一、引言
锂矿是指自然生成的可以经济开采的锂资源,在自然界中已发现锂矿物和含锂矿有150多种。制取锂的矿物原料主要是锂辉石(Li2O含量为5.8%~8.1%)、锂云母(Li2O含量为3.2%~6.45%)、磷锂铝石(Li2O含量为7.1%~10.1%)、透锂长石(Li2O含量为2.9%~4.8%)及铁锂云母(Li2O含量为1.1%~5%)等。我国的锂矿资源按基础储量计,占全世界的13.7%;按储量计,占全世界的25.7%。碳酸锂是生产二次锂盐和金属锂的基础材料,是整个锂工业中最关键的产品。我国生产的碳酸锂中,有80%以上为矿石提取。近年来,新能源汽车市场快速增长,对锂矿资源供应和需求产生了重大影响,在锂矿资源短缺的背景下,矿石中锂含量的检测分析显得尤为重要。
目前,常用的锂矿检测方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体光谱法、等离子体质谱法等。原子吸收光谱是锂矿检测的标准分析方法,在GB/T 17413.1-2010《锂矿石、铷矿石、铯矿石化学分析方法 第1部分 锂量测定》标准方法中,样品经消解后,于原子吸收分光光度计上,波长670.8nm处,使用空气-乙炔火焰分析测定锂元素,计算氧化锂的量。
火焰原子吸收法具有检测速度快、灵敏度高、仪器操作简便等优点,适用于锂矿中锂元素含量的分析,从而指导锂矿的选矿和加工。本文建立了矿石中锂元素的湿式消解-火焰原子吸收法,并对锂矿石标准物质进行了分析测定,结果表明该法定值准确。
二、实验部分
2.1 试剂与样品
硝酸(优级纯)、盐酸(优级纯)、氢氟酸(优级纯)
锂单元素标准溶液(含量为100mg/L),国家标准物质研究中心
GBW 07153 锂矿石成份分析标准物质,地质矿产部沈阳综合盐矿测试中心
2.2 仪器
GGX-810原子吸收分光光度计
EG20A可调恒温电热板
2.3 标准曲线配制
配制方法:取100mg/L的锂标液,分别吸取0、0.5、1.0、2.0、3.0和4.0mL,标准工作液,置于100mL容量瓶中,用1%硝酸定容至刻线,配制成浓度为0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/L的锂标准系列溶液,摇匀待测。
2.4 样品前处理
锂矿石样品处理流程:称取0.2g(精确至0.0001g)锂矿石成份分析标准物质于聚四氟乙烯坩埚中,加入5mL王水,反应约5min后,取下冷却,加入2mL氢氟酸,摇晃坩埚使反应均匀。盖上盖子置于控温电热板上120℃消解1h,升温至160℃继续消解1h,中间去盖数次摇晃坩埚使反应充分。取下盖子继续消解,待坩埚内白烟冒尽,冷却至室温,转移至50mL容量瓶中,定容,摇匀,稀释50倍,待测。同时做试剂空白试验。
2.5 仪器分析条件
经条件优化后,确定了锂元素的测试条件,见表1。
表1 锂元素测试条件 | |||||||
元素 | 波长 | 灯电流 | 光谱带宽 | 燃烧器高度 | 乙炔流量 | 空气流量 | 积分时间 |
Li | 670.8nm | 5mA | 0.2nm | 5mm | 1.3 L/min | 7L/min | 2s |
3.1 工作曲线
按照2.5章节的分析条件,测定锂元素校准曲线,该元素在0~4.0mg/L范围内线性关系良好,曲线方程为:Abs=0.0659C+0.0014,相关系数为0.9999,校准曲线见图1,具体测定数据见表2。
图1 锂校准曲线
表2 校准曲线数据 | |||
序号 | 吸光度Abs | 标准浓度(mg/L) | 回算浓度(mg/L) |
STD.01 | 0.0000 | 0 | 0.0000 |
STD.02 | 0.0347 | 0.5 | 0.5050 |
STD.03 | 0.0687 | 1 | 1.0210 |
STD.04 | 0.1332 | 2 | 2.0000 |
STD.05 | 0.1989 | 3 | 2.9970 |
STD.06 | 0.2646 | 4 | 3.9940 |
外标法测得含量为锂的含量,锂含量结果乘以锂与氧化锂的转换系数2.15,最终氧化锂含量如表3所示。
表 3 锂矿石测定结果 | |||||
组分 | 证书标准值 | 证书标准偏差 | 实际结果 | 平均值 | 单位 |
Li2O | 2.29 | 0.06 | 2.32 2.30 2.33 | 2.32 | 10-2 |
本文建立了锂矿石中氧化锂含量的湿式消解-火焰原子吸收法。采用王水及氢氟酸的消解体系,使用火焰原子吸收法对锂矿石中氧化锂含量进行了分析测定。结果表明,用该法定值准确。同时,使用GGX-600、GGX-610、GGX-830、HGA-E50等型号对该锂矿石成份分析标准物质进行了测定,测定结果均在证书要求的不确定度范围内。
原子吸收测定锂相关标准 | ||||
标准编号 | 标准名称 | 发布部门 | 实施日期 | 状态 |
铍精矿、绿柱石化学分析方法 第4部分:氧化锂量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 工业和信息化部 | 2012-07-01 | 现行 | |
冰晶石化学分析方法和物理性能测定方法 第16部分:锂含量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 工业和信息化部 | 2021-04-01 | 现行 | |
锂辉石、锂云母精矿化学分析方法 氧化锂、氧化钠、氧化钾量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 国家发展和改革委员会 | 2008-09-01 | 现行 | |
铝土矿石化学分析方法 第28部分:氧化锂含量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 工业和信息化部 | 2021-07-01 | 现行 | |
镍锰酸锂化学分析方法 第3部分:锂含量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 工业和信息化部 | 2023-04-01 | 现行 | |
镍钴铝酸锂化学分析方法 第3部分:锂量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 工业和信息化部 | 2019-04-01 | 现行 | |
二次电池废料化学分析方法 第4部分:锂含量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 工业和信息化部 | 2020-01-01 | 现行 | |
氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法 第19部分:氧化锂含量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 国家市场监督管理总局. | 2019-02-01 | 现行 | |
GB/T 17413.1-2010 | 锂矿石、铷矿石、铯矿石化学分析方法 第1部分:锂量测定 原子吸收光谱法 | 国家质量监督检验检疫. | 2011-02-01 | 现行 |
粗碳酸锂化学分析方法 第1部分:锂含量的测定 火焰原子吸收光谱法 | 工业和信息化部 | 2023-11-01 | 即将实施 |