原子吸收光譜法測定礦石中Ａｕ的分析技術(shù)及最優(yōu)化模型研究

摘要：礦石中Ａｕ通常以顆粒金或者晶格金的形式存在，在不同類型的金礦石中賦存狀態(tài)不同，其特殊的延展性引起的顆粒效應(yīng)對于Ａｕ樣品的分析技術(shù)帶來挑戰(zhàn)，并且其制備流程要素繁多且不易控制，直接影響Ａｕ分析的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。以礦石中金元素為研究對象，建立泡塑吸附－原子吸收光譜法測定礦石中Ａｕ的分析方法，針對樣品測試流程中的關(guān)鍵要素進(jìn)行定性判斷和定量計算，提出基于灰色關(guān)聯(lián)度－響應(yīng)曲面法的最優(yōu)化模型。討論樣品分析技術(shù)中焙燒、消解、富集和解脫等重要環(huán)節(jié)，確定焙燒方式、消解酸度、富集時間和硫脲濃度為優(yōu)化要素，設(shè)計正交試驗(yàn)并進(jìn)行相關(guān)性分析，計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)并進(jìn)行極差確定，定性判斷各優(yōu)化要素的顯著性。中心組合設(shè)計結(jié)合響應(yīng)曲面法原理制作顯著水平表，建立二次多項(xiàng)式回歸方程的預(yù)測模型并進(jìn)行顯著性分析，繪制三維響應(yīng)曲面圖和二維等高線圖對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，確定最優(yōu)化模型參數(shù)焙燒方式、消解酸度、富集時間和硫脲濃度分別為階梯式分段焙燒、10.58％、40.00ｍｉｎ、11.65ｇ·Ｌ－1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最優(yōu)化模型條件下對金礦石國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行制備測試，其方法檢出限為0.021，測定下限為0.077，加標(biāo)回收率為91.6％～104.5％，其正確度和精密度均符合ＧＢ／Ｔ　20899.2—2019質(zhì)量控制要求；同時對陜西西秦嶺地區(qū)和甘肅梅川地區(qū)外檢樣品進(jìn)行方法驗(yàn)證比對，其相對偏差不超過10％且評價結(jié)果均為優(yōu)秀，表明該檢測優(yōu)化模型方法在實(shí)際樣品中的應(yīng)用依然準(zhǔn)確可靠，具備正確性和科學(xué)性。該研究對于地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室快速、準(zhǔn)確、簡便分析Ａｕ元素提出新方法，為檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域中優(yōu)化多目標(biāo)參數(shù)組合的課題提供了新的思路，同時為新一輪戰(zhàn)略找礦行動的準(zhǔn)確測試貢獻(xiàn)力量。

金作為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，不僅作為貨幣儲備具有經(jīng)濟(jì)功能，其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、物理機(jī)械性、抗腐蝕性在工業(yè)催化、軍工、電子元器件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，已被我國列入關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄。然而金元素在自然界中含量極低且分布不均，通常以單質(zhì)的形式出現(xiàn)于巖石礦物中的金粒、地下礦脈及沖積層中，其特殊的延展性給樣品中Ａｕ的分析檢測帶來不穩(wěn)定因素，而且樣品測試流程步驟冗長且不易控制，如何快速高效地富集、準(zhǔn)確便捷地檢測Ａｕ成為地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室分析檢測的重要挑戰(zhàn)。

礦石中金的測試方法包括火試金法、碘滴定法和氫醌容量法等經(jīng)典方法、活性炭富集和泡沫塑料富集等現(xiàn)代儀器光譜法?；鹪嚱鸱ú僮鲝?fù)雜，作業(yè)成本高且時間較長，無法滿足實(shí)驗(yàn)室大量生產(chǎn)需要。滴定法和容量法在操作時極易對測試結(jié)果造成影響，對人員能力要求過高；操作中使用到有毒有害試劑，安全性無法得到保障且容易造成環(huán)境污染。活性炭富集法中的富集載體在市面上的質(zhì)量參差不齊，對測試的穩(wěn)定性帶來不確定風(fēng)險；制作吸附柱時容易造成損失。因而建立泡沫塑料富集－原子吸收光譜法測定礦石中Ａｕ的含量，能夠有效地避免作業(yè)成本高、安全系數(shù)高、人員要求高和環(huán)境污染等問題，同時提升測試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

