賴(lài)承華
(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠(chǎng),江西 貴溪 335424)
火試金富集金銀分析是國(guó)際公認(rèn)的貴金屬分析測(cè)試經(jīng)典方法,也是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)仲裁檢驗(yàn)方法,它具有取樣代表性好、適應(yīng)性廣、富集效果好、測(cè)定準(zhǔn)確等特點(diǎn)。具有其他檢測(cè)方法不可取代的作用。但該方法因其勞動(dòng)強(qiáng)度大、材料能耗高、環(huán)境污染大等問(wèn)題,在國(guó)內(nèi)很少采用。為了提高實(shí)驗(yàn)室試金分析水平,減少勞動(dòng)強(qiáng)度、減少污染,以德興銅精礦大樣為樣本對(duì)試金分析方法在配料比、氧化鉛用量、熔融時(shí)間、灰吹溫度、鉛扣大小這幾個(gè)方面進(jìn)行了分析改進(jìn)。
2.1 實(shí)驗(yàn)試劑:銅精礦,粉狀;無(wú)水碳酸鈉,工業(yè)純,粉狀;氧化鉛,工業(yè)純,粉狀;硼砂,工業(yè)純,粉狀;二氧化硅,工業(yè)純,粉狀;淀粉,工業(yè)純,粉狀;氯化鈉,工業(yè)純,粉狀;硝酸,分析純;乙酸,分析純。
2.2 實(shí)驗(yàn)儀器:黏土坩堝;水泥-鎂砂灰皿;試金爐,最高溫度為1350 ℃;灰吹爐,最高溫度為1100 ℃;天平(1 mg/220 g);微量天平(0.1 μg/2.1 g);電爐,最高溫度為700℃。
除非另有說(shuō)明,在分析中僅使用確認(rèn)為分析純的試劑和蒸餾水、去離子水或相當(dāng)純度的水。
3.1 試金配料[1]:根據(jù)樣品化學(xué)組成和金屬含量進(jìn)行配料,配料的一般原則(復(fù)雜的樣品本文暫不討論)是根據(jù)樣品含硫量確定:若含硫量<30%,則稱(chēng)10 g樣品;含硫量≥30%,則稱(chēng)20 g樣品,進(jìn)行配料:加入一定量的碳酸鈉、二氧化硅、硼砂、面粉(硝酸鉀)、氧化鉛充分混勻,覆蓋10 mm厚的食鹽。
3.2 樣品熔融:將配好料的黏土干鍋置于900 ℃的試金爐中保溫10分鐘,在30 min內(nèi)升溫至1100 ℃,保溫15 min出爐。將熔融物倒入預(yù)熱好的且涂有油的鑄鐵模中,冷卻5 min后將鉛扣和熔渣分離,按順序?qū)U扣放入木盤(pán)中。
3.3 樣品灰吹:將鉛扣放入已在灰吹爐預(yù)熱25 min的水泥-鎂砂灰皿中,關(guān)上爐門(mén),待鉛扣完全融開(kāi)后稍微開(kāi)點(diǎn)爐門(mén),當(dāng)合粒出現(xiàn)閃光后,應(yīng)迅速將灰皿移入到門(mén)口放置的托盤(pán)中。
3.4 消除合粒表面雜質(zhì):把試金合粒從灰皿中挾出并錘成薄片,放入30 mL的瓷坩堝中;加入10 mL~15 mL,6 mol/L乙酸溶液,加熱、煮沸至2 mL~3 mL取下。稍冷,用蒸餾水洗滌3次,棄去洗液,將合粒放到瓷坩堝中,放置在電爐中烘干后稱(chēng)重。
3.5 分金:將稱(chēng)重后的合粒放入30 mL的瓷坩堝里,加入20 mL熱的1+7的硝酸,在低溫電爐上加熱,待合粒不再產(chǎn)生氣泡后,再加入20 mL 1+1的硝酸繼續(xù)加熱20 min~40 min。反應(yīng)停止后,取下冷卻,用蒸餾水洗滌三次,將瓷坩堝中的金粒置于電爐上退火烘干5 min,取下稱(chēng)金粒的重量。
3.6 計(jì)算:根據(jù)兩次稱(chēng)得的合粒重計(jì)算出金、銀含量。銀也可用容量法測(cè)定。
4.1 配料比對(duì)分析結(jié)果的影響
碳酸鈉、二氧化硅、硼砂作為火試金分析方法的主要熔劑,通過(guò)高溫熔融,把待測(cè)定的貴金屬與樣品中的基本成分分離。加入的各種試劑所起的作用不盡相同。因此對(duì)碳酸鈉、二氧化硅、硼砂分別進(jìn)行不同用量實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)表1,表2,表3),來(lái)確定其最佳配比[2]。
表1 不同碳酸鈉用量實(shí)驗(yàn)
表2 不同二氧化硅用量實(shí)驗(yàn)
表3 不同硼砂用量實(shí)驗(yàn)
碳酸鈉是試金分析中常用的堿性熔劑,在熔融時(shí)易與堿金屬硫化物作用形成硫酸鹽。從表1實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以看出碳酸鈉用量在35.0 g-40.0 g時(shí),形成的鉛扣比較好,渣型較好;若用量太少,除雜效果不理想導(dǎo)致結(jié)果偏低;用量太多,則在熔融過(guò)程中會(huì)使樣品溢出造成損失。
二氧化硅是試金分析中的酸性熔劑,其主要作用是控制熔渣的硅酸度,以使鉛扣與熔渣很好地分離。從表2中可以看出二氧化硅用量在10.0 g~15.0 g時(shí)形成的鉛扣比較好,渣型較好。若二氧化硅加入量少,物料造渣能力變?nèi)?,鉛扣不能將熔渣中的金、銀等貴金屬富集完全,結(jié)果偏低;其加入量過(guò)多,熔渣顏色逐漸變黑,渣的流動(dòng)性變差,硫沒(méi)有徹底脫凈所致渣中所含金屬硫化物增多,產(chǎn)生微觀(guān)的“冰銅效應(yīng)”吸附少量的金銀,導(dǎo)致分析結(jié)果偏低[3]。
