1. 任務金礦石中金含量的測定
——泡沫塑料富集原子吸收光度法
任務描述
金在礦石中的含量一般較低,大概以0.xx~x.xxg/t計,在檢測時通常需要先採用富集的方法,火試金以鉛試金為主,濕法富集有泡沫塑料富集和活性炭富集等方法;然後採用原子吸收分光光度法進行測定。通過本次任務的學習,明白泡沫塑料富集金實驗條件,掌握泡沫塑料富集金的操作方法;能夠正確填寫數據記錄表格,正確填報實驗結果。
任務實施
一、儀器和試劑准備
(1)儀器:原子吸收分光光度計,金空心陰極燈。
(2)泡沫塑料:將100g聚氨酯軟質泡沫塑料(厚度約5mm)浸於400mL三正辛胺乙醇(3%)溶液中,反復擠壓使之浸泡均勻,然後在70~80℃溫度下烘乾,剪成0.2g左右小塊備用(一周內無變化)。
(3)硫脲-鹽酸混合溶液:含5g/L硫脲的鹽酸(2%)溶液。
(4)金標准溶液:稱取0.1000g純金置於50mL燒杯中,加入10mL王水,在電熱板上加熱溶解完全後,加入5滴氯化鈉(200g/L)溶液,於水浴上蒸干,加2mL鹽酸蒸發到干(重復3次),加入10mL鹽酸溫熱溶解後,用水定容至100mL,此貯備液含金1mg/mL。取該溶液配製含金至100μg/mL及10μg/mL的標准溶液[鹽酸(10%)介質]。
二、分析步驟
稱取5~30g試樣於瓷舟中,在550~650℃的高溫爐中焙燒1~2h,中間攪拌2~3次,冷後移入300mL錐形瓶中,加入50mL王水(1+1),在電熱板上加熱近沸約1h(如含銻、鎢時,應加入1~2g酒石酸,含酸溶性硅酸鹽應加入5~10g氟化鈉,煮沸),用水稀釋至100mL,加入約0.2g泡沫塑料(預先用水潤濕),用膠塞塞緊瓶口,在往復式振盪機上振盪30~90min,取出泡沫塑料,用自來水充分洗滌,然後用濾紙吸干,放入預先加入25mL硫脲-鹽酸混合液的50mL比色管中,在沸水浴中加熱15min,用玻璃棒將泡沫塑料擠壓數次,取出泡沫塑料,將溶液定容到50mL,按儀器的工作條件,用原子吸收光譜法測定。隨同試樣做試劑空白試驗。
工作曲線的繪制:吸取2.50mL、5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL含金10μg/mL的金標准溶液於50mL容量瓶中,25mL硫脲溶液(10g/L),以水定容;按試樣相同條件,用原子吸收光譜法測定。
三、分析結果計算
樣品中金的含量按下式計算:
岩石礦物分析
式中:w(Au)為金的質量分數,μg/g;m1為從校準曲線上查得試樣溶液中金的質量,μg;m0為從校準曲線上查得試樣空白中金的質量,μg;m為稱取試樣的質量,g。
四、質量表格填寫
任務完成後,填寫附錄一質量表格3、4、7。
任務分析
一、方法原理
試樣用王水分解,在約10%(體積分數)王水介質中,金用負載三正辛胺的聚氨酯泡沫塑料來吸附,然後用5g/L硫脲-2%(體積分數)鹽酸溶液加熱解脫被吸附的金,直接用火焰原子吸收光譜法測定。
二、方法優點
聚氨酯泡沫塑料分離富集金,萃取容量大、選擇性好、回收率高(97% 以上)。該法操作簡單快速、穩定性好、易於掌握、成本低,適用於大批量生產樣品的分析。
三、泡沫塑料分離富集方法簡介
泡沫塑料(PF,簡稱泡塑)屬軟塑料,為甲苯二異氰酸鹽和聚醚或聚酯通過醯胺鍵交聯的共聚物。
泡沫塑料已經廣泛應用於貴金屬的分離和富集。其分離與富集的機理可能包括表面吸附、吸附、萃取、離子交換、陽離子螯合等。泡塑吸附金屬的效能取決於泡塑及金屬配離子的類型、性質和配離子在溶液中的形成環境、擴散速度以及吸附方式。泡塑由於含有聚醚氧結構,適宜接受一價和二價的配陰離子,它的吸附行為與陰離子交換樹脂的類似,故其吸附具有選擇性。Au、Tl等以離子形式存在時,幾乎不被泡塑吸附,只有成[MeX4]-型配陰離子時才能被吸附。
泡塑主要用於金的吸附分離。不同廠家生產的泡沫塑料的質量、結構和性質有差異,對金的吸附容量也不相同,通常在50~60mg/g之間。泡塑吸附的方式分為動態吸附和靜態吸附。靜態吸附是將泡塑塊投入含金溶液中振盪吸附金。動態吸附是將泡塑做成泡塑柱,金溶液流入柱中進行吸附。王水濃度在(4+96)~(15+85)范圍內對吸附無明顯影響,當王水濃度低於(2+98)時略有偏低;當王水濃度大於(1+4)時,泡塑發黑。溶液體積在50~200mL對吸附無影響,振盪時間30min可以基本吸附完全。用0.4 g泡塑對20~100μg的金進行吸附,吸附率可達98% 以上。
動態吸附率稍高於靜態吸附。泡塑在王水(1+9 )介質中吸附金,吸附率可達99%以上,其吸附流速可在較大范圍內變化,以小於10mL/min為宜。
將萃取劑或螯合劑負載在泡塑上制備得到的負載泡塑兼有萃取和泡塑吸附兩種功能,因而對金具有更大的富集能力。負載泡塑的吸附性質取決於負載在泡塑上萃取劑的種類和性質。目前,在金的分析測定中應用最廣泛的載體泡塑有:磷酸三丁酯(TBP)泡塑、三正辛胺泡塑、雙硫腙泡塑、甲基異丁酮泡塑、二正辛基亞碸泡塑、二苯硫脲泡塑、三苯基膦泡塑、醯胺泡塑以及將活性炭和泡沫塑料兩種富集分離方法相結合而制備的充炭泡塑。其中,以二苯硫泡塑、三正辛胺泡塑、二正辛基亞碸泡塑、雙硫腙泡塑富集金的性能較好。
吸附完後,需要對金進行解吸,通常解吸有以下一些方法:
1.灰化灼燒法
將吸附金的泡沫塑料用濾紙包好,置於30mL瓷坩堝中灰化、灼燒。取出冷卻後,加2滴氯化鉀溶液(200g/L)、3mL王水,在水浴上蒸干。然後再加入10滴濃鹽酸,再次蒸干以除去硝酸。然後用光度法或原子吸收光譜法測定。
2.硫脲解吸法
當吸附金的泡沫塑料浸泡於硫脲熱溶液中,此時硫脲將Au(Ⅲ)還原為Au(Ⅰ),並形成Au(Ⅰ)硫脲配合物,其反應式為:
R-AuCl4+3SC(NH2)2+H2O→Au2SC(NH2)2+RCl+2HCl+OC(NH2)2
故金離子即能從泡沫塑料上被洗脫。硫脲解吸金的條件是:酸度以中性溶液或小於0.5mol/L鹽酸溶液為好。當鹽酸濃度大於0.5mol/L時,容易析出單體硫而使結果偏低,從反應式可以看出,鹽酸的存在顯然對解吸是不利的。在常溫下,硫脲解吸金的能力較低,4 h不能使金解吸完全,而在沸水浴中保溫20min 即可使金解吸完全,回收率可達95% 以上。保溫時間在20~90min不影響結果。硫脲的濃度為10~50g/L,通常採用20~30g/L。該法操作簡單快速,成本較低。適用於原子吸收光譜直接測定。
3.硝酸-氯酸鉀(HNO3-KClO3)分解法
泡沫塑料能夠被氧化性無機酸和氧化劑所分解。採用HNO3、H2SO4-KMnO4、HNO3-H2O2、HNO3-HClO4、HNO3-KClO3等分解泡沫塑料試驗表明,其中以HNO3-KClO3分解效果最佳。在HNO3-KClO3的作用下,泡沫塑料很快變成棕黑色塊狀體,軟化後而溶解,並析出黃色油脂狀物質浮在溶液表面。加熱則發生劇烈的反應而放出大量的NO2氣體。對於0.2~0.3 g泡沫塑料,硝酸用量在8mL以上,氯酸鉀在0.05 g以上,足使泡沫塑料分解完全,最後得到黃色清亮的溶液。
4.甲基異丁基酮(MIBK)解吸法
MIBK是金的有效萃取劑。利用MIBK的萃取性能可以將泡沫塑料吸附的金解吸。利用20mL MIBK,劇烈振盪2min,金的回收率可達95%~100%。
四、鉛試金法富集礦石中的金
經典的火法試金-鉛試金法應用於金和銀富集已有悠久歷史,方法也比較完善。20世紀初開始嘗試用經典的鉛試金法來富集樣品中的鉑族金屬。由於鉑族金屬在自然界中比金、銀更為稀少,故富集效果較差。為此50年代末期,相繼出現了銅鎳試金法、錫試金法、鎳鋶試金法和銻試金法。火法試金作為可靠的方法被長期廣泛採用,這是因為火法試金取樣量大,一般取20~40g,有時多至100g以上,這樣既減少了稱樣誤差,又使結果具有較好的代表性。同時火試金的富集倍數很大(105倍以上),能將幾十克樣品中的貴金屬富集於幾毫克的試金合粒中,而且合粒的成分簡單,便於後續測定。但火試金法也有其缺點:需要龐大的設備;又要求在高溫下進行操作,勞動強度大,在熔煉過程中產生大量的氧化鉛等蒸汽,污染環境。所以分析工作者多年來一直想找到一種新的方法,取而代之。近年來在這方面已有所進展,有的方法可以與火法媲美,但對不同性質的樣品適應性不如鉛試金。所以鉛試金仍被各實驗室用於例行分析或用以檢查其他方法的分析結果。
鉛試金的整個過程,可以分為配料、熔煉、灰吹、分金等幾個步驟。不同種類的樣品,其配料方法和用量比不一樣。根據配料的不同,鉛試金又可分為麵粉法、鐵釘法、硝石法等。麵粉法以小麥粉作還原劑。鐵釘法以鐵釘為還原劑,鐵釘還可以作為脫硫劑,用於含硫高的試樣。硝石法是以硝酸鉀作為氧化劑,用於含大量砷、碲、銻及高硫的試樣分解,此法不易掌握,一般不常用。常用的為麵粉法,它用麵粉把氧化鉛還原為鉛,使鉛和貴金屬形成合金,與熔渣分離。
1.配料
在熔煉前要在試樣中加入一定量的捕集劑、還原劑和助熔劑等。
(1)捕集劑:鉛試金以氧化鉛為捕集劑。在熔煉過程中,氧化鉛被還原劑還原為金屬鉛,它能與試樣中的貴金屬生成合金,一般稱「鉛扣」,與熔渣分離。
對氧化鉛的純度要求不嚴,只要是不含貴金屬的氧化鉛如密陀僧等,就可以採用。
(2)還原劑:加入還原劑是為了使氧化鉛還原為鉛。可用炭粉、小麥粉、糖類、酒石酸、鐵釘(鐵粉)、硫化物等,國內多採用小麥粉。
(3)助熔劑:常採用的助熔劑有玻璃粉、碳酸鈉、氧化鈣、硼酸、硼砂、二氧化硅等。根據樣品的成分,加入不同量的這些助熔劑,可降低熔煉溫度,使熔渣的流動性比較好,鉛扣和熔渣容易分離。
配料是鉛試金的一個關鍵步驟,配料不恰當會使鉛試金失敗。配料是根據試樣的種類,按一定比例稱取捕集劑、還原劑、助熔劑的細粉和試樣混合均勻。各實驗室的配料比例不完全相同,僅略有差異。
試樣和各種試劑應當混合均勻,使熔煉過程還原出來的金屬鉛珠能均勻地分布在試樣中,發揮溶解貴金屬的最大效能。混勻的方法有下列四種:
(1)試樣和各種試劑放在試金坩堝中,用金屬匙或刮刀攪拌均勻;
(2)在玻璃紙上來回翻滾混合均勻,連紙一起放入試金坩堝中。把玻璃紙的還原力也計算進去,少加些小麥粉等;
(3)把試樣和各種試劑稱於一個廣口瓶中,加蓋搖勻,然後倒入試金坩堝中;
(4)將試樣和各種試劑稱於重1g,長、寬各30cm的聚乙烯塑料袋中,縛緊袋口,搖動5min,即可混勻。然後連塑料袋放入試金坩堝中。配料時應把塑料袋的還原力計算進去,減少還原劑的用量。
2.熔煉
將盛有混合料的坩堝放在試金爐中,加熱。於是,氧化鉛還原為金屬鉛;它捕集試樣中的貴金屬後,凝聚下降到坩堝底部,形成鉛扣。這個過程稱為熔煉。熔煉過程應控制形成的鉛扣的大小和造渣情況,並防止貴金屬揮發損失。
常用的試金爐有柴油爐、焦炭爐和電爐三種,以電爐較為方便。
試樣和各種試劑的總體積不要超過坩堝容積的四分之三,根據配料多少可以採用不同型號的坩堝。在坩堝中的混合料上面覆蓋一層食鹽或硼玻璃粉,以防止爆濺和貴金屬的揮發,並防止氧化鉛侵蝕坩堝。坩堝放進試金爐後,應慢慢升高溫度,以防水分和二氧化碳等氣體迅速逸出,造成樣品的損失。升溫到600~700℃後,保持30~40min,使加入的還原劑及試樣中的某些還原性組分與氧化鉛作用生成金屬鉛,鉛溶解貴金屬形成合質金。然後升溫至800~900℃,坩堝中的物料開始熔融,漸漸能流動。反應中產生的二氧化碳等氣體逸出時,對熔融物產生攪拌作用,促使鉛更好地起捕集和凝聚作用。鉛合金的密度大於熔渣,逐漸下降到坩堝底部。最後升溫到1100~1200℃,保持10~20min,使熔渣與鉛合金分離完全。取出坩堝,倒入乾燥的鐵鑄型中。當溫度降到700~800℃時,用鐵筷挑起熔渣,觀察造渣情況,以便改進配料比。若造渣酸性過強,則流動性較差,影響鉛的沉降;若鹼性過強,則對坩堝侵蝕嚴重,可能引起坩堝穿孔,造成返工。
