磷矿石中磷（P）元素的定量分析

引言

磷（P）元素可以说是生命之源与工业之基。对于地球生命来讲，磷是DNA和RNA等核酸的重要组成部分，并且它还以其它有机磷化合物的形式存在于所有生物体内。在农业方面，磷肥是支撑全球粮食生产的农业肥料，可以说工业生产的磷有80%以上都用作了肥料，起初发现磷对植物生长的重要性时，人们去开采的主要是是秘鲁钦查群岛的鸟粪石，深度开采，鸟粪资源迅速枯竭，科学家们开始寻找替代品，最终将目光投向了磷矿石。

图1：磷矿石参考样本

随着磷矿石的开发，工业的发展，磷又在冶金、制药、电子产品、清洁剂等应用中变得重要。我国磷矿石资源总体储量丰富，但贫矿多，富矿少，存在中低品位的矿石、难选磷矿资源多等问题，所以在工业生产中，通过快速监测磷酸盐浆液中磷元素的含量来优化生产和工艺的需求也越来越旺盛，另外，磷矿石初级的品位分级、磷含量监测也是生产中重要的第一步。通常使用的方法有重量法，以及常见的实验室技术吸收光谱法，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等方法需要大量制样且费时，并不能适应磷提取工业生产中的在线监测。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，以样品预处理简单、可同时检测多种元素，对各种元素灵敏度高，检测时间快，且可实时遥测等特点，被广泛研究，并被工业界所关注，已被应用于许多领域，包括土壤和肥料分析，被誉为分析化学领域的“未来之星”。

结果展示

为此，我们利用实验室的LIBS设备，包含Nd：YAG激光器，波长1064nm；中阶梯光谱仪 Aryelle 200（LTB Lasertechnik Berlin，Germany)；定制光路系统等，对磷矿石标样和参考样本中的P元素作标准曲线，定量分析，并预测了验证样本，评估了标准曲线的准确度和精密度，以下是分析结果：

表1：标样和参考样本中P₂O₅百分含量

图2：典型的磷矿石LIBS光谱，以及P元素谱线

图3：利用PⅠ 214.915nm谱线作标准曲线图

从标准曲线来分析，R2值在0.9999，表明标准曲线拟合效果较好，于是利用验证样本评估了标准曲线的准确度和精密度，如下表：

结果显示，利用磷矿石标样和参考样本，建立的P元素标准曲线有较好的相关性，预测浓度与参考浓度之间误差也较小，这为LIBS用于磷矿石中元素定量提供了实验依据，也表明LIBS是用于原位快速实时固体和浆料磷酸盐样本中主要元素监测的有效技术，无论是在早期矿石开采识别磷矿石品位，还是对浮选过程中对磷元素和对磷富集起到关键作用的镁（Mg）元素的监测，都大有可为。

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