影响火焰光度法测定长石钾钠含量的因素研究

摘 要 为提高火焰光度法测定长石中钾钠含量的准确度，以钾长石标准物质为参考，在使用FP6410型火焰光度计对长石中钾钠含量测定过程中，对火焰光度计的模拟量、背景酸种类以及共存离子（Fe3+）浓度3个影响因素进行研究。结果表明，火焰光度计模拟量大小对长石钾钠含量测定基本无影响；以HNO3和H2SO4作背景酸时，测定结果与标准物质含量相比，K2O分别偏高10.4%，283.3%，Na2O分别偏高108.7%、387.8%；外加铁试验表明，长石中含Fe2O3 3.05 %时，使用FP6410型火焰光度计测得的K2O含量，偏低9.38%，而对Na2O测定基本没有影响。

关键词 火焰光度计 长石 钾钠含量 模拟量 背景酸 共存离子

引 言

钾钠长石广泛应用于陶瓷和玻璃工业中，其品质主要取决于其中K2O、Na2O、Fe2O3、TiO2等含量[1，2]。依据文献[3～7]，长石中钾钠含量可采用火焰光度法或原子吸收光谱仪测定。原子吸收光谱仪原子化效率低（一般低于30%）、操作复杂、设备昂贵；火焰光度计因具有快速简便的优点而被广泛采用[4，5]。但是，在用火焰光度计测定长石钾钠含量时，存在着诸多影响准确度的因素，如：火焰大小（模拟量）；采用氢氟酸-硫酸分解长石后，加酸溶解残渣时酸的种类（背景酸，下同）；溶液中共存离子浓度等。这些因素都可能影响钾、钠含量测定准确度[6～9]。当长石中铁、钙、镁含量较高时，使用原子吸收光谱仪对长石钾钠含量测定准确度的影响已有文献报道；但是，使用火焰光度法测定长石钾钠含量时，有关共存离子浓度的影响还未见有系统研究报道[10～15]。本文以钾长石标准物质为参照，系统研究采用FP6410型火焰光度计测定长石中钾钠含量时模拟量大小、背景酸以及长石中主要共存Fe3+浓度对钾钠含量测定准确度的影响，本研究对用火焰光度法准确测定长石钾钠含量具有一定指导作用。

1 实验

1.1 仪器和试剂

1.1.1 仪器 FP6410型火焰光度计（上海精密科学仪器有限公司），铂皿，电炉。

1.1.2 试剂 氯化钾、氯化钠、氢氟酸、盐酸、硝酸，均为分析纯（成都市科龙化工试剂厂）；钾长石标准物质（GBW03116，国家建筑材料测试中心，K2O 9.60%、Na2O 3.69%、Fe2O3 0.19%），铁标准溶液（以10%的盐酸为介质，浓度为1000μg/mL，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）。1.0mg/mL氧化钾、氧化钠标准溶液：分别准确称取预先在105～110℃烘干2 h的氯化钾1.5830g、氯化钠1.8859g于烧杯中，加水溶解，分别移入1 L容量瓶中，用水稀释定容至刻度，摇匀，贮存于塑料瓶中，作为母液。本试验所用水均为超纯水。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理及测定 按照JC/T 873-2000《长石化学分析方法》[16]分析步骤进行样品处理：准确称取0.1000g钾长石标准物质于铂皿中，用少量水润湿，加入4～5滴硫酸（1+11）及5～7mL氢氟酸，于低温电炉上蒸干，再重复处理1次；然后逐渐升高温度，驱尽SO3白烟后冷却，加入25mL盐酸（1+11），加热溶解，冷却后移入250 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀；再从中准确吸取25mL于100mL容量瓶中，加入7.5mL盐酸（1+11），加水定容至标线，摇匀，即完成长石样品处理，此溶液用于火焰光度法测定长石钾钠含量。将火焰光度计按仪器使用规程调整到工作状态，分别使用K滤光片（767nm），Na滤光片（589nm），测定试样中K2O、Na2O。

1.2.2 模拟量大小 根据FP6410型火焰光度计仪器操作说明书，在测定工作曲线过程中，通过调节微调旋钮改变火焰大小，使工作溶液最高浓度（14.0 mg/L）时仪器模拟量变动。在不同的模拟量下测定待测溶液中钾、钠含量，分析其大小对钾、钠含量测定的影响。

1.2.3 背景酸 依据长石样品处理方法，分别采用硫酸（1+11）、硝酸（1+11）等体积代替盐酸（1+11），于相同模拟量下测定钾钠含量，以分析背景酸对钾钠含量测定的影响。

