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“锂”遇世界,畅行天下——高分辨率连续光源contrAA快速分析锂矿石成分

2023年12月26日 09:18 来源:德国耶拿分析仪器有限公司

前言

锂电池这种储能装置对环境保护起着非常重要的作用,锂电池是二十世纪三、四十年代才研制开发的优质能源,它以开路电压高,比能量高,工作温度范围宽,放电平衡,自放电子等优点,已被广泛应用于各种领域,是很有前途的动力电池。用锂电池发电来开动汽车,行车费只有普通汽油发动机车的1/3。由锂制取氚,用来发动原子电池组,中间不需要充电,可连续工作20年。要解决汽车的用油危机和排气污染,重要途径之一就是发展向锂电池这样的新型电池。所以锂的经济价值也持续增长。

锂的主要来源是盐田,以及粘土、花岗岩和与花岗岩相关的结晶花岗岩。盐碱地蕴藏着极丰富的锂储量,结晶花岗岩中的富锂精矿因其质量高、成本低而成为目前的主要生产来源。为了提取锂并将其转化为工业化合物,需要确定含锂地质材料的主要成分和次要成分。虽然锂含量是最重要的因素,但其他元素的存在和浓度也很重要,并且需要进一步的处理方法。传统的勘探方法既昂贵又耗时,需要大量的钻井和分析。相反的,通过对土壤和岩石样本进行勘探分析,使用预测元素方法会更快速和更实惠。

分析锂矿石的成分可以使用火焰原子吸收光谱法(AAS),电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES),以及乙二胺四乙酸(EDTA) 络合法。德国耶拿公司的高分辨率连续源原子吸收光谱仪,contrAA 800F/D,结合了火焰原子吸收法和ICP-OES的技术优势,同时其快速多元素分析的能力减少了测量过程的复杂性,因此,使用连续光源原子吸收光谱仪分析锂矿石成分,可以极大地提高分析效率。下面小编给大家介绍一下详细的测试过程:


样品前处理

采用两种不同酸量方法前处理,观察消解效果:

 

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微波系统和DAK100容器进行消解。最多0.15g样品被准确地称入消解容器,然后加入酸(如前所述的混酸)。小心地混匀,静置至少十分钟。然后拧紧消解罐逐步升温加热(210°C 10分钟,230°C 10分钟,240°C30分钟)。将溶液冷却至室温后转移到PP刻度瓶中,加入50ml去离子水。


校准曲线

所有曲线都用外标法配制,每个元素的浓度范围是根据预期浓度范围选择的。用2%(v/v)HNO3和0.2%(m/v)CsCl作为稀释剂稀释, 人工配制母液, 用火焰自动进样器AS-FD自动制备校准曲线。母液的元素浓度和配制的工作曲线浓度见表1。各元素的曲线图见图1。

 

表1 :校准曲线浓度

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图1:校准曲线

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仪器方法和参数

采用高分辨率连续光源(HR-CS)原子吸收光谱仪contrAA 800F/D进行分析,并配备具有自动稀释功能的自动进样器。

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表2:仪器参数

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结果和讨论

通过对三个CRM样品的分析进行方法开发和验证。在两次消解过程中,观察到大多数确定的元素的回收率都在90—110%之间(见图2)。在现有的标准中(如YST509.1-2008),酸消解是用HF和H2SO4在电热板上进行的。我们把这种方法进行调整,使用微波系统,并加入额外的酸,以便在溶液中稳定所有待分析元素。由于锂矿石中含有二氧化硅、铝及其多种变体或混合物的氧化物,因此用不同比例的硫酸、氢氟酸、硝酸和盐酸对其消解效率进行了测试。由于氢氟酸可以沉淀不溶性氟化物(例如AICa)进而导致大量分析物损失,因此为了可靠地测试待测元素,必须在消解程序之后使用硼酸络合。对每个CRM样品进行平行消解(平行样#1和#2),以观察方法的可重复性。两种不同的消解酸体系(方法A和B)的测量结果列于表3和表4。


表3:方法A测试结果

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RSD: 相对标准偏差 (3次测量重复), DF: 手动稀释因子, *超出曲线范围后自动进样器额外稀释


表4:方法B测试结果

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RSD: 相对标准偏差 (3次测量重复), DF: 手动稀释因子, *超出曲线范围后自动进样器额外稀释


图 2: CRM 样品回收率 (方法 A 和 B)

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侧峰像素点举例


基于高分辨连续光源技术的contrAA800具有侧峰像素点功能,同时记录了分析线附近的光谱信息。ASpectCS软件为有经验的用户提供了定制和评估吸收信号的机会。这带来了最大的灵活性,大大扩展了超过五个数量级的工作范围,并且可以针对每个应用程序进行优化。如图3所示:


图 3: 以钾(K769)为例,展示侧峰像素点的效果

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总结

使用高聚焦短弧氙灯作为连续光源,HR-CS contrAA800F/D提供了一种可靠且易于使用的技术,可快速连续对锂矿石消解液中的多元素进行分析。结合具有智能稀释功能的自动进样器AS-FD(自动制备标准曲线,超量程稀释),可实现全自动常规分析。测量条件需要进行优化以得到最佳的测试效果。灵敏度较高的高浓度元素需要降低灵敏度,例如大比例稀释,使用次灵敏线或者偏转燃烧头。而contrAA软件的侧峰像素评估工具提供了一个舒适和节省时间的选项,用于改善线性范围,可扩展至5个数量级(见图3),无需操作员在测量过程中来回改变燃烧头角度。本次测试采用了快速顺序火焰模式,元素的测定可采用乙炔/氧化亚氮火焰和乙炔/空气火焰两种方法,两种方法都是自动的,火焰点火和切换在一个序列中进行。因此,测量时间比经典原子吸收法快3-4倍。分析过程的自动化得到了改善,contrAA800F/D是用于痕量分析经济有效的测量技术。


 

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