熔融體冷卻後,從鐵鑄型中倒出,將鉛扣上面的熔渣棄去,把鉛扣錘打成正方體。所得鉛扣量最好在25~30g之間,以免貴金屬殘存在熔渣中。如鉛扣過大(大於40g)或過小(小於15g),應當返工。鉛扣過大,說明配料時加的還原劑太多;鉛扣太小,說明加入的還原劑太少。所以重做時應當適當地減少或增加還原劑的用量。根據還原劑的還原力,計算出應補加或減少多少還原劑。
還原劑還原力的計算方法:若所用還原劑為純碳粉,它和氧化鉛在熔煉過程發生下列反應:
2PbO+C→2Pb+CO2
由反應式可以計算出1 g碳能還原氧化鉛生成34 g鉛。
假設用蔗糖作還原劑,反應如下:
24PbO+C12H22O11→24Pb+12CO2+11H2O
根據反應式可計算出1 g蔗糖能還原氧化鉛生成14.0 g鉛。試金工作者常稱:蔗糖的還原力為14.0 g;碳的還原力為34 g;小麥粉的還原力為10~12 g;粗酒石酸的還原力為8~12 g等。
試樣的組成是復雜的,有的具有氧化能力,有的具有還原能力。有還原能力的試樣應當少加還原劑;有氧化能力的試樣應當多加還原劑。例如含有硫化物的試樣,應當少加還原劑,因為硫化物能作用如下:
3PbO+ZnS→ZnO+SO2+3Pb
遇到陌生的樣品,難以確定配料比時,可以通過化驗測定各種元素的含量,或通過物相分析測定出主要礦物組分的含量,也可以進行試樣的氧化力或還原力的試驗,以決定配料的組成和比例。
錘擊鉛扣時,如果發現鉛扣脆而硬,這就表示鉛扣中含有銅、砷或銻等。遇到這種情況,需要少稱樣,改用硝酸鉀配料,重新熔煉。
礦石和團岩礦物的主要造渣成分為:SiO2、FeO、CaO、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、MnO、CuO、PbO等。這些氧化物中,除了很少的氧化物能單獨在試金爐溫度下熔融外,大多數不熔,因而需要加入助熔劑。若為酸性氧化礦石應當加入鹼性助熔劑;鹼性氧化礦石則應加入酸性助熔劑,硫化物樣品可加鐵釘或鐵粉助熔。
3.灰吹
灰吹的作用是將鉛扣中的鉛與貴金屬分離。鉛在灰吹過程中,被氧化為氧化鉛,然後被灰皿吸收;而貴金屬不被氧化,呈圓球體留在灰皿上,與鉛分離。
灰皿是由骨灰和水泥加水搗和在壓皿機上壓制而成的。含骨灰多的灰皿吸收氧化鉛的性能較好,但灰皿成型較困難。應由具體試驗確定水泥和骨灰的比例。灰皿為多孔性、耐高溫、耐腐蝕的淺皿,重約40~50g,使用前,將清潔的灰皿放在1000℃以上的高溫爐中,預熱10~20min,以驅除灰皿中的水分和氣體。加熱後,如發現灰皿有裂縫,應當棄去不用。降溫後,將鉛扣放於灰皿中央,加熱至675℃,鉛扣熔融顯出銀一樣的光澤。微微打開爐門(注意:不要大開爐門,以防冷空氣直接吹到灰皿上,使鉛的氧化作用太激烈,發生爆濺現象)。這時鉛被氧化成氧化鉛,氧化鉛逐漸由鉛扣表面脫落下來,被灰皿吸收。銅、鎳等雜質被氧化為氧化銅和氧化鎳等,對灰皿也有濕潤作用,並滲透到灰皿中。
灰吹溫度不宜太高,應控制在800~850℃,使鉛恰好保持在熔融狀態。若溫度過低,氧化鉛與鉛扣不易分離。氧化鉛將鉛扣包住,可使鉛立即凝固,這種現象叫作「凍結」。凝固後再進行加溫灰吹,會使貴金屬損失加大。合適的溫度能使氧化鉛揮發至灰皿邊沿上,出現羽毛狀的結晶;若羽毛狀氧化鉛結晶出現在灰皿表面上,則說明溫度太低。
微量的雜質如銅、鐵、鋅、鈷、鎳等,部分轉變為氧化物被灰皿吸收,還有部分揮發掉。鉛也是如此,大部分成為氧化鉛被灰皿吸收,小部分揮發掉。貴金屬大都不被氧化。例如金、銀、鉑、鈀等,它們的內聚力較強,凝集成球狀,不被灰皿吸收,也不揮發。在鉛扣中的鉛幾乎全部消失後,可以看到球面上覆蓋著一個彩虹鏡面(或稱輝光點)。隨後這個彩虹鏡面消失,圓球變為銀灰色。將爐門關閉2min,進一步除去微量殘余的鉛後,再取出灰皿冷卻。若不經過2min的除鉛過程,則在取出灰皿時,因微量的余鉛激烈氧化發生閃光,會造成貴金屬的損失。
爐溫過高也會造成貴金屬的損失。雖然金、銀、鉑、鈀等揮發甚微,但在高溫下,它們會部分地被氧化而隨氧化鉛滲入灰皿中。灰吹過程溫度愈高,金、銀、鉑、鈀的損失愈大,所以應當嚴格控制溫度在800~850℃。
4.分金與稱量
分金是指將火法試金得到的金屬合粒中的金和銀分離的過程,它適用於金和銀的重量法測定。若所得金銀合粒中只有金和銀,利用銀溶液溶於熱稀硝酸而金不溶的特性,將金和銀分開。
分金用的硝酸不能含有鹽酸和氯氣等氧化劑。
5.鉛試金中鉑族元素的行為
鉑族元素在鉛試金中表現的行為很復雜,如釕與鋨在熔煉過程及灰吹過程容易被氧化成四氧化物而揮發,所以用鉛試金法測定釕和鋨是困難的。
銥在鉛試金的熔煉過程中,不與鉛生成合金,而是懸浮在熔融的鉛中。所以當鉛扣與熔渣分離時,銥的損失很嚴重。在灰吹過程中,銠不溶於銀,氧化損失嚴重。因此,銥、銠採用鉛試金分離富集,是不合適的。
鉑、鈀在鉛試金中的行為與金相似,在熔煉過程溶於鉛,在灰吹過程溶於銀,在熔煉和灰吹過程都損失甚微。只有含鎳的樣品使鉑、鈀損失嚴重,可以改用鋶試金及銻試金進行分離和富集。
6.金與銀、鉑、鈀的分離
若試祥中有金、銀、鉑、鈀,則進行鉛試金時,灰吹後得到的合粒為灰色。含鉑、鈀量較大時,在灰吹過程中,鉛未被完全氧化並被灰皿吸收之前,熔珠可能發生「凝固」,得到的金屬合粒表面粗糙。
金屬合粒中的銀比鉑、鈀多10倍以上時,須用稀硝酸分金多次。鉑、鈀可以隨銀完全溶於酸而與金分離。將殘留的金洗滌、烘乾、稱量,得到金的測定結果。