1.2.4 共存离子（Fe3+） 依据长石样品处理方法，从250mL容量瓶中确吸取25.00mL于100mL容量瓶加7.5mL盐酸（1+11）的同时，加入不同体积铁标准溶液，再定容至刻度，即可得到不同Fe3+浓度的待测溶液，于相同条件下测定溶液中的钾钠含量，即可得到Fe3+浓度对钾钠含量测定的影响。

2 结果与讨论

2.1 工作曲线

取不同体积氧化钾、氧化钠母液和10mL盐酸（1+11）至100mL容量瓶中，配制成2.0mg/L，4.0mg/L，8.0mg/L，10.0mg/L，14.0mg/L氧化钾、氧化钠标准工作溶液，于FP6410型火焰光度计测定和绘制工作曲线（见表1）。

2.2 模拟量大小对钾钠含量影响

不同模拟量条件下钾长石标准物质钾钠含量测定结果（见表2）。由表2可知，在模拟量为505、647、691、809、900时，K2O含量、Na2O的含量与标准物质相比总体趋于平稳。值得注意的是，在钾的模拟量为691时K2O含量略高，但在误差范围内（3%）。这说明，模拟量大小对同一长石样品K2O、Na2O含量测定基本没有影响。

2.3 背景酸对钾钠含量影响

除盐酸外，本试验中还采用硝酸和硫酸作为背景酸，并分别以其为介质配制标准工作曲线，以探索不同背景酸对K2O、Na2O含量的影响（见表3，图1）。

由图1可知，不同背景酸下的标线均满足线性关系，但从表3结果看，不同背景酸条件下测出的K2O、Na2O含量相差较大。盐酸为背景酸时，K2O、Na2O含量与标准物质中K2O、Na2O含量最为接近；硝酸、硫酸作为背景酸时，K2O相对于标准物质相差分别为10.4%，283.3%，Na2O相对于标准物质相差分别为108.7%，387.8%。结果说明，火焰光度计法测长石K2O、Na2O含量时，硝酸和硫酸不宜作背景酸。

另外，从图1和表3中可看出，在相同K2O、Na2O含量条件下，标线模拟量大小依次为：盐酸>硝酸>硫酸；而对K2O、Na2O含量的测定影响大小依次为：盐酸

2.4 共存离子（Fe3+）浓度对钾钠含量影响

本试验探讨外加Fe3+浓度对测定长石K2O、Na2O含量的影响（见图2）。

由图2中可知，当外加Fe3+的浓度小于1.0mg/L，对长石中的K2O、Na2O含量基本没有影响；当外加Fe3+的浓度增至1.0mg/L时，K2O含量为9.3%，相对于标准物质中K2O偏低3.13%，Na2O含量为3.5%，与标准物质中的Na2O含量基本一致，因此，Fe3+小于1.0mg/L，对长石中K2O、Na2O的含量测定基本没有影响；当外加Fe3+的浓度增大至20mg/L时，K2O含量为8.7%，相对于标准物质，K2O偏低9.38%，此时，Na2O含量为3.5%，与标准物质中的Na2O含量基本一致，显然，当Fe3+浓度大于20 mg/L时，对长石中K2O的测定影响较大。

中国建材行业标准（JC/T857—2000）中，合格品的长石Fe2O3≤0.5%，即Fe3+浓度为0.35%（根据溶样过程和化学关系换算，下同），而钾长石标准物质中Fe2O3为0.19%，即含Fe3+ 0.13%。此时，长石中Fe3+对火焰光度法测定K2O、Na2O含量基本没有影响，当外加Fe3+的浓度大于20mg/L时，即长石产品含Fe2O3为3.05 % 时，对K2O的测定影响较大。

通常，在长石选矿实际生产中，弱磁选会产生一部分含Fe2O3约为40%长石尾矿，远大于3.05 %，该长石尾矿不宜使用FP6410型火焰光度计测定其中K2O含量。

2.5 最佳实验条件下标准样品测定

在最佳实验条件下测定标准长石样品中的K2O、Na2O含量（见表4）。

由表4可知，在标准长石样品中，实验方法和标准方法相比，K2O含量偏低1.04%，Na2O含量偏高0.27%。因此，在最佳实验条件下，使用FP6410型火焰光度计测定长石中K2O、Na2O含量时，测定结果准确较高。

3 结论

（1）使用火焰光度计测长石钾钠含量时，模拟量大小对钾钠含量测定结果无影响，模拟量调节在900～1000之间。（2）硫酸、硝酸作背景酸测定的K2O、Na2O结果偏差较大，在用FP6410火焰光度计测长石中的K2O、Na2O含量时，使用盐酸作背景酸误差最小。（3）当长石中Fe2O3大于 3.05%，用FP6410火焰光度计测长石中的K2O含量时误差较大。（4）在最佳实验条件下，经标准长石样品测试，用FP6410火焰光度计测长石中的K2O、Na2O含量时误差较小。

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