矿用非金属制品检测前处理方法研究

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　　摘  要：矿用非金属制品含大量的重金属、多溴联苯、多溴联苯醚及邻苯类有害物质，将带来很多隐性伤害。文章通过反复试验研究探讨对矿用非金属制品较为彻底较为高效的前处理方法，完成对矿用非金属制品的制样，为后续进行其中的有害物质检测打基础。
　　关键词：矿用非金属制品;检测;前处理
　　中图分类号：O657          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）03-0128-02
　　Abstract： Mining non-metallic products contain a large number of heavy metals， polybrominated biphenyls， polybrominated biphenyl ethers and o-benzene harmful substances， which will bring a lot of hidden harm. Through repeated experiments and studies， this paper discusses a more thorough and efficient pretreatment method for mining non-metallic products， and completes the sample preparation of mining non-metallic products， which lays a foundation for the subsequent detection of harmful substances.
　　Keywords： mining non-metallic products; detection; pretreatment
　　目前，礦用非金属制品如矿用阻燃输送带、矿用电缆、矿用管材、矿用风筒、矿用电缆挂钩在矿山或矿山井下大量的使用。由于其在矿山井下使用必须具有阻燃抗静电性能，以保证不引发火花及燃烧等矿山安全事故，同时，由于非金属制品本身特性，在生产过程中还会添加热稳定剂、抗氧化剂、光稳定剂、生物抑制剂、增塑剂及其他功能助剂等来满足其物理性能、加工性能及经济上的要求，这样就在材料中引入大量的重金属、多溴联苯、多溴联苯醚及邻苯类有害物质，将带来很多隐性伤害，故需要对这些产品中的有害物质含量进行研究，把控其最低使用量。对这些有害物质含量进行检测前，需对此类产品进行前处理，将其从固体状态转变成溶液状态[1]。
　　针对矿用非金属制品的物理化学性质，采用的前处理方法不同，得到的样品状态、均匀程度、溶液化程度差异很大。非金属制品中的橡胶和塑料是用酸最难溶解的试样之一，单独采用常用的酸如HNO3、HCl、王水、HClO4在常规条件下都不能将其溶解，通常采用高温灰化法，其灰化残渣再用酸溶解。但由于塑料在高温灰化时易发生燃烧，使温度难于控制，可能使某些元素造成不可控制的损失[2]，影响后续测试结果。目前应用较广的除了灰化法，还有湿法消解和微波消解，湿法消解通常以浓硫酸浓硝酸作为试剂，在加热板上进行消解，采用该方法时待测元素损失少，但试剂用量大，污染环境，处理时间长，效果不显著[3]。而微波湿法消解技术是近年出现的新型样品消解技术，具有消解温度高、消解压力大、密闭性能好、控制精度高等优点[4]，适用于橡塑类制品的消解。
　　目前针对于矿用非金属制品的消解方法暂时还未有，本文参考结合其他橡胶、塑料领域的消解方法，通过反复试验研究探讨对矿用非金属制品较为彻底较为高效的微波消解前处理方法，探讨出适合用于矿用非金属制品的酸试剂体系和适宜的消解温度，完成对矿用非金属制品的前处理制样过程，为后续进行其中的有害物质检测打基础。
　　1 实验部分
　　1.1 仪器与试剂
　　粉粹机（S025）;微波消解仪（UL61010-1）;恒温消解仪（09A24S）;移液枪;硝酸（优级纯）;双氧水（优级纯）;氢氟酸（优级纯）;试验用水均为超纯水。试验所用移液管均在（1∶1）硝酸溶液中浸泡12h，微波消解罐在5%硝酸溶液中浸泡12h。
　　1.2 实验方案的选择和确定