分離金以後的酸性溶液,加熱蒸發除酸,通入硫化氫將銀沉澱。硫化銀可以將鉑、鈀等硫化物一起沉澱下來。將沉澱用薄鉛片包裹起來,再進行灰吹。得到的金屬合粒用濃硫酸加熱處理,銀溶而鉑、鈀不溶,因此得以分離。
也可以用王水溶解上述硫化物。加入氨水,若有不溶殘渣,過濾除去。將濾液蒸干,加水溶解後,加入飽和氯化鉀酒精溶液,靜置,使鉑形成K2[PtCl6]沉澱,用恆重的玻璃砂芯漏斗過濾。用80% 酒精洗滌後,放在恆溫箱中乾燥,然後稱重。這個方法只適用於含鉑高的樣品。銀、鉑、鈀也可以在同一溶液中用原子吸收分光光度法或發射光譜分析法進行測定。
7.鉛試金中常見礦石配料
鉛試金中常見礦石配料見表7-2。
表7-2 鉛試金中常見礦石配料表
續表
8.提高試金結果准確度的幾項要素
試金分析的全過程有繁雜的手工操作,看起來似乎是個粗糙的過程,但實際上操作中的每一步都必須認真仔細。為提高分析結果的准確度,除了按操作規程認真操作外,還必須從下述幾個方面著手並盡力實現之,方可達到目的。
(1)灰皿材料及製作。灰皿材料宜使用動物骨灰、水泥或鎂砂。使用500 號水泥加10%~15% 的水壓製成水泥皿,自然乾燥後使用,由於水泥皿的空隙較粗大,灰吹時的貴金屬損失較大,合粒與水泥皿亦易黏結,故分析誤差較大,一般只是在骨灰缺乏時用於廠內部周轉料的分析。使用動物骨灰,最好是牛羊骨燒成骨灰,然後碾成0.175 mm以下,加10%~15% 的水壓製成骨灰皿,自然乾燥3 個月後使用。在灰吹前先將灰皿放入馬弗爐內於900℃左右燒20min以除去可能存在的有機物。
由於在灰吹過程中氧化鉛及賤金屬氧化物除少量進入空氣揮發外,絕大部分要被灰皿吸收。灰皿對金、銀也有一些吸收,即所謂金、銀損失。因此,不言而喻,灰皿製作時的壓力差異必然造成灰皿空隙的差異,從而造成金的灰吹損失的差異,增大了分析誤差。這就要求同一批材料來源的骨灰粉要用相同的壓力加工;在人力加工的條件下,同一盒灰皿要由同一個人加工;在灰皿將要用完的情況下,不要在不同盒的灰皿中挑選,以免造成分析誤差的擴大。更不能將不同來源的骨灰材料灰皿混批使用。
(2)火試金對馬弗爐的通風要求及補償措施。灰吹過程實際上是樣品中的賤金屬和鉛在高溫下的氧化過程,因此要求灰皿中熔融的物料與空氣有均勻的接觸機會,以保證氧化速度的一致,最理想的是鉛扣同時熔化,以同樣的速度灰吹,同時完成即同時達到輝光點。這就要求馬弗爐有合適的進出氣孔道。由於一般使用的馬弗爐不可能是理想的,除在設計製作時應進行改進外,應考慮到爐內不同位置接觸空氣的差異和溫度差異,對不同區域的樣品應使用相應的標准進行補正,其原則是盡量使標准能代表樣品。
實驗指南與安全提示
三正辛胺在酸性溶液中能與某些金屬配陰離子進行交換反應,泡沫塑料對一些有機和無機物質具有吸附性能,因此用負載三正辛胺的泡沫塑料更增強了對[AuCl4]-1的吸附性能,而且經水多次洗滌不被洗掉,對0.5~1000μg的金,吸附回收率為96%~100%。
本法吸附金的酸度范圍較寬,即0.5~6mol/L鹽酸或5%~30%(體積分數)王水介質都能定量吸附金;但硝酸濃度太大時,使金的吸附率下降。
在非純標準的情況下,金的吸附速度隨金品位的降低和試樣數量的增加而降低,如30g含金0.0xg/t的樣品,振盪吸附時間需延長至90min,一般樣品振盪吸附30min即可。
在不加酒石酸和氟化鈉時,可允許20mg銻,10mg鎢,4000mg鐵及小於200mg的可溶性二氧化硅存在。加入1 g酒石酸,可消除300mg銻,100mg鎢的干擾。加入5 g氟化鈉,可允許5000mg鐵存在。可溶性二氧化硅需加入4.2 g氟化鈉,使之生成氟硅酸鈉晶體沉澱而消除干擾。
對含砷量高的試樣,焙燒時應從低溫開始,逐漸升高溫度,至480℃時保持1~2h,使砷揮發,然後再升高溫度繼續焙燒除硫,否則由於形成低沸點的砷-金合金而揮發,造成金的損失,導致測定結果偏低。
除鎢、銻、鐵和酸溶性硅酸鹽影響吸附和測定外,礦石中大量其他共存元素均無干擾。鎢、銻的干擾用加入酒石酸消除,大量鐵和一定量酸溶性硅酸鹽的干擾可加入氟化鈉使之生成氟硅酸鈉(Na2SiF6)晶體沉澱而消除。
金標准溶液的保存:Au3+濃度為2.5~25μg/mL 的溶液,盛於玻璃容器中可穩定300 d。金的濃度更低時,可被玻璃器皿吸附。當pH=2 時,吸附金的量最多,玻璃器皿吸附約30%,石英器皿吸附約60%;當pH=2~7 時,濾紙吸附金高達40%,因此,制備金的標准溶液時,不能用濾紙過濾。為了提高[AuCl4]-的穩定性,有人建議在金的標准溶液中加入NaCl、KCl和鹼土金屬的氯化物。
拓展提高
ICP-MS法測定礦樣中的金
1.方法原理
試樣經800℃灼燒後,王水溶解,以氬等離子體激發,ICP-MS法測定。
2.試劑與設備
硝酸(ρ=1.42g/mL)、鹽酸(ρ=1.19g/mL)、鉈標准溶液(1mg/mL):國家標准溶液GSB G62070-90。
鉈內標工作液:移取鉈標准溶液2.5mL於2000mL容量瓶中,加入250mL王水,以水稀釋至刻度,混勻,此標准溶液含鉈0.25μg/mL。
金標准貯備液:稱取1.000 g純金(純度大於99.99%,使用前擦去表面氧化層)於250mL燒杯中,加入100mL水,60mL王水,加熱分解清亮,冷卻,移入1000mL容量瓶中,以水稀釋至刻度,混勻。此標准溶液含金1mg/mL。
金標准工作液:移取金標准貯備液2.50mL於100mL容量瓶中,加入1mL王水,以水稀釋至刻度,混勻。此標准溶液含金25μg/mL。
標准溶液的配製:移取金標准工作液0.00、1.00、2.00、4.00mL於一系列100mL容量瓶中,加入鉈內標工作液 10mL,用水定容,溶液中含金分別為 0.00,2.50,5.00,10.00μg/L。
