楊艷明, 李美玉, 趙毅華

(1.中國冶金地質總局 西北地質勘查院酒泉測試中心，甘肅 酒泉 735009；2. 中國冶金地質總局 西北地質勘查院漢中實驗室，陜西 漢中 723000)

石墨是一種重要的工業(yè)原料，具有良好的化學穩(wěn)定性. 石墨礦含量的工業(yè)指標,常以固定碳的含量來表示. 固定碳是指煤炭或石墨礦中不揮發(fā)的固體可燃物的含量. 根據含量品位的高低和礦床種類的不同,有多種分析方法. 傳統的分析方法是間接定碳法和非水滴定容量法[1]. 間接定碳法是指通過950 ℃高溫灼燒,測得揮發(fā)分、分灰分后,由總量相減得差值為固定碳. 但由于含量較低的石墨礦樣,存在著較多不確定的雜質元素,灼燒后其殘渣的性質和重量有可能出現不同程度的變異,影響測定結果的穩(wěn)定性. 所以,該法只限于測定50%以上品位較高的隱晶質石墨樣品和鱗片狀石墨成品. 而對于自然界更多存在的中低含量的晶質石墨礦,常采用非水滴定容量法[2]. 這些方法或適用范圍具有局限性，或操作復雜、耗時較長，不適合大批量的樣品分析工作.

高頻紅外吸收法與經典的間接定碳法和非水滴定法等方法相比，其過程無需傳統的液體轉化過程，分析速度快[3-5]. 本文采用高頻燃燒-紅外吸收法測定石墨礦中的固定碳含量，優(yōu)化了利用高頻紅外吸收的測定條件，從進樣到分析結束只需60 s左右，且操作過程簡單，結果準確、可靠，實現快速、準確的測定石墨樣品固定碳含量的目的.

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

高頻紅外碳硫分析儀(四川旌科儀器設備有限公司，HCS878A型)；箱式電阻爐(最高溫度不低于1 000 ℃)；數控電熱板(最高溫度300 ℃)；硝酸(優(yōu)級純)；碳硫分析專用坩堝(茶山牌)；碳硫分析專用混合助溶劑(四川賽恩思儀器有限公司)；國家一級標準物質 GBW03118、GBW03119和GBW03120(國家建筑材料工業(yè)局地質研究所). 實驗室石墨礦樣品17DF1206-1210.

1.2 樣品前處理

準確稱取0.050 0 g試樣于碳硫分析專用坩堝中，試樣均勻攤開，將坩堝放入馬弗爐中，在520 ℃灼燒30 min(除去有機碳)，取出冷卻后，滴加HNO3(1+1)至碳酸鹽分解完全(試樣不冒氣泡)，在電熱板上加熱蒸干后待測.

1.3 檢測

待高頻紅外碳硫儀預熱好后，按表1所列設定儀器工作參數，用國家一級標準物質GBW03119校正檢測池系數，在已處理的待測樣品中加入3 g碳硫分析專用混合助熔劑，在紅外碳硫儀上測定固定碳的含量.

表1 儀器工作參數Table 1 Operating parameters of instrument

2 結果與討論

2.1 樣品灼燒溫度和灼燒時間的選擇

試樣中的有機碳對固定碳的測定產生直接影響，所以試樣的灼燒溫度和灼燒時間至關重要. 通過試驗，表明試樣在520 ℃灼燒30 min后效果最好，故試樣灼燒溫度選擇520 ℃，灼燒時間為30 min. 試樣(GBW03118和GBW03120)在不同溫度灼燒下的測定結果如表2所列，在不同灼燒時間下的測定結果如表3所列.

表2 試樣在不同溫度灼燒下的測定結果Table 2 Test results at different burning temperatures

2.2 助溶劑量的選擇

碳硫分析都采用專用助熔劑，一般使用高純鎢、錫、鐵、銅. 也有鎢錫、鎢鐵等混合助熔劑. 本試驗選用鎢鐵混合助熔劑. 助熔劑對于分析是最重要的影響因素，由于每次添加助熔劑的重量不一致，熔樣效果不統一，容易造成累積誤差. 本方法通過加不同重量的助熔劑進行試驗，結果表明，3 g混合助溶劑的測定效果最好，故本法選擇添加3 g混合助溶劑.

表3 試樣在不同灼燒時間下的測定結果Table 3 Test results at different burning times

2.3 方法精密度

試驗稱取石墨礦樣品17DF1206、17DF1207、17DF1208、17DF1209和17DF1210各12份，按照試驗方法處理樣品并用高頻紅外碳硫儀測定固定碳含量，計算相對標準偏差(RSD)，結果如表4所列. 由表4可知精密度為0.52%～1.81%，滿足地質礦產實驗室測試質量管理規(guī)范(巖石礦物樣品化學成分分析)[6]的要求.

表4 方法精密度(n=12)Table 4 Precision test(n=12) /%

2.4 方法準確度

試驗選用國家一級標準物質GBW03118、GBW03119和GBW03120共3個樣品，依照試驗方法測定，計算與標準值之間的差值，結果如表5所列. 從表5可以看出，測量值與標準推薦值基本吻合，結果準確可靠.

表5 方法準確度(n=12)Table 5 Accuracy test(n=12) /%

2.5 方法回收率

試驗采用空白加標回收試驗，分別加入國家一級標準物質GBW03119的50%、100%和120%各6份，測定結果如表6所列. 由表6可見，方法加標回收率在規(guī)定范圍內，精密度小于3%，結果符合地質礦產實驗室測試質量管理規(guī)范(巖石礦物樣品化學成分分析)的要求.

2.6 對比試驗

目前，固定碳的分析方法主要有間接定碳法和非水滴定容量法. 采用本方法對不同含量的國家一級標準物質進行分析，結果穩(wěn)定、準確，并與間接定碳法和非水滴定容量法做了對比試驗，結果符合地質礦產實驗室測試質量管理規(guī)范(巖石礦物樣品化學成分分析)的要求. 比對試驗結果如表7所列.

表6 回收率的測定結果Table 6 Determination of recovery rates

表7 比對試驗分析結果Table 7 Contrast test results

續(xù)表7 比對試驗分析結果

注：方法1為間接定碳法，方法2為非水滴定容量法.

3 結論

試驗選用試樣經高溫灼燒，用硝酸處理，除去碳酸鹽和有機碳，在高頻紅外碳硫儀上直接測定固定碳的含量. 方法便于操作，實用性強，結果準確、可靠. 通過國家一級標準物質和石墨礦樣品驗證，方法精密度和準確度滿足分析要求，各項指標均符合DZ/T0130-2016《地質礦產實驗室測試質量管理規(guī)范(巖石礦物樣品化學成分分析)》的要求.

參考文獻:

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