硼砂是一種活潑而易熔的酸性熔劑,它在熔煉過(guò)程中在350 ℃時(shí)開(kāi)始失去結(jié)晶水,并迅速膨脹。因此在配料中使用過(guò)量的硼砂容易引起熔煉時(shí)物料溢出[4],造成坩堝內(nèi)試樣的損失。從表3中可以看出硼砂用量在7.0 g~10.0 g時(shí)形成的鉛扣比較好,渣型較好,分析結(jié)果較好。
4.2 加入氧化鉛量對(duì)分析結(jié)果的影響
氧化鉛是一種很強(qiáng)的堿性熔劑,同時(shí)又是氧化劑、脫硫劑、貴金屬的捕集劑,在火試金分析方法中的作用有三點(diǎn):其一是排除試樣中多余的雜質(zhì)(Cu、Ni、Sn、Zn、Mn、Al等),其二是脫硫防止冰銅的生成,其三是調(diào)節(jié)渣的熔點(diǎn)防止生成“粒狀鉛”。取實(shí)驗(yàn)樣按照分析步驟進(jìn)行,加入不同氧化鉛含量下的分析結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 氧化鉛不同用量實(shí)驗(yàn)
從表4可知,當(dāng)氧化鉛加入量多于100 g時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有明顯變化(高銅樣品除外),氧化鉛加入量少于100 g時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低。
4.3 樣品熔融升溫時(shí)間對(duì)分析結(jié)果的影響
將配好料的黏土坩堝置于900 ℃的試金爐中保溫10分鐘,升溫至1100 ℃,然后保溫10分鐘,取實(shí)驗(yàn)樣品按照步驟進(jìn)行,在不同升溫時(shí)間下的分析結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 不同升溫時(shí)間下的實(shí)驗(yàn)
從表5可知,當(dāng)試金爐升溫時(shí)間為20 min~30 min時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有明顯變化,升溫時(shí)間少于20分鐘時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低,金、銀未能完全富集。這是因?yàn)樵谠煸陂g升溫過(guò)快,使得鉛沉降得太快,影響捕集效果。
4.4 樣品灰吹溫度對(duì)分析結(jié)果的影響
灰吹溫度是銀損失的主要因素,在灰吹過(guò)程中,鉛通過(guò)氧化放熱,使灰皿的溫度高于爐溫達(dá)到氧化鉛熔點(diǎn),取實(shí)驗(yàn)樣品按步驟進(jìn)行,在不同灰吹溫度下的分析結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 不同灰吹溫度下的實(shí)驗(yàn)
從表6可知灰吹溫度在860 ℃以下時(shí),鉛扣融不開(kāi),不能進(jìn)行灰吹操作,當(dāng)在880 ℃到900℃時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有明顯變化,在灰皿上方出現(xiàn)羽狀結(jié)晶。高于900 ℃時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯偏低。(不同灰吹爐之間爐況、溫度存在差異,應(yīng)以灰皿上方出現(xiàn)羽狀結(jié)晶為最佳溫度)
4.5 鉛扣大小對(duì)分析結(jié)果的影響
在火試金分析過(guò)程中,鉛扣的大小對(duì)分析結(jié)果的影響是非常大的,通過(guò)控制硝酸鉀和面粉的加入量控制鉛扣大小[5],按步驟進(jìn)行,不同重量下的鉛扣分析結(jié)果見(jiàn)表7。
表7 不同大小的鉛扣下的實(shí)驗(yàn)
從表7可知,鉛扣控制在30 g到40 g之間,分析結(jié)果沒(méi)有明顯變化,當(dāng)鉛扣小于30 g時(shí)金銀開(kāi)始富集不完全,導(dǎo)致結(jié)果偏低,而大于40 g時(shí)鉛扣灰吹時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致少部分銀損失。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究可以得出火試金富集銅精礦中金、銀分析方法中,用傳統(tǒng)的配料、進(jìn)爐、灰吹會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)、本文通過(guò)對(duì)其配料比、氧化鉛用量、熔融升溫時(shí)間、灰吹溫度、鉛扣大小等因素的探討,得出了有效的方法。隨著化驗(yàn)室試金分析試樣的不斷增多,采用此方法具有節(jié)約材料,縮短分析時(shí)間的效果,每年可以節(jié)約大量的分析成本,而且分析結(jié)果和及時(shí)率報(bào)出將明顯提高,也響應(yīng)了貴冶“降本爭(zhēng)效”的號(hào)召。