提高銅礦中多種稀有金屬元素測定精度與準(zhǔn)確度的方法研究

陳仕海

（四川里伍銅業(yè)股份有限公司，四川 康定 626000）

銅礦是銅冶煉的重要原料之一，近年來隨著銅冶煉生產(chǎn)工藝的市場逐漸擴(kuò)大，銅礦的供應(yīng)無法滿足銅冶煉生產(chǎn)的需要。因此，各企業(yè)為了滿足生產(chǎn)的需要會(huì)向外界采購雜質(zhì)含量相對(duì)較多的銅礦。由于銅礦中含有的多種稀有金屬元素含量過高，會(huì)造成煙塵發(fā)生的概率增加，換熱效率降低，導(dǎo)致煙塵出現(xiàn)局部的堆積，因此大大降低銅冶煉生產(chǎn)的作業(yè)率[1]。同時(shí)稀有金屬元素的氧化物還會(huì)影響銅渣的分離效果，導(dǎo)致銅渣的流動(dòng)性變差，造成銅渣中的含銅量過多，在生產(chǎn)工藝過程中煙塵的排除通道縮小，阻礙煙塵的排放。因此，在銅冶煉生產(chǎn)前首先要對(duì)其中的稀有金屬元素的含量進(jìn)行測定。本文針對(duì)提高銅礦中多種稀有金屬元素測定精度與準(zhǔn)確度的方法進(jìn)行研究，從而找出一種精準(zhǔn)度高同時(shí)準(zhǔn)確度高的稀有金屬元素檢測方法，為礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供幫助。

1 提高銅礦中多種稀有金屬元素測定精度與準(zhǔn)確度的方法設(shè)計(jì)

1.1 消除多種稀有金屬元素測定儀器干擾

對(duì)銅礦中的多種稀有金屬元素測定常用的測定設(shè)備為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，通過這種設(shè)備測定的質(zhì)譜是由高能量源激發(fā)出的電子。當(dāng)墊子脫離了原有的電子層時(shí)，產(chǎn)生了攜帶大量正電荷的離子和自由電子。通過將提取出的離子在質(zhì)量過濾器中過濾，完成對(duì)稀有金屬元素的測定。通過研究學(xué)者的多次實(shí)驗(yàn)得出這種設(shè)備在進(jìn)行測定時(shí)存在一定的干擾，影響最終的測定結(jié)果。因此，提高測定的精度和準(zhǔn)確度，排除設(shè)備自身的干擾是十分必要的。

首先通過對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的工作參數(shù)以及相應(yīng)的工作條件進(jìn)行設(shè)定排除干擾。主要的參數(shù)包括控制載氣的濃度、流動(dòng)速度、調(diào)節(jié)發(fā)射裝置的功率、設(shè)定采樣的深度等[2]。在實(shí)際的測定過程中，只有經(jīng)過對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到提高測定精度和準(zhǔn)確度的目的。其次，還可以通過對(duì)測定設(shè)備中的碰撞反應(yīng)池進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定消除干擾。碰撞反應(yīng)池是測定設(shè)備中一個(gè)很小的腔體，可以選擇通過測定設(shè)備碰撞的形式消除或降低由于多原子、雙電荷造成的干擾。最后，還可以通過加入內(nèi)標(biāo)的方式直觀的對(duì)信號(hào)的短期或長期的移動(dòng)進(jìn)行校正，同時(shí)這種方法對(duì)于基本效應(yīng)也有著明顯的補(bǔ)償能力。

1.2 消除多種稀有金屬元素質(zhì)譜干擾

在對(duì)銅礦的多種稀有金屬進(jìn)行測定時(shí)，由于干擾信號(hào)與待測元素的分析信號(hào)之間常常出現(xiàn)分辨不開的問題，引發(fā)質(zhì)譜干擾，從而影響最終的測定結(jié)果。針對(duì)這一問題，提高多種稀有金屬元素測定的精度與準(zhǔn)確度的方法可從消除質(zhì)譜干擾的角度出發(fā)。質(zhì)譜的干擾原因主要分為譜線拖尾出現(xiàn)疊加現(xiàn)象、質(zhì)譜線自身的腐蝕和吸收、出現(xiàn)均勻或不均勻的雜散背景或噪聲等。因此，針對(duì)上述產(chǎn)生原因找出對(duì)應(yīng)的消除方法。

首先，通過選擇適當(dāng)?shù)谋粶y定元素的檢測質(zhì)量數(shù)，在實(shí)際的銅冶煉生產(chǎn)工藝中通常選用相對(duì)豐度最大的同位素作為該元素的檢測質(zhì)量數(shù)。但某些稀有金屬的最大豐度對(duì)應(yīng)的同位素會(huì)受到較大的干擾影響，因此，不同的稀有金屬元素的最大豐度要根據(jù)實(shí)際情況而定，最大豐度可進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少。

