， 洗出银坩埚， 冲入 200 mL 容量瓶中， 水稀释至刻度， 摇匀。 标准系列 取 0、 25、 50、 100、 200、 300、 500 μg 钛标 准溶液于25 mL 比色管中， 加2 mL φ 50 体积分 数， 下同 的 H2SO4、 3 mL 3的 H2O2， 水稀释至刻度 摇匀， 在波长 430 nm 处用 3 cm 比色皿测定吸光度。 取5 mL 样品溶液于25 mL 比色管中， 以下操作同上， 计算总钛量 A 。 1． 3． 2除金红石外的钛 B 取 0． 1 000 g 试样于 200 mL 塑料烧杯中， 加 0． 5 g NH4HF2和 50 mL 65的 HCl， 在沸水浴上加 热浸取1． 5 h 经常搅拌 。补加 50 mL 水， 用致密 滤纸过滤， 再用 5 热的 HCl 洗涤沉淀 6 次， 水洗 涤 5 次。滤液移入 200 mL 容量瓶中， 水稀释至刻 度， 摇匀。 标准系列 取 0、 0． 5、 5． 0、 25、 50 g 钛标准溶液 于 50 mL 容量瓶中， 加2 mL 50的 HCl， 水稀释至 刻度， 摇匀。用 ICP － MS 测定， 计算钛量 B 。 1． 3． 3钛磁铁矿中钛 C 取 0． 1000 g 试样于培养皿中， 用磁铁进行湿 法磁选。选得的磁性部分置于 150 mL 烧杯中， 加 入 50 mL 20的 HCl， 在沸水浴上加热浸取6 h 经 常搅拌 ， 浸取过程中补加水以保持体积和酸度。 补加 50 mL 水， 以下操作同 1． 3． 2， 计算钛量 C 。 1． 3． 4榍石和硅酸盐中钛 D 将1．3．3 过滤的残渣合并入非磁性部分， 放置 于瓷坩埚中， 在高温炉中低温灰化， 800℃灼烧 2 h。 移入200 mL 塑料烧杯中， 加0．5 g NH4HF2和50 mL 65的 HCl， 以下操作同1．3．2， 计算钛量 D 。 1． 3． 5各钛矿石物相表示 w 金红石中钛 / A － B w 钛磁铁矿中钛 / C w 榍石和硅酸盐中钛 / D w 钛铁矿中钛 / B － C － D 2结果与讨论 2． 1内标的选择 有关文献说明了 ICP － MS 分析中内标的重要 作用 ［10 ］， 如果样品中含有内标元素， 会干扰内标对 分析结果的校正; 若为抵消干扰而提高内标元素的 浓度， 则由于内标信号值过高而失去对低信号值的 校正作用。实验确定以10 μg/L 的 Rh 溶液为内标 时取得较好效果。 2． 2分析结果对照 本方法的分析结果用比色法 COL 和 X 射线 衍射法 XRD 验证。表 2 数据证明， 本方法分析 结果与比色法和 X 射线衍射法分析结果吻合。 3实际样品分析 本方法对12 个钛矿石样品进行了4 种钛矿物物 相分析， 结果与实际地质成矿组分符合 ［ 15 ］ 表3 。 26 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2010 年 ChaoXing 表 2分析结果对照 Table 2Comparison of analytical results of Ti 样品编号① 分析 方法 w Ti / 金红石钛磁铁矿榍石和硅酸盐钛铁矿 本法2．541．630．1980．426 08C －75COL 法2．601．560．1890．421 XRD 法3 2＜0．5＜0．5 本法4．981．200．4082．04 08C －78COL 法5．001．250．4001．97 XRD 法5 1＜0．52 本法3．791．200．2601．07 08C －81COL 法3．851．270．2671．13 XRD 法4 1＜0．51 本法13．440．1790．2765．77 08C －82COL 法13．400．1870．2665．85 XRD 法14 ＜0．5＜0．56 ① 08C －75 为钛矿石; 08C －78 为钛磁铁矿; 08C －81、 08C －82 为金红石。 表 3实际样品分析结果 Table 3Analytical results of Ti in practical samples 样品编号① w Ti / 金红石钛磁铁矿榍石和硅酸盐钛铁矿 08C －731．