巖石礦物分析中微波能分解法的運(yùn)用研究

吳平

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，采礦行業(yè)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使得我國(guó)的生產(chǎn)領(lǐng)域提供了大量的可利用的空間，這一切的發(fā)展都離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)的支持與發(fā)展。在巖石礦物中，各種的化學(xué)成分和元素含量的分析方法，不只是為開(kāi)采礦山提供了理論依據(jù)，也是為礦物開(kāi)采的工作提供了很大的幫助。本文將對(duì)目前化學(xué)分析中的微波能分析法做出相應(yīng)的論述。

關(guān)鍵詞：微波能；加熱分解；巖礦分析

在現(xiàn)在的化學(xué)分析的過(guò)程中，將多元素進(jìn)行快速分析一直是一個(gè)難以突破的難點(diǎn)。在經(jīng)過(guò)各國(guó)的科研人員的探索實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)用原子發(fā)射、吸收的方法對(duì)多元素的快速分析的效果的十分明顯的?？墒沁@種分析的方法還存在一些弊端，主要表現(xiàn)在：試驗(yàn)中的試液制備的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、分解的過(guò)程較慢，在一些比較難溶的試樣進(jìn)行分解，會(huì)導(dǎo)致操作變得更加的復(fù)雜，不僅如此，還會(huì)消耗更長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間，從而導(dǎo)致其試驗(yàn)效率降低。因此，就需要一種有效且高速的加熱方法來(lái)代替現(xiàn)有的加熱方式，由此來(lái)加快分解實(shí)驗(yàn)試劑。為了突破這種加熱的方式，研究出一種新型的微波能加熱快速分解的新型技術(shù)，這種新型的加熱技術(shù)主要是運(yùn)用在敞口系統(tǒng)中的，它可以實(shí)現(xiàn)微波加熱和熱壓分解相結(jié)合。微波能加熱的優(yōu)點(diǎn)是，受熱后內(nèi)外是一起加熱，其速度快，熱能利用率高。

本文就針對(duì)微波能分解巖石、礦物在化學(xué)分析中的應(yīng)用進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的闡述。

1.微波能分解試樣反應(yīng)原理

在化學(xué)分析的過(guò)程中，為了使得分解的試樣能同一時(shí)間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，就必須加入化學(xué)溶劑。這就和傳統(tǒng)的加熱反應(yīng)的方法有些不同，微波加熱是一種更加快速和有效的加熱分解的方式，產(chǎn)生這種反應(yīng)的原因是，待分解試樣的微粒和溶劑之間的良好接觸使得微波加熱可以快速溶解，在局部微粒上產(chǎn)生的熱量促使微粒劈裂，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。除此之外，加熱后的酸或水與介電微粒產(chǎn)生一定的反應(yīng)，產(chǎn)生較大的溫差，由此產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱流傳遞，不僅如此，還攪動(dòng)著例子表面的薄層，使得表面不斷的暴露在溶液中，從而加速了分解的過(guò)程，達(dá)到快速分解的目的。因此，從分解試樣的角度而言，微波能的加熱不僅可以?xún)?nèi)外同時(shí)進(jìn)行分解，還可以起到促進(jìn)分解的作用，由此來(lái)提升快速分解的效率。

2.微波能加熱過(guò)程中存在的問(wèn)題

微波能加熱雖然是一種新型的加熱分解技術(shù)，但是從實(shí)際而言，還存在這一定問(wèn)題，本文將對(duì)微波能加熱過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

在化學(xué)分析的過(guò)程中，國(guó)際上很多抵用的微波加熱都是市場(chǎng)銷(xiāo)售的微波爐，因?yàn)槠鋬r(jià)錢(qián)比較便宜，購(gòu)買(mǎi)也比較方便。但是提供分析應(yīng)用的微波爐硬件低MDS-SiD型微波熱壓裝置。在使用這種微波爐的時(shí)候，應(yīng)注意避免酸霧的腐蝕，因?yàn)樵诩訜岬倪^(guò)程中，如果出現(xiàn)微波輻射的泄露，會(huì)導(dǎo)致操作人員的人身安全受到威脅。爐內(nèi)腔材料的選取，應(yīng)選用可以防止酸性腐蝕的材料以及可以承受快速加熱的冷卻的能力，這類(lèi)材料可選用蹦硅酸鹽玻璃箱、酸霧氣體洗滌器等作為裝置設(shè)備。使用時(shí)應(yīng)注意微波爐存在熱點(diǎn)產(chǎn)生的不平衡，盡可能避免在空的環(huán)境中操作，不然就會(huì)產(chǎn)生磁控管的損傷，在平時(shí)，可將盛水的燒杯放置在爐內(nèi)，由此來(lái)平衡爐內(nèi)的溫度。