其次，可以通過相應(yīng)的設(shè)備儀器消除多種稀有金屬元素的質(zhì)譜干擾[3]。調(diào)諧儀器能夠讓帶有雙電荷和氧化物的稀有金屬元素的干擾降低到4%左右。在使用調(diào)諧儀器時(shí)要對(duì)每種稀有金屬元素在其它幾種元素不同的測定波長，同時(shí)被測定的元素還會(huì)受到其它元素的波長影響產(chǎn)生強(qiáng)度以及輪廓不清晰的觀察結(jié)果，因此在進(jìn)行測試對(duì)比后，要確定靈敏度高、噪聲比高的譜線作為測定的分析普賢，從而有效的消除多種稀有金屬元素的質(zhì)譜干擾。

針對(duì)不帶有雙電荷、氧化物或?qū)|(zhì)譜干擾影響嚴(yán)重的稀有金屬元素，可采用第三種消除干擾的方法：該方法不需要再額外的進(jìn)行外部的設(shè)備連接，只需要在已有設(shè)備的基礎(chǔ)上通過相應(yīng)的軟件設(shè)置，將不同稀有金屬元素的相關(guān)參數(shù)輸入，即可完成對(duì)其質(zhì)譜干擾的數(shù)字化消除。

1.3 校正多種稀有金屬元素分析線

使用調(diào)諧儀器對(duì)銅礦中的多種稀有金屬元素進(jìn)行測定時(shí)，每種元素會(huì)出現(xiàn)幾十條不同的分析譜線，而選取不同的分析譜線，最終得到的測定結(jié)果也存在較大的差異，嚴(yán)重影響測定的精度和精準(zhǔn)度。因此，在得出測定結(jié)果后增加對(duì)多種稀有金屬元素分析線的校正環(huán)節(jié)是十分必要的。在對(duì)分析線進(jìn)行校正前，首先繪制一條標(biāo)準(zhǔn)的分析曲線，標(biāo)準(zhǔn)分析曲線是由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的各稀有金屬元素分析線的凈強(qiáng)度以及標(biāo)準(zhǔn)含量的關(guān)系繪制成的曲線。線性回歸的方程式為：

公式中，B表示為標(biāo)準(zhǔn)樣品中的多種稀有金屬元素含量；J表示為標(biāo)準(zhǔn)分析曲線的截距；k表示為標(biāo)準(zhǔn)分析曲線的斜率；P表示標(biāo)準(zhǔn)分析線額凈強(qiáng)度；N表示為多種稀有金屬元素吸收增強(qiáng)校正系數(shù)。為了使測定方法得出的結(jié)果更加準(zhǔn)確，本文采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法與基本參數(shù)法相結(jié)合的方式進(jìn)行線性回歸，用于校正多種稀有金屬元素的分析曲線。當(dāng)各個(gè)元素的分析曲線重疊時(shí)，可以證明此時(shí)的分析曲線得到了校正。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)過程中所需的儀器設(shè)備包括：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、消解儀、超純水儀等。將本文測定方法與傳統(tǒng)的測定方法進(jìn)行比較。分別利用兩種方法對(duì)同一銅礦的多種稀有金屬元素進(jìn)行測定。測定樣本選用該銅礦的6份1000mg/L的儲(chǔ)備溶液。設(shè)置本文測定方法的測定設(shè)備的測量方式為跳峰；掃描次數(shù)為15次；停留時(shí)間為15ms；每個(gè)質(zhì)量的通道數(shù)為4個(gè)；測定的時(shí)間為1min左右。傳統(tǒng)方法設(shè)備的各項(xiàng)測定參數(shù)仍沿用以往的參數(shù)設(shè)置。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，完成本文方法與傳統(tǒng)方法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)過程中的相關(guān)參數(shù)信息進(jìn)行記錄，并與標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液已知的測定結(jié)果進(jìn)行比較。圖1為兩種方法與標(biāo)準(zhǔn)測定結(jié)果的準(zhǔn)確度對(duì)比。

由圖1可以看出，本文方法在對(duì)銅礦中的多種稀有金屬元素的測定結(jié)果可達(dá)90%以上，且隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加準(zhǔn)確度無限接近于標(biāo)準(zhǔn)測定結(jié)果。而傳統(tǒng)測定方法的準(zhǔn)確度第一次可達(dá)90%以上，但隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加準(zhǔn)確度反而降低。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，本文方法在對(duì)多種稀有金屬元素分析線進(jìn)行校正時(shí)，通過計(jì)算可以使其精度達(dá)到0.001，而傳統(tǒng)方法的精度只能達(dá)到0.1，因此更加進(jìn)一步的證明經(jīng)過本文研究后有效的提高了銅礦中多種稀有金屬元素測定精度與準(zhǔn)確度。

圖1 本文方法與傳統(tǒng)方法測定結(jié)果精準(zhǔn)度對(duì)比

3 結(jié)束語

本文通過對(duì)銅礦中的多種稀有金屬元素的測定方法進(jìn)行研究，從三方面對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，從而得出精度和準(zhǔn)確度更高的測定方法。該方法充分滿足了銅冶煉企業(yè)對(duì)精密度和精準(zhǔn)度的要求，對(duì)選冶產(chǎn)品的分析和測定具有更高的實(shí)際意義，為選冶試驗(yàn)和礦產(chǎn)的綜合利用提供技術(shù)上的支持。