氬氣(>99.99%)。
分析天平:感量0.0001 g。
等離子體質譜儀:ELAN9000。
3.分析步驟
按表稱取兩份試樣,置於75mL蒸發皿中,在800℃灼燒2 h。移入500mL燒杯中,加入20mL鹽酸,加熱5min,加入50mL王水,加熱濃縮體積至10~20mL,取下,冷卻,加熱分解清亮,冷卻,移入200mL容量瓶中,以水稀釋至刻度,混勻,按下表分取試液。
表7-3 分取量
移取樣品1.00mL加入已預先加5mL鉈內標的50mL容量瓶中,用水定容,混勻,將標准溶液和試液依次進行ICP-MS測定。測量元素同位素質量數:Au 197,Tl 205。
2. 任務礦石中銀含量的測定
——原子吸收光譜法
任務描述
銀的測定方法很多,視銀的含量和實驗室的工作條件可以選用不同的方法。發射光譜法在測定痕量銀的同時,還可以測定硼、鉬、鉛等組分;低含量的銀也可以用光度測定;原子吸收光譜法在銀的測定中,獲得了廣泛的應用,方法簡便,靈敏度高。微克級的銀可用火焰原子吸收光譜法測定,石墨爐原子吸收光譜法可測定納克級的銀。含量較高的銀可以採用容量法進行測定。通過本次任務的學習,掌握原子吸收光譜法測定的方法原理、實驗條件、操作方法,能夠正確填寫數據記錄表格。
任務實施
一、儀器及試劑
(1)原子吸收分光光度計、銀空心陰極燈。
(2)銀標准貯存溶液:稱取0.5000g銀(99.99%)於100mL燒杯中,加入20mL硝酸(1+1),微熱溶解完全,煮沸驅除氮的氧化物。取下冷至室溫,移入1000mL容量瓶中,加入20mL硝酸(1+1),用不含氯離子水定容。此溶液含銀0.5mg/mL。
(3)銀標准溶液:移取10mL 銀標准貯存溶液於100mL 容量瓶中,加入4mL 硝酸(1+1),用不含氯離子水定容。此溶液含銀50μg/mL。
(4)鹽酸(AR)。
(5)硝酸(AR)。
(6)高氯酸(AR)。
二、分析步驟
稱取0.2500~1.0000 g試樣於250mL燒杯中,加少許水潤濕搖散(隨同試樣做空白試驗),加25mL鹽酸,加熱溶解,低溫蒸至溶液體積10mL。加入5~10mL硝酸,繼續加熱溶解至體積為10mL左右,加5mL高氯酸,加熱冒煙至濕鹽狀,取下冷卻,用水吹洗表面皿及杯壁,加入鹽酸(加入量使最後測定溶液酸度保持在10%),煮沸使可溶性鹽類溶解,冷卻至室溫,移入容量瓶中(容量瓶大小視含量而定),以水定容,靜置或干過濾。濾液於原子吸收分光光度計燈電流3mA,波長328.1nm,光譜通帶0.4nm,燃燒器高度5mm,空氣流量5L/min,乙炔流量1.0L/min,用空氣-乙炔火焰,以水調零,測量溶液的吸光度。將所測吸光度減去試樣空白吸光度,從工作曲線上查出相應的銀的質量濃度。隨同試樣做空白試驗。
工作曲線的繪制:移取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL 銀標准溶液於一組100mL容量瓶中,加20mL鹽酸(1+1 ),用水定容。與試樣相同的測定條件下,測量標准溶液吸光度。以吸光度(減去零濃度溶液吸光度)為縱坐標,以銀的質量濃度為橫坐標,繪制工作曲線。
三、結果計算
樣品中銀的含量按下式計算:
岩石礦物分析
式中:w(Ag)為銀的質量分數,μg/g;ρ為從工作曲線上查得試樣溶液中銀的濃度,μg/mL;ρ0為從工作曲線上查得試樣空白中銀的濃度,μg/mL;m為稱取試樣的質量,g;V為試樣溶液的體積,mL。
四、質量表格填寫
測定完成後,填寫附錄一質量記錄表格3、4、7。
任務分析
一、原子吸收光譜法測定銀的原理
試樣經鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸分解,趕盡氟和破壞有機物後,在酸性介質中用空氣-乙炔火焰,於原子吸收光譜議上,在波長328.1 nm處測量銀的吸光度。方法測定范圍為1~500μg/g。
二、銀的測定方法概述
1.滴定法
銀的滴定法是使用較為廣泛的方法之一。基於銀與某種試劑在一定條件下生成難溶化合物的沉澱反應,其中碘量法和硫氰酸鹽滴定法用得最為普遍。其他還有配位滴定法、亞鐵滴定法、電位滴定法、催化滴定法等。這里重點介紹硫氰酸鹽滴定法。
在弱的硝酸介質中,硫氰酸鉀或硫氰酸銨與銀離子反應,形成微溶的硫氰酸銀沉澱,反應式如下:
Ag++SCN-→AgSCN↓
用硝酸鐵或鐵銨釩作為指示劑,終點時過量的硫氰酸鉀同 Fe3+形成紅色配合物[Fe(SCN)6]3-。由於Ag+與SCN-結合能力遠比Fe3+強,所以只有當Ag+與SCN-反應完後,Fe3+才能與SCN-作用,使溶液呈現淺紅色。
Ni2+、Co2+、Pb2+(大於300mg),Cu2+(大於10mg)、Hg2+(大於10μg)、Au3+以及氯化物、硫化物干擾硫氰酸鹽滴定銀。此外氧化氮和亞硝酸根離子可氧化硫氰酸根離子,也干擾測定,所以必須預先除去。Pd與SCN-離子生成棕黃色膠狀沉澱,也消耗SCN-。以硫氰酸鹽作為銀滴定劑專屬性較差,因此在滴定前一般先將銀與其他干擾元素分離。常用的分離方法有火試金法、氯化銀沉澱法、巰基棉分離法、硫化銀沉澱法、泡沫塑料分離法等。
2.可見分光光度法
自從原子吸收光譜法用於銀的測定以來,光度法測定銀的研究工作和實際應用顯著地減少。然而某些銀的光度法具有靈敏度高、設備簡單等優點。因此在某種場合下,分光光度法仍不失為銀的一種方便的測定手段。
分光光度法測定銀的顯色劑種類很多,主要有:
(1)鹼性染料:三苯甲烷類、羅丹明B類;
(2)偶氮染料:吡啶偶氮類、若丹寧偶氮類;
(3)含硫染料:雙硫腙、硫代米蚩酮、金試劑;