　　非金属制品的消解由2个主要因素决定，酸的种类、比例和消解温度。酸的种类较多，每种酸对于不同材料的消解程度不一;比例搭配不同，产生的消解协同作用也不一样。消解温度过低，无法消解完全，温度过高，容易对某些待测元素产生损失。因此，需要合理的选用消解体系和消解温度来达到消解的目的。
　　矿用阻燃输送带覆盖层、矿用电缆绝缘护套、矿用管材、矿用电缆挂钩等基本采用的材质为聚氯乙烯、丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙胶等高分子材料，通过前期的实验研究，加入氢氟酸可用于分解难熔晶格体系如硅酸盐结合态的无机物[5]，加入硝酸和过氧化氢用于分解矿用非金属制品中的有机物。单一的酸对这些材质的消解效果差，无法将其消解。结合文献和实验，本次筛选出的消解试剂为硝酸-双氧水体系或硝酸-双氧水-氢氟酸体系，消解温度为190℃或210℃。
　　1.3 前处理过程
　　对于矿用输送带、矿用管材和矿用挂钩类，可直接进行取样。截取各类产品的中间部分，破碎成直径5mm大小颗粒，称取2g左右，放入粉碎机中，加入干冰进行粉碎，过100目筛，留取经过筛选的粉末状样品。
　　对于矿用电缆，需将护套、绝缘层、包覆层和铜线分开，截取各类护套、绝缘层和包覆层，分别取样处理，用剪刀剪碎成直径5mm大小颗粒，称取2g左右，放入粉碎机中，加入干冰进行粉碎，过100目筛，留取经过筛选的粉末状样品。
　　方案1：称取0.1000g的样品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml双氧水摇匀，130℃预消解1h，按照表2的条件进行消解。等待温度降至室温左右，将消解罐中的溶液倒入容量瓶，静置2h。观察，溶液上半部为澄清溶液，但底部有较多灰白色沉淀，未消解彻底。 　　表2 微波消解仪升温程序（190℃）
　　方案2：称取0.1000g的样品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml双氧水摇匀，130℃预消解1h，按照表3的条件进行消解。等待温度降至室温左右，将消解罐中的溶液倒入容量瓶，静置2h。观察，溶液上半部为澄清溶液，但底部有较多灰白色沉淀，未消解徹底。
　　表3 微波消解仪升温程序（210℃）
　　方案3：称取0.1000g的样品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml双氧水和1ml氢氟酸摇匀，130℃预消解1h，按照表2的条件进行消解。等待温度降至室温左右，将消解罐中的溶液倒入容量瓶，静置2h。观察，溶液上半部为澄清溶液，但底部有较少的灰白色沉淀，未消解彻底。
　　方案4：称取0.1000g的样品加入聚四氟乙烯-四氟乙烯消解罐中，加入5ml硝酸和1ml双氧水和1ml氢氟酸摇匀，130℃预消解1h，按照表3的条件进行消解。等待温度降至室温左右，将消解罐中的溶液倒入容量瓶，静置2h。观察，溶液为澄清溶液，未出现肉眼可见的沉淀物，消解彻底。
　　2 结论
　　对于结构及成分复杂的非金属制品的检测分析而言，样品的前处理非常重要，合适消解方案的选择会为后期的分析检测工作带来很大的便利，也会使检验结果偏差较小。通过实验研究，发现选用硝酸-双氧水-氢氟酸的消解体系，比例为5：1：1，最高温度为210℃时能使各类矿用非金属类制品消解完全，溶液呈透明澄清状，可达到后续进入原子吸收光谱仪、电感耦合等离子光谱仪、气相质谱仪等仪器的进样要求。本微波消解法使用试剂量少，耗时较短，操作便捷，消解效果显著，可在矿用材料的检测方面大力运用。
　　参考文献：
　　[1]周勇义，谷学新，范国强，等.微波消解技术及其在分析化学中的应用[J].冶金分析，2004，24（2）：30.
　　[2]邓金梅，曾嘉欣，等.在塑料重金属测定中对微波消解前处理条件的探讨[J].广东化工，2010，37（6）：252.
　　[3]王守宇，陈昊，陈娜娜.丁苯类橡胶鞋底微波消解方法的研究[J].中国皮革，2015，44（13）：50.
　　[4]李宣，梁淑雯.微波消解电感耦合等离子体-原子发射光谱法同时测定塑料中镉、铅、汞和铬[J].光谱实验室，2006，23（4）：702.
　　[5]胡珊珊，钱秀芳.微波消解技术在土壤重金属元素测定中的应用[J].安徽师范大学学报，2010，33（4）：363.
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