Rotor 20SVT50 позволяет разлагать сложные образцы минералов, требующие более высоких температур реакции.
1. Введение
Термин «минералы» охватывает очень широкий спектр образцов с очень разными химическими и физическими свойствами. Многие из них легко разлагаются, однако многие другие растворяются с большим трудом в процессе кислотного разложения.
Основная проблема состоит в том, чтобы найти эффективную смесь кислот при самой низкой температуре для полного растворения за приемлемое время.
Часто, особенно для оксидов кремния, алюминия и многих их разновидностей или смесей, требуется разложение с помощью различных смесей серной, фтороводородной, фосфорной и хлорной кислоты, во многих случаях с последующей стадией комплексообразования с борной кислотой. Неудивительно, что это приводит к многочисленным возможным труднорастворимым осадкам.
Микроволновая система Multiwave 5000 с ротором Rotor 20SVT50 может быстро достигать более высоких температур разложения и поддерживать их в течение длительного периода времени. В результате может быть достигнуто превосходное качество разложения даже для трудноразлагаемых образцов, в том числе благодаря очень небольшому температурному разбросу.
Следовательно, с высокой пропускной способностью до 20 проб за цикл ротор Rotor 20SVT50 в системе Multiwave 5000 является идеальной конфигурацией для сложных проб минералов.
2. Приборы
Рисунок 1. Микроволновая система Multiwave 5000 с ротором Rotor 20SVT50
Процессы разложения проводили в сосудах SVT50 с использованием ротора Rotor 20SVT50 в Multiwave 5000, оснащенном датчиком температуры SmartTemp.
3. Экспериментальная часть
3.1 Образцы
Отобранные образцы были разделены на две группы в зависимости от использования различных методов разложения, основанных на различных смесях кислот и температурных программах.
| A | CaSO4 | 500 мг |
| Доломит (CaMg(CO3)2) | 300 мг | |
| Карбонатный концентрат редкоземельных элементов (Карб. РЗЭ) | 500 мг | |
| B | Siralox (катализатор оксидов Si, Al) | 200 мг |
| Бокситы (различные (гидр)оксиды Al в смеси с небольшими количествами минералов Fe и Ti | 200 мг | |
| Talc neige (Mg3Si4O10(OH)2) | 200 мг |
Таблица 1: Образцы минералов, успешно разлагаемые в данном исследовании, и макс. вес образцов
3.2 Процесс разложения
Образцы отвесили непосредственно в сосуды для расщепления, тщательно избегая окрашивания герметизирующей поверхности порошком образца.
Все кислоты, использованные в качестве реагентов, были концентрированными и обладали аналитической степенью чистоты: азотная кислота (HNO3 65%), соляная кислота (HCl, 36%), фтороводородная кислота (HF, 40%). Для разбавления и промывки использовали деионизированную воду Milli-Q. Холодную насыщенную борную кислоту (4-5%) очистили посредством перекристаллизации.
После добавления соответствующих кислот сосуды закрыли и поместили в ротор.
По окончании охлаждения оставшиеся реакционные газы медленно выпустили при медленном открытии сосудов.
3.2.1 Группа A: карбонаты
Образцы, которые, как считалось, должны разлагаться легче (в данном исследовании карбонаты доломита и карб. РЗЭ, а также CaSO4), были разложены при помощи 16 мл «царской водки». Количество каждого образца при этом составило до 500 мг.
Целевая температура 220 °C была достаточной для температурной программы (см. таблицу 2).
3.2.2 Группа B: оксиды
Более трудно разлагаемые материалы, содержащие силикаты (siralox, боксит и talc neige), разложили с помощью смеси, состоящей из 3 мл фосфорной кислоты, 2 мл фтороводородной кислоты, 3 мл серной кислоты и 4 мл деионизированной воды, используя только концентрированные кислоты.
Использование кислот с высокой температурой кипения, таких как фосфорная и серная, позволило поднять максимальную температуру разложения до 250 °C (см. табл. 2).
С целью комплексообразования свободной фтороводородной кислоты и повторного растворения любых осажденных щелочноземельных фторидов (например, MgF2 из talc neige) была выполнена стадия комплексообразования (целевая температура 160 °C (10 мин. время рампы и выдержки)) с использованием 10 мл борной кислоты. После этого растворы перенесли в градуированную пробирку и довели до нужного объема.
3.3 Температурная программа
| Рампа (мин) | Т (°C) | Выдержка (мин) | |
|---|---|---|---|
| Группа A | 20 | 220 | 20 |
| Группа B | 20 | 250 | 20 |
| Комплексообразование | 10 | 160 | 10 |
Таблица 2: Температурные программы, используемые в данном исследовании
4. Результаты
На рис. 2 и рис. 4 представлены температурные профили разложения групп А и В — по три разных типа образцов в каждой.
Красные кривые демонстрируют средние температуры всех емкостей в соответствии с заданными температурными программами. Можно наблюдать лишь немного отличающиеся характеристики разложения, что указывает на возможность разложения различных образцов с удовлетворительными результатами в одном и том же цикле.
Что касается минимальных потерь объема, то чрезмерного выброса (за исключением некоторого количества CO2 из образца карбоната) не наблюдалось.
Рисунок 2: Температурные профили CaSO4, доломита и карб. РЗЭ
После разложения растворы группы А были либо бесцветными (CaSO4), либо бледно-желтыми (доломит и карб. РЗЭ). Доломит был единственным образцом, демонстрирующим небольшое количество бесцветного остатка, скорее всего, силикатов. При добавлении фтороводородной кислоты эти остатки должны полностью раствориться.
Рисунок 3: Разложенные CaSO4 (500 мг), доломит (300 мг) и карб. РЗЭ (500 мг) (слева направо)
Минералы группы B были успешно разложены. Вес образца при этом составил 200 мг. После разложения все растворы были бесцветными и прозрачными, за исключением образца siralox, демонстрирующего легкую мутность, возможно, из-за оставшихся силикатов. Эту проблему может решить оптимизация количества фтороводородной кислоты.
Рисунок 4: Температурные профили siralox, боксита и talc neige.
Рисунок 5: Разложенные siralox, боксит и talc neige (200 мг каждый) (слева направо)
В целом образцы природных минералов сильно различаются и имеют различный состав. Их способность полностью разлагаться сильно зависит от их химического состава и структуры. Настоящий метод может служить хорошей отправной точкой для оптимизации кислотной смеси или продолжительности этапа выдержки, если после разложения все еще наблюдаются остатки исходного образца. Другой возможностью улучшить качество разложения в случае неподдающихся разложению остатков может быть дальнейшее уменьшение размера частиц образца.
5. Заключение
Микроволновая система Multiwave 5000, оснащенная ротором Rotor 20SVT50, представляет собой мощную конфигурацию для быстрого, надежного и высококачественного разложения проб сложных неорганических матриц.
Технология SmartTemp обеспечивает быстрый и надежный контроль температуры даже для реактивных образцов.