(4)卟啉類染料;
(5)其他有機染料。
下面重點介紹含硫類染料光度法。
用於光度法測定銀的含硫染料有:雙硫腙、硫代米蚩酮(TMK )、金試劑等。其中TMK最為常用。TMK是測定銀的靈敏度較高的試劑,通常採用膠束增溶光度法進行測定,現已用於岩石、礦物、廢水等物料中微量銀的測定。在pH值為2.8~3.2 的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液中,TMK與銀形成一種不溶於水的紅色配合物,可溶於與水混溶的乙醇溶液中,最大吸收波長為525nm,銀量在2.0~25μg/25mL范圍內符合比爾定律。具體分析步驟如下:
稱取0.5000~1.000g礦樣於瓷坩堝中,放入700℃馬弗爐中灼燒1.5h,取出冷卻,將試樣移入100mL燒杯中,加5mL鹽酸-磷酸混合酸(4+1),5mL氯化鈉(100g/L),加熱溶解,冷卻,加40~50mL氨水(1+3 )使溶液pH為8~9,過濾於100mL容量瓶中,用水定容,搖勻。吸取10mL清液於50mL燒杯中,加入5mL乙酸(10%),4mL乙酸-乙酸鈉(pH4 )緩沖溶液,1mL 檸檬酸銨(400g/L )、1mL EDTA(100g/L )溶液(用15% 氨水配製),1.5mL 0.1g/L硫代米蚩酮的乙醇溶液,搖勻,加入1mL十二烷基苯基磺酸鈉溶液(30g/L),移入25mL容量瓶中,用水定容,搖勻。用1cm比色皿,以試劑空白作參比,於波長525 nm處測量吸光度。
3.原子吸收光譜法
在原子吸收光譜法測定貴金屬元素中以銀的靈敏度為最高,也是目前測定銀的主要手段,廣泛應用於岩石、礦物、礦渣、廢水、化探樣品等物料中銀的測定。銀在火焰中全部離解,自由銀原子的濃度僅受噴霧效率的影響。火焰法測定水溶液中銀的靈敏度以1% 吸收計,一般為0.05~0.1μg/mL。無論是用空氣-丙烷或是空氣-乙炔火焰,溶液中共存的各種離子對銀的火焰法測定幾乎都不產生干擾。此類方法有兩種常用的測定介質:氨性介質和酸性介質,酸性介質一般含較高濃度的鹽酸,方法最簡單,試液中大量鉛的影響採用加入乙酸銨、氯化銨或在EDTA及硫代硫酸鈉共存下消除。
銀的原子吸收分為火焰法和無火焰法兩種,方法的對比見表7-4。
為了發揮原子吸收光譜法的優勢,廣大分析工作者做了大量工作,如採用預富集濃縮、石英縫管技術、原子捕集技術等,進一步提高了方法的靈敏度,滿足不同含量銀的測定要求,使之成為測定銀的行之有效的方法。
原子吸收光譜法按其測定方式,分為直接測定法和預富集分離法。預富集分離又分為溶劑萃取、萃取色譜、離子交換等。
表7-4 火焰法與無火焰法測定銀對比
原子吸收光譜法採用空氣-乙炔火焰,以銀空心陰極燈為輻射光源。用328.1 nm為吸收線,溶液中共存的各種離子均不幹擾測定,但如果稱樣量較大,稀釋體積較小時,其背景值較大,此時須用氘燈扣除背景吸收。也可用非吸收線332.3 nm進行背景校正。
本法適用於礦石中20~1000 g/t銀的測定。
4.原子發射光譜法——平面光柵攝譜儀
銀是屬於易揮發元素。在炭電弧游離元素的揮發順序中它是位於前半部,在鐵、錳之間,鉛的後面。用電弧光源蒸發鉛的試金熔珠時,銀要在大部分鉛蒸發之後才進入弧焰。在銀和金同時存在的礦石中,銀總是比金和其他鉑族元素蒸發得更快。銀的電弧光譜線並不多,靈敏線僅有328.068 nm和338.289 nm兩條。其中328.068 nm更靈敏些,測定靈敏度通常可達 1×10-6。其餘的次靈敏線,如 224.641 nm、241.318 nm、243.779 nm、520.907 nm、546.549 nm等,測定靈敏度僅為0.03%~0.1%。銀缺乏中等靈敏度的譜線。採用上述兩條靈敏線測定地質樣品中的銀是很方便的。它們的光譜干擾很少,對於Ag 328.068 nm需注意Mn 328.076 nm和Zr 328.075 nm的干擾。當礦樣中的Cu、Zn含量高時,Cu 327.396 nm、Cu 327.982 nm以及Zn 328.233 nm的擴散背景,也將對這根銀線產生極不利的影響。
5.原子發射光譜法——等離子體法
(1)ICP-AES法。ICP-AES具有良好的檢出限和分析精密度,基體干擾小,線性動態范圍寬,分析工作者可以用基準物質配製成一系列的標准,以及試樣處理簡便等優點,因此,它已廣泛應用於地質、冶金、機械製造、環境保護、生物醫學、食品等領域。ICP-AES測銀常用的譜線是328.07 nm。
用ICP-AES測銀,主要解決基體干擾問題,對於含量較高的試樣,經稀釋後可不經分離富集而直接測定,對於含微量銀的試樣,必須經過分離富集,常用手段仍然是火試金、活性炭吸附富集分離、泡沫塑料富集分離等,如果分離方法合適,尚可實現貴金屬多元素的同時測定。
(2)ICP-MS法。ICP-MS具有許多獨特的優點,與ICP-AES相比,ICP-MS的主要優點是:①檢出限低;②譜線簡單,譜線干擾少;③可進行同位素及同位素比值的測定。用ICP-MS測定銀,基體干擾仍是主要問題,除了經典的火試金法外,也可根據試樣性質的不同採用相應的分離手段。
實驗指南與安全提示
高氯酸煙不能蒸得太干,否則結果會偏低。
如果試樣含硅很高或被灼燒過,加入氫氟酸分解試樣。
原子吸收光譜法測定銀,按其測定方式,可分為直接原子吸收光譜法和預富集分離-原子吸收光譜法:
