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“鋰”遇世界,暢行天下——高分辨率連續光源contrAA快速分析鋰礦石成分

來源:德國耶拿分析儀器有限公司   2023年12月26日 09:18  

前言

鋰電池這種儲能裝置對環境保護起著非常重要的作用,鋰電池是二十世紀三、四十年代才研制開發的優質能源,它以開路電壓高,比能量高,工作溫度范圍寬,放電平衡,自放電子等優點,已被廣泛應用于各種領域,是很有前途的動力電池。用鋰電池發電來開動汽車,行車費只有普通汽油發動機車的1/3。由鋰制取氚,用來發動原子電池組,中間不需要充電,可連續工作20年。要解決汽車的用油危機和排氣污染,重要途徑之一就是發展向鋰電池這樣的新型電池。所以鋰的經濟價值也持續增長。

鋰的主要來源是鹽田,以及粘土、花崗巖和與花崗巖相關的結晶花崗巖。鹽堿地蘊藏著極豐富的鋰儲量,結晶花崗巖中的富鋰精礦因其質量高、成本低而成為目前的主要生產來源。為了提取鋰并將其轉化為工業化合物,需要確定含鋰地質材料的主要成分和次要成分。雖然鋰含量是最重要的因素,但其他元素的存在和濃度也很重要,并且需要進一步的處理方法。傳統的勘探方法既昂貴又耗時,需要大量的鉆井和分析。相反的,通過對土壤和巖石樣本進行勘探分析,使用預測元素方法會更快速和更實惠。

分析鋰礦石的成分可以使用火焰原子吸收光譜法(AAS),電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-OES),以及乙二胺四乙酸(EDTA) 絡合法。德國耶拿公司的高分辨率連續源原子吸收光譜儀,contrAA 800F/D,結合了火焰原子吸收法和ICP-OES的技術優勢,同時其快速多元素分析的能力減少了測量過程的復雜性,因此,使用連續光源原子吸收光譜儀分析鋰礦石成分,可以極大地提高分析效率。下面小編給大家介紹一下詳細的測試過程:


樣品前處理

采用兩種不同酸量方法前處理,觀察消解效果:

 

方法A

 

4 mL H2SO4, 2 mL HF, 1 mL HCl, 2 mL HNO3

 

方法B

 

2 mL H2SO4, 1 mL HF, 1 mL HCl, 6 mLHNO3

使用Speedwave XPERT微波系統和DAK100容器進行消解。最多0.15g樣品被準確地稱入消解容器,然后加入酸(如前所述的混酸)。小心地混勻,靜置至少十分鐘。然后擰緊消解罐逐步升溫加熱(210°C 10分鐘,230°C 10分鐘,240°C30分鐘)。將溶液冷卻至室溫后轉移到PP刻度瓶中,加入50ml去離子水。


校準曲線

所有曲線都用外標法配制,每個元素的濃度范圍是根據預期濃度范圍選擇的。用2%(v/v)HNO3和0.2%(m/v)CsCl作為稀釋劑稀釋, 人工配制母液, 用火焰自動進樣器AS-FD自動制備校準曲線。母液的元素濃度和配制的工作曲線濃度見表1。各元素的曲線圖見圖1。

 

表1 :校準曲線濃度

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圖1:校準曲線

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儀器方法和參數

采用高分辨率連續光源(HR-CS)原子吸收光譜儀contrAA 800F/D進行分析,并配備具有自動稀釋功能的自動進樣器。

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表2:儀器參數

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結果和討論

通過對三個CRM樣品的分析進行方法開發和驗證。在兩次消解過程中,觀察到大多數確定的元素的回收率都在90—110%之間(見圖2)。在現有的標準中(如YST509.1-2008),酸消解是用HF和H2SO4在電熱板上進行的。我們把這種方法進行調整,使用微波系統,并加入額外的酸,以便在溶液中穩定所有待分析元素。由于鋰礦石中含有二氧化硅、鋁及其多種變體或混合物的氧化物,因此用不同比例的硫酸、氫氟酸、硝酸和鹽酸對其消解效率進行了測試。由于氫氟酸可以沉淀不溶性氟化物(例如AICa)進而導致大量分析物損失,因此為了可靠地測試待測元素,必須在消解程序之后使用硼酸絡合。對每個CRM樣品進行平行消解(平行樣#1和#2),以觀察方法的可重復性。兩種不同的消解酸體系(方法A和B)的測量結果列于表3和表4。


表3:方法A測試結果

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RSD: 相對標準偏差 (3次測量重復), DF: 手動稀釋因子, *超出曲線范圍后自動進樣器額外稀釋


表4:方法B測試結果

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RSD: 相對標準偏差 (3次測量重復), DF: 手動稀釋因子, *超出曲線范圍后自動進樣器額外稀釋


圖 2: CRM 樣品回收率 (方法 A 和 B)

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側峰像素點舉例


基于高分辨連續光源技術的contrAA800具有側峰像素點功能,同時記錄了分析線附近的光譜信息。ASpectCS軟件為有經驗的用戶提供了定制和評估吸收信號的機會。這帶來了最大的靈活性,大大擴展了超過五個數量級的工作范圍,并且可以針對每個應用程序進行優化。如圖3所示:


圖 3: 以鉀(K769)為例,展示側峰像素點的效果

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總結

使用高聚焦短弧氙燈作為連續光源,HR-CS contrAA800F/D提供了一種可靠且易于使用的技術,可快速連續對鋰礦石消解液中的多元素進行分析。結合具有智能稀釋功能的自動進樣器AS-FD(自動制備標準曲線,超量程稀釋),可實現全自動常規分析。測量條件需要進行優化以得到最佳的測試效果。靈敏度較高的高濃度元素需要降低靈敏度,例如大比例稀釋,使用次靈敏線或者偏轉燃燒頭。而contrAA軟件的側峰像素評估工具提供了一個舒適和節省時間的選項,用于改善線性范圍,可擴展至5個數量級(見圖3),無需操作員在測量過程中來回改變燃燒頭角度。本次測試采用了快速順序火焰模式,元素的測定可采用乙炔/氧化亞氮火焰和乙炔/空氣火焰兩種方法,兩種方法都是自動的,火焰點火和切換在一個序列中進行。因此,測量時間比經典原子吸收法快3-4倍。分析過程的自動化得到了改善,contrAA800F/D是用于痕量分析經濟有效的測量技術。


 

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