灰色關(guān)聯(lián)分析能夠有效反映系統(tǒng)內(nèi)各因素的特征數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)程度，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和灰色關(guān)聯(lián)理論進(jìn)行相關(guān)性分析，利用數(shù)學(xué)計算方法建立質(zhì)量指標(biāo)和各因素的灰色關(guān)聯(lián)度，尋找影響系統(tǒng)的最顯著因素，將多因素條件科學(xué)地優(yōu)化為單因素條件，定性判斷各因素的顯著特性。史永鵬等利用灰色關(guān)聯(lián)理論在連桿襯套系統(tǒng)內(nèi)利用正交試驗(yàn)對進(jìn)給比、減薄率、首輪壓下量等參數(shù)進(jìn)行顯著性分析，完成對成形精度目標(biāo)的優(yōu)化目的，保證了質(zhì)量又提高了生產(chǎn)效率；王月等在ＧＮＳＳ系統(tǒng)內(nèi)通過縱向灰色關(guān)聯(lián)度計算得到各因素的灰色關(guān)聯(lián)度序列，明確最佳方案，再計算橫向灰色關(guān)聯(lián)度得到與最佳方案匹配的性能指標(biāo)，凸顯了多個方案間的顯著關(guān)系，提升了系統(tǒng)評價的效率。

響應(yīng)曲面法是一種基于數(shù)學(xué)函數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，在各因素響應(yīng)值的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)預(yù)測，通過多項(xiàng)式回歸擬合繪制等高線和響應(yīng)曲面并定量確定實(shí)驗(yàn)最佳條件參數(shù)組合，解決傳統(tǒng)優(yōu)化問題中孤立數(shù)據(jù)點(diǎn)分析無法成圖的缺憾。資丹等基于響應(yīng)曲面模型以吸水喇叭管的懸空高、后壁距和淹沒深度為設(shè)計因素，以進(jìn)水池壓力場、速度場和渦量場的加權(quán)函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)設(shè)計試驗(yàn)方案，建立響應(yīng)預(yù)測模型與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，優(yōu)化了泵站進(jìn)水流場的流態(tài)。邢奕等研究了ＣａＯ、ＰＡＦＣ的聯(lián)合表面活性劑預(yù)處理流程，以污泥濾餅含水率和毛細(xì)吸水時間為評價指標(biāo)建立Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ試驗(yàn)，得到聯(lián)合調(diào)理最佳工藝參數(shù)。

以上灰色關(guān)聯(lián)度和響應(yīng)曲面法的研究分別在工業(yè)設(shè)計、生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化計算和可靠性分析等領(lǐng)域都有顯著特點(diǎn)，然而二者相結(jié)合應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)樣品的分析測試中鮮有報道?；谝陨涎芯渴聦?shí)和基礎(chǔ)，針對礦石中Ａｕ分析的富集方法和測試條件，建立泡沫塑料富集－原子吸收光譜法測定礦石中的Ａｕ，討論樣品分析技術(shù)中焙燒、消解、富集和解脫等重要環(huán)節(jié)，確定焙燒方式、消解酸度、富集時間和硫脲濃度為優(yōu)化要素，提出基于灰色關(guān)聯(lián)度－響應(yīng)曲面法的最優(yōu)化模型。利用灰色關(guān)聯(lián)度算法分析原子吸收光譜法測定金礦石中Ａｕ預(yù)處理要素的權(quán)重關(guān)系，結(jié)合響應(yīng)曲面法研究焙燒方式、消解酸度、富集時間和硫脲濃度因素之間的關(guān)系，建立二次多項(xiàng)式回歸方程的預(yù)測模型進(jìn)行顯著性分析，定量確定最優(yōu)化模型下的參數(shù)，為地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確、穩(wěn)定測試Ａｕ量提供科學(xué)的指導(dǎo)，為檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域中優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)的課題提供了新的思路，同時為新一輪戰(zhàn)略找礦行動的準(zhǔn)確測試貢獻(xiàn)力量。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器及工作參數(shù)