——直接原子吸收光譜法:對於銀量在10 g/t以上的礦樣都可採用直接原子吸收光譜法,一般都在酸性和氨性介質中測定。採用的酸性介質有HCl介質、HCl-HNO3介質、HNO3介質、HClO4介質。HCl介質為10%~20%,由於酸度大,對霧化器腐蝕嚴重,有人採用HCl-NH4Cl、HCl-硫脲、HNO3-硫脲介質。採用HCl-硫脲介質,能避免大量鈣、鐵的吸收干擾。若在HClO4-硫脲介質中進行測定,可測定高銅、高鉛中的銀。在上述介質中引入酒石酸銨、碳酸銨、檸檬酸銨、酒石酸等掩蔽劑,可消除錳、鈣、鉛等元素的干擾。在HClO4-硫脲、HCl-硫脲、HNO3-硫脲介質中測定銀是目前原子吸收光譜法測定銀的較好方法。
氨性介質火焰原子吸收光譜法:氨性介質火焰原子吸收光譜法測定銀,是將試樣用王水冷浸過夜,用氨水處理後離心制備成氨水-氯化銨介質溶液,將清液噴入空氣-乙炔火焰,進行原子吸收光譜法測定。該法已用於化探樣品中銀的測定。對於含硫、碳的化探樣品,不能與金在同一稱樣中測定,也不能藉助灼燒來除去。試樣在700℃高溫下灼燒1h,銀的損失非常嚴重。該法採用酸浸法直接分解試樣,如含有大量有機物易產生一些泡沫,並使溶液呈黃色,但不影響測定。採用氨水-氯化銨為測定介質,使大量金屬離子沉澱分離,也使背景值降到最低程度。這樣可以提高測量精度,但卻降低了方法的檢出限。方法的選擇性好,經氨水分離後,溶液中的共存離子一般不幹擾測定,大量鈣產生Ca 328.6 nm背景,在解析度較高的原子吸收光譜儀上基本沒有波及Ag 328.1 nm測定線,但高濃度鈣離子會使火焰中原子密度增大,改變銀的吸收系數,會產生微小的負誤差。在含有足夠氯化銨條件下,氫氧化鐵對銀的吸附甚微,故亦不幹擾測定。
——預富集分離-原子吸收光譜法:預富集分離主要有溶劑萃取、萃取色譜、離子交換溶劑萃取法是富集分離銀的有效手段。在原子吸收光譜法測定中,採用溶劑萃取銀是目前測定微量銀應用最廣泛的富集分離方法。該法的優點是:①操作簡單快速,不需要特殊的儀器設備;②大大降低檢出限,提高靈敏度;③選擇性較好,能夠排除大量基體的干擾;④直接霧化,使萃取富集分離和原子吸收光譜法測定為一體,聯合進行測定。萃取色譜法是原子吸收測定銀常用的富集分離方法之一。採用該法富集分離銀不但操作簡單快速,富集能力強,回收率高,而且易於解脫。與溶劑萃取法相比具有試劑用量少、成本低、不污染環境等優點。採用的萃取劑有:雙硫腙、磷酸三丁酯、三正辛胺、P350等。採用的載體有:聚四氟乙烯、泡沫塑料等。離子交換樹脂法應用於原子吸收測定銀的預富集報道較少。
拓展提高
銀精礦分析方法
銀精礦為有色金屬工業生產過程中的中間產品,確定銀的品位及相關元素的含量對銀精礦供需雙方的交易和生產工藝流程的確定起著重要的作用。主要測定元素除主成分銀外,還有金、銅、砷、鉍、鉛、鋅、硫、鋁和鎂。目前,銀和金含量的測定,主要採用最經典的火試金重量法,一般都進行二次試金回收;銅含量的測定,高含量的採用碘量法,低含量的採用原子吸收光譜法;鉛和鋅的測定,高含量的採用EDTA滴定法,低含量的則採用原子吸收光譜法;砷含量的測定,採用溴酸鉀滴定法,低含量的採用原子熒光光譜法;硫含量的測定,採用硫酸鋇重量法和燃燒中和法;鉍含量的測定,主要是原子熒光光譜法;鋁的測定,有光度法和EDTA滴定法;鎂的測定,一般採用原子吸收光譜法。隨著科學技術的進步和發展,先進的分析測試手段和方法已應用到銀精礦的分析測定中,如ICP-AES、ICP-MS和XRF等方法。
火試金法測定金和銀:試樣經配料,高溫熔融,融態的金屬鉛捕集試料中的金銀形成鉛扣,試樣中的其他物質與熔劑生成易熔性熔渣。將鉛扣灰吹,得金銀合粒,用乙酸煮沸處理合粒表面黏附的雜質,合粒經硝酸分金後,用重量法測定金和銀的含量。
本方法適用於銀精礦中0.5~40 g/t金和3000~15000 g/t銀的測定。
1.試劑
(1)碳酸鈉。
(2)氧化鉛:金含量小於2×10-8,銀含量小於2×10-7。
(3)氯化鈉。
(4)二氧化硅:粒度180~150μm。
(4)以上試劑均為工業純、粉狀。
(5)鉛箔:鉛含量大於99.9%,不含金銀。
(6)硼砂:粉狀。
(7)澱粉:粉狀。
(8)硝酸鉀:粉狀。
(9)硝酸,優級純:不含氯離子,硝酸(1+7)(1+2)。
(10)冰乙酸(1+3)。
2.儀器、設備
(1)分析天平:感量0.1mg和0.01mg;微量天平:感量0.01mg、0.001mg。
(2)試金電爐:最高加熱溫度在1350℃。
(3)試金坩堝:材質為耐火黏土。高130mm,頂部外徑90mm,底部外徑50mm,容積約為300mL。
(4)鎂砂灰皿:頂部內徑約35mm,底部外徑約40mm,高30mm,深約17mm。
製法:水泥(標號425 )、鎂砂(180μm )與水按質量比(15∶85∶10 )攪拌均勻,在灰皿機上壓製成型,陰干3個月後備用。
(5)骨灰灰皿:1份質量的骨灰粉與3份質量的水泥(標號425)混勻,加入適量水攪拌,在灰皿機上壓製成型,陰干3個月後使用。
3.分析步驟
(1)稱樣量:5.00~10.00g。
(2)配料:根據試樣的化學組成及試樣量,按下列方法於黏土坩堝中進行配料並攪勻,覆蓋約5 mm厚氯化鈉。①碳酸鈉:40 g;②氧化鉛:150 g;③二氧化硅:按等於1.0硅酸度的渣型計算加入量;④硝酸鉀、澱粉:根據試樣中硫及碳量,按鉛扣40 g計算加入量(硝酸鉀的氧化力為4.0;澱粉的還原力為12 )。
(3)熔融:將配好料的黏土坩堝置於900℃的試金電爐中,升溫40min至1100℃,保溫15min出爐,將熔融物倒入已預熱過的鑄鐵模中,保留坩堝。冷卻後,鉛扣與熔渣分離,把熔渣去掉覆蓋劑後收回原坩堝中,用於補正。將鉛扣捶成立方體。適宜的鉛扣應表面光亮、重35~45 g。否則應重新配料。
(4)灰吹:將鉛扣置於已在900℃預熱30min的灰皿中,關閉爐門1~2min,待鉛液表面黑色膜脫去,稍開爐門,使爐溫盡快降至840℃進行灰吹,當合粒出現閃光後,灰吹結束。將灰皿移至爐門口,稍冷後,移入灰皿盤中。