931．340．2440．416 08C －741．800．7980．2400．422 08C －752．541．630．1980．462 08C －760．4780．1790．1510．110 08C －772．250．8560．2320．452 08C －784．981．200．4082．04 08C －795．151．860．8092．76 08C －802．532．110．2280．001 08C －813．791．200．2601．07 08C －8213．440．1790．2765．77 08C －8312．140．5550．3429．51 08C －842．471．620．2010．299 ① 08C －73 ～08C －77 为钛矿石; 08C －78 和 08C －79 为钛磁铁矿; 08C －80和08C －84 为其他钛矿石;08C －81 ～08C －83 为金红石。 4结语 采用电感耦合等离子体质谱法测定钛矿石物 相中的钛， 方法检出限低， 精密度和准确度高， 检测 速度快; 样品溶解和分离时取样量少， 使钛矿物溶 解完全， 分离时间缩短， 能快速、 准确地测定钛矿石 物相及钛矿物在自然界的赋存状态。 5参考文献 ［ 1］龚美菱． 相态分析与地质找矿［ M］ ． 北京 地质出版 社， 2007 86 －90． ［ 2］岩石矿物分析编写组． 岩石矿物分析 第一分册 ［ M］ ． 3 版． 北京 地质出版社， 1991 347 －376． ［ 3］四川省地质局攀枝花地质综合研究队． 钒钛磁铁矿 石分析［ M］ ． 北京 地质出版社， 1980 41 －48． ［ 4］赵德平， 阮鸿兴． 以金红石为主的钛矿石中钛的物相 分析方法研究［ J］ ． 冶金分析， 2001， 21 2 53 －55． ［ 5］蔡玉曼， 曹磊． 榴辉岩中金红石物相二氧化钛含量测 定的不确定度评定［J］ ． 岩矿测试， 2007， 26 3 225 －229． ［ 6］袁家义， 吕振生， 姜云． X 射线荧光光谱熔融制样法 测定钛铁矿中主次量组分［J］ ． 岩矿测试， 2007， 26 2 158 －159． ［ 7］尹明． 我国地质分析测试技术发展现状及趋势［ J］ ． 岩矿测试， 2009， 28 1 37 －53． ［ 8］李冰， 杨红霞． 电感耦合等离子体质谱 ICP － MS 技 术在 地 学 研 究 中 的 应 用［J］ ． 地 学 前 缘， 2003， 10 2 367 －378． ［ 9］何红蓼， 李冰， 杨红霞， 倪哲明． 环境样品中痕量元素 的化学形态分析Ⅰ． 分析技术在化学形态分析中的 应用［ J］ ． 岩矿测试， 2005， 24 1 51 －58． ［ 10］ 曹军骥， 张小曳， 王丹． ICP － MS 测试中内标强度波 动对元素测试值的影响［J］ ． 西安工程学院学报， 2001， 23 1 25 －27． ［ 11］ 王明海． ICP － MS 法测定金属铝中铜、 钛、 锌、 锰、 钴 5 种痕量杂质元素［J］ ． 冶金分析， 2004， 24 2 19 －22． ［ 12］ Pearcea N J G， Westgateb J A， Perkinsa W T， Preece S J． The application of ICP- MS s to tephrochrono- logical problems［J］ ． Applied Geochem- istry， 2004， 19 289 －322． ［ 13］ 齐剑英， 张平， 吴颖娟， 陈永亨． 电感耦合等离子体 质谱法测定土壤中 24 种元素［J］ ． 理化检验 化学 分册， 2007， 43 9 723 －725． ［ 14］ 郭峰， 谭红， 何锦林， 谢锋， 曾广铭， 宋光林． 改进的 挥硅 － ICP － MS 法测定高纯四氯化硅中金属杂质 ［ J］ ． 福建分析测试， 2006， 15 4 7 －9． ［ 15］ 西安地质矿产研究所． 印度尼西亚爪哇岛南部滨岸 钛铁砂矿钛铁物相分析报告［ R］ ． 2009． 36 第 1 期郑民奇等 钛矿石物相的快速分析第 29 卷 ChaoXing