原子吸收光譜儀。工作參數(shù)有測定信號：ＢＫＧ校正。信號計算：積分；設(shè)定方法：自動；測定波長：242.8ｎｍ；狹縫寬度：1.3ｎｍ；時間常數(shù)：1.0ｓ；燈電流：7.5ｍＡ；原子化裝置：標(biāo)準(zhǔn)燃燒器；火焰種類：Ａｉｒ－Ｃ2Ｈ2；燃?xì)饬髁浚?span>1.8Ｌ·ｍｉｎ－1；助燃?xì)鈮毫Γ?span>160ｋＰａ；助燃?xì)饬髁浚?span>15.0Ｌ·ｍｉｎ－1；燃燒器高度：7.5ｍｍ；數(shù)據(jù)采集時間：3.0ｓ；計算方法：標(biāo)準(zhǔn)曲線法；次數(shù)：1次。

空心陰極燈（Ａｕ）；電子臺秤（精度0.01ｇ）；超純水一體機(jī)（水電阻率18.25ＭΩ·ｃｍ）；智能電熱板（400℃），箱式實(shí)驗(yàn)電爐（1　200℃）。

1.2　試劑與材料

鹽酸（1.19ｇ·ｍＬ－1）和硝酸（1.42ｇ·ｍＬ－1）均為電子級純；硫脲和三氯化鐵，均為分析純。

市售厚度為1ｃｍ的聚氨酯泡沫塑料。

國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ＧＢＷ（Ｅ）070012ａ，ＧＢＷ07808ｂ，ＧＢＷ07809ａ，ＧＢＷ07297ａ，ＧＢＷ07807ａ，ＧＢＷ07300ａ和ＧＢＷ07809ｂ；單元素金標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000μｇ·ｍＬ－1，ＧＳＢ04－1715—2004）。

1.3　方法

準(zhǔn)確稱取20.00ｇ樣品置于瓷坩堝中，依次放入箱式實(shí)驗(yàn)電爐中焙燒，按照分段焙燒的方式：0～450℃升溫60ｍｉｎ，打開爐門進(jìn)入氧氣保持60ｍｉｎ，再450～680℃升溫并保持90ｍｉｎ。焙燒完成后自然冷卻至室溫，按照順序取出樣品轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，緩慢加入100ｍＬ王水（50％），搖勻后放置于智能電熱板，采取逐漸升溫的方式保持樣品微沸60ｍｉｎ以上，待瓶內(nèi)剩余液體10ｍＬ左右時取下并加水至100ｍＬ刻度線。自然冷卻后放入富集泡沫塑料，在往復(fù)式振蕩器中振蕩30ｍｉｎ，然后倒出泡塑沖洗干凈，按順序放入20ｍＬ的解脫硫脲液（11.65ｇ·Ｌ－1）中，在沸水中解脫30ｍｉｎ，迅速從比色管中擠干凈泡塑，冷卻液體待測。

結(jié)論

（1）建立泡沫塑料富集－原子吸收光譜法測定礦石中Ａｕ的方法，分析并討論樣品分析技術(shù)中焙燒、消解、富集和解脫等重要環(huán)節(jié)；

（2）提出基于灰色關(guān)聯(lián)度－響應(yīng)曲面分析方法最優(yōu)化模型，利用定性判斷和定量計算結(jié)合的方式計算各要素權(quán)重關(guān)系，確定最優(yōu)化模型條件下焙燒方式、消解酸度、富集時間和硫脲濃度分別為階梯式分段焙燒、10.58％、40.00ｍｉｎ、11.65ｇ·Ｌ－1；

（3）測定標(biāo)準(zhǔn)曲線計算檢出限和測定下限驗(yàn)證該方法模型的正確性，利用加標(biāo)回收試驗(yàn)計算回收率驗(yàn)證該方法模型的穩(wěn)定性，選擇外部實(shí)驗(yàn)室比對的方式進(jìn)一步驗(yàn)證該方法模型在實(shí)際樣品測試中的科學(xué)性和可靠性。

文章來源：[1]王鵬,門倩妮,甘黎明,等.原子吸收光譜法測定礦石中Au的分析技術(shù)及最優(yōu)化模型研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2025,45(02):426-433.