样品制备方法对矿石中TOC检测结果的影响

2019-02-20 11:51:37, 胡静北京普立泰科仪器有限公司

引言

铝是地球工业上最重要的材料之一，它用途广泛，并且含量丰富，其中铝土矿是铝的主要存在形式。目前生产上多采用拜耳法从铝土矿中提取矿石，其基本原理是用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的氢氧化钠溶液重新用于处理下一批铝土矿，实现了连续化生产。其中无机碳和有机碳的存在会影响矿石的提取效率。无机碳酸根离子与钠离子结合，有机碳化合物干扰提取后氢氧化铝的沉淀，这些都会影响矿石的提取效率。

铝土矿中无机碳和有机碳的含量分析可以实现拜耳提取工艺的评价。该方法对矿石样品进行燃烧法TOC分析。总碳（TC）分析法直接燃烧干燥、称重的样品，总有机碳（TOC）分析法需要先用酸液处理除去其中的无机碳，然后再燃烧样品得到TOC含量。总无机碳（TIC）的量为两者之差，如下所示关系：

TIC = TC – TOC

许多实验因素会影响铝土矿燃烧法的TOC结果。本文主要针对三个因素进行研究：TIC去除方法，样品尺寸和催化剂性能。

— 实验 —

样品：

三个均质铝土矿样品，BXT-A，BXT-B，和BXT-C。

仪器：

TC和TOC分析法使用OI Aurora 1030 TOC分析仪的1030s固体模块进行（图1），样品加热到900℃，通入99.995%纯度的氧气进行燃烧。样品分成三份，每份样品分别进行3次燃烧，最终由固态非色散红外探测器检测。每个样品得到9个TC和TOC结果。仪器采用30%浓度的蔗糖溶液进行校准。

图1 OI 1030 TOC分析仪+1030S固体模块

方法：

样品置于105℃烘箱中干燥，除去水分进行TC分析。TOC的分析分别采用两种TIC去除方法。第一种方法为，称量约80毫克铝土矿样品置于干燥、底部密封的1mL石英坩埚中，加入2N HCl，室温放置20分钟，然后在105℃下干燥至少3小时，再次称量得到重量差。第二种TIC去除方法为，称取1g样品置于干净的陶瓷干燥盘中，加入2N HCl充分混合，室温下静置20分钟，105℃下放置过夜，把干燥后的样品刮到玛瑙研钵中，并用研钵棒研磨均匀。如图2所示。

图2 第二种方法去除TIC样品图

对于样品尺寸和催化剂性能对结果的影响，本文也进行了测试。同一样品分别称取80mg和800mg进行实验，由于1mL坩埚无法处理量大的样品，因此选择2.5mL的坩埚，其它操作条件保持不变，如图3所示。催化剂活化之后，在干净的坩埚中用30％蔗糖进行校准。

图3 实验使用的1mL和2.5mL坩埚

— 结果与讨论 —

图4 BXT-A(a)、BXT-B(b)、BXT-C(c)的TC和TOC结果图

如图4a-c所示，第一种除去TIC的方法比第二种方法效果差。第一种方法的TOC值更接近于TC值，并且TOC数据的置信区间大于等于第二种方法的置信区间。经过第一种方法的酸化和干燥后，石英坩埚污染的更加严重，要使用刮刀把残留的样品从坩埚中刮下来，然后不断刮擦除去剩余的样品。通过一系列刮擦、清洗和超声处理之后，坩埚中仍然有样品的残留，如图5所示。

图5 清洗超声后坩埚中样品残留图

图6 不同样品体积得到的TC结果

在上述实验中，开启了Aurora 1030上的省电模式，该功能可以降低气体流量和加热区的温度，节省资源并延长仪器的寿命。仪器在首次测量时，即使电炉一直保持在正常的温度范围，有时候也会出现异常的TOC响应，判断是催化剂的原因。因此标准的做法是在进行检测之前进行催化剂的活化。图7显示了在没有和具有催化剂活化的情况下得到的两组数据。