(5)分金:用醫用止血鉗夾住合粒,置入30mL瓷坩堝中,保留灰皿,用於補正。加入30mL乙酸(1+3),置於低溫電熱板上,保持近沸,並蒸至約10mL,取下冷卻,傾出液體,用熱水洗滌3 次,放在電爐上烤乾,取下冷卻,稱重,即為合粒質量。用錘子捶扁合粒,將捶扁的合粒放回30mL瓷坩堝中,加入15mL硝酸(1+7 )放在低溫電熱板上,保持近沸,並蒸至約5mL,取下冷卻,傾出硝酸銀溶液,再加入10mL硝酸(1+1),置於電熱板上並蒸至約5mL,取下冷卻,用熱水洗滌坩堝3次。將盛有金粒的瓷坩堝置於高溫電爐上烘烤5min,取下冷卻後稱量,此為金的質量。將合粒質量減去金粒質量即為銀的質量。
(6)補正:將熔渣和灰皿置於粉碎機中粉碎後加入40g 碳酸鈉、20g 二氧化硅、15 g硼砂、4 g澱粉攪勻,覆蓋約5mg氯化鈉。以下按上述操作進行。
4.結果計算
按下式計算金、銀的含量,以質量分數表示:
岩石礦物分析
岩石礦物分析
式中:w(Au)和w(Ag)分別為金和銀的質量分數,g/t;m1為第一次試金金銀合粒的質量,mg;m2為補正金銀合粒的質量,mg;m3為試金空白金銀合粒的質量,mg;m4為第一次試金獲得金的質量,mg;m5為補正合粒中金的質量,mg;m6為空白中金的質量,mg;m0為試樣的質量,g。
閱讀材料
金銀的分析方法發展過程
中國古代金的分析技術可以追溯到石器時代,最古老的黃金分析方法是淘金法,淘金法伴隨著黃金被發現和開採的歷史,它出現在夏代的新石器時代晚期,距今有4000年以上。當時只能根據揀出的金的個數來判斷含金砂石的價值及其產地價值,所以最初的淘金法是一種數量分析法。夏代開始人們認識了黃金的密度較大,以砂石中淘洗出金的多少來判斷砂石價值。春秋戰國時期淘金法有了新的發展,天平的使用使人們可以定量分析判斷砂石及其產地的價值。隨著「先碎」、「後淘」工藝的出現,在宋朝淘金法得以進一步的發展,使淘採的對象從砂石擴展到礦石,加上使用天平得以定量分析礦石含金量。
金、銀的火法試金在國內外已有悠久的歷史,該法是以冶金學的原理和技術運用到分析化學領域。12世紀英國已將灰吹法作為公認的檢定方法,1343年法國提出了分金技術。16世紀中期,歐洲已有不少論述試金法的著作,其中載記的方法,已近於現在所用的方法。我國在15~16世紀明代的著作中已經詳細地記載了與試金分析有關的金屬鉛定量捕集銀的方法、鉛銀合金的灰吹法分離、金與銀定量分離等技術。在《天工開物》中記載:「欲去銀存金,則將其金打成薄片,剪碎,每塊以土泥裹塗,入坩堝中鵬砂(即硼砂)焙化,其銀即吸入土內,讓金流出,以成足色。然後,入鉛少許,另入坩堝內,勾出土中銀,亦毫釐具在也。」這段記載說明了當時已經掌握了金與銀的分離方法,以及明確地提出金屬鉛捕集銀是定量的。
金銀的火試金法雖然操作較繁雜,但它是特效方法,迄今仍廣泛應用。火試金法從鉛試金開始,逐漸發展了錫試金法、銻試金法、鉍試金法、鋶試金法等。早期用多種含硫、氮的有機物和無機物沉澱的重量法也不少,但多數因選擇性不好受到限制,只有少數方法,如還原沉澱金的重量法仍在應用,並列為國內外標准分析方法。經典的火試金法隨著科學技術的發展而發展,近年來使用了放射性同位素來檢查貴金屬在試金過程中的行為,可以直觀地和精確地了解貴金屬的分布,從而設法減少貴金屬在試金過程中的損失。試金法與各種先進的測試手段相結合,並加之電子微量天平的應用,使火試金法得以進一步的發展。該方法具有取樣代表性好,方法適用性廣,富集效果好等優點。
在中國古代人們還通過利用黃金、白銀一些物理性質來對黃金、白銀進行鑒別、鑒定、檢驗。如利用表面顏色、硬度、氧化法、溶解法、試金石法、密度法等來鑒別金、銀。
硬度法是人們利用黃金硬度小的特徵,對其進行粗略辨識的方法,在《本草拾遺》中就有「咬時極軟,即是真金」的記載,因此在民間就流傳著用牙咬、指甲劃,辨別真金的方法。
表面A色鑒別法就是利用A色鑒別金的成色高低,是一種簡單實用的方法。在曹昭著的《新增格古要論》中對不同成色的金有如下記載「其色七青、八黃、九紫、十赤,以赤為足色金也」,是一種半定量的黃金鑒定方法。
試金石法和密度法是較為准確的方法,一直延續至今。
《前漢書·食貨志》中有「黃金方寸,二中一斤」的說法。《天工開物》中有「凡金之至重,每銅方寸重一兩者,銀照依其則寸增重三錢,銀方寸重一兩者,金照依其則寸重二錢」的記載,由於測試方法和測試儀器的改進,密度法測定金的成色目前仍然使用。
試金石法是一種鑒定金、銀真偽和成分的方法。該法實質上與比色分析法中的目視比色法極為相似。通常採用一種稱作試金石的石頭,在待測物料上磨道,再把對牌以同樣的方式在試金石上磨道,通過對比色澤的比較就可以初步確定待測物料的成色。
金銀的濕法分析,近年來有很大的發展,出現了一些成熟的、快速的分析方法,利用金銀變價性質建立的氧化還原滴定法是測定高含量金銀的有效方法。其中金的氧化還原反應滴定法根據反應情況分為兩大類:一是以三價金還原為一價金的反應,這類方法的典型代表是氫醌滴定法;另一類是三價金還原為零價金的反應,其代表是碘量法。而銀的滴定法最常見是基於銀與某種試劑在一定的條件下生成難溶的化合物的沉澱反應,主要有氯化鈉法、硫氰酸鹽滴定法和碘量法。光度法是研究應用較多的一種方法。吸光光度法與有機溶劑萃取結合,可用於復雜物料的分析,如硫代米蚩酮吸光光度法測定金、雙硫腙吸光光度法測定銀。此外還有熒光光度法、化學光度法都可以達到很低的檢出限。溶出伏安法、離子選擇性電極電位法在金、銀分析中也有新的發展。原子發射光譜法(AES)用於純金、純銀已日趨成熟,原子吸收光譜法用於金銀的測定是非常成功的,等離子體的應用,為金銀分析開拓了廣闊的前景。此外,X射線熒光光譜法、動力學法、中子活化分析也有應用。