3.微波能加熱過(guò)程中的特點(diǎn)

3.1具有高頻高溫的特點(diǎn)

高頻高溫的特點(diǎn)是指在微波能加熱的過(guò)程中，出現(xiàn)較大頻率的爐內(nèi)高溫的震蕩的現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是微波能加熱的過(guò)程中物質(zhì)的內(nèi)部和外部可以同時(shí)進(jìn)行加熱，因此，它具有高頻高溫的特點(diǎn)。

3.2.具有場(chǎng)強(qiáng)高溫的特點(diǎn)

場(chǎng)強(qiáng)高溫的特點(diǎn)是指微波能在加熱的過(guò)程中，因受到電磁的影響，讓其在一定的作業(yè)范圍內(nèi)形成比較高的磁場(chǎng)，因此，在進(jìn)行此類(lèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)周?chē)沫h(huán)境，要先做好周?chē)h(huán)境的保護(hù)。另一種是在加熱的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生比較高的熱量，操作人員在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要注意做好防護(hù)措施，防止在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生不必要的意外。

3.3具有穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)

微波能加熱時(shí)利用物質(zhì)中的分子與原子的電荷不斷旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的一種加熱現(xiàn)象，這對(duì)于要加熱的物質(zhì)而言，是具有很強(qiáng)的穿透效果的，這種穿透效果可以作用于巖石礦物質(zhì)的內(nèi)部，因此，其穿透和作用是密不可分的。

3.4改善勞動(dòng)環(huán)境

使用微波能加熱，使得其操作程序更加簡(jiǎn)單方便，改善了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的工作環(huán)境，給相關(guān)的技術(shù)人員提供了一個(gè)安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。此外，簡(jiǎn)單程序的操作，有效地降低了操作人員的工作強(qiáng)度和工作量，改善了技術(shù)人員的工作條件。

4.在巖石礦物分析中的運(yùn)用

上面鎖闡述的關(guān)于微波能技術(shù)的使用原理和特點(diǎn)，是為了更好的應(yīng)用在巖石礦物的解析當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)操作如下：

（1）將200mg粉末倒人聚碳酸醋杯中，再加入5mL的水和2mL的氫氟酸，蓋蓋后放置在硼硅玻璃瓶的真空干燥器中。（2）將盛有50mL水的小燒杯進(jìn)行部分抽空，然后放置于微波爐加熱3min，之后取出干燥器，放在通風(fēng)柜中排出酸霧。（3）將分解試樣的杯子中加入1g的硼酸，加熱10min后過(guò)濾殘?jiān)?，將濾液稀釋到100mL，用ICP-AES的方法來(lái)測(cè)出試樣中的鋁、鋇等元素。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法是用來(lái)分析巖石礦物以及沉積物，在實(shí)際的應(yīng)用中，使用這種實(shí)驗(yàn)方法有很好的表現(xiàn)性和準(zhǔn)確度。

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)微波能加熱分解的方法與操作步驟是非常簡(jiǎn)單的，這種實(shí)驗(yàn)方法不僅可以方便相關(guān)的技術(shù)人員學(xué)習(xí)和操作，還有效地提高了分解的效率。另外，微波加熱試樣的過(guò)程中，要非常注意加熱時(shí)不應(yīng)該把樣品假的很熱或者蒸干樣品，否則會(huì)損失一些混發(fā)型元素。

很多的礦泥和濕的試料，比如采用微波干燥的方法可以在15min內(nèi)完成烘干的操作，這是傳統(tǒng)加熱不能做到的。比如20g碳酸鋇試樣，在105℃的電烘箱中烘干需要3h，然而使用微波烘干只需要15min。因?yàn)橐话愕暮娓煞椒ㄊ怯杀砻婷娴嚼锩婧娓傻?，而微波作用則是一起加熱的。

5.微波能在化學(xué)分析中的應(yīng)用前景

微波能由于自身的一些優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，使得微波能在現(xiàn)在已經(jīng)快速地發(fā)展起來(lái)，在化學(xué)分析的領(lǐng)域中，微波能憑借自身的特點(diǎn)，使用微波能加熱來(lái)分解巖、長(zhǎng)石、礦物、煤等。在我國(guó)，微波能研究所設(shè)計(jì)的面比較小，還內(nèi)有深度的挖掘微波分解，尤其是一些比較難分解的巖石、礦物。因此微波能分解技術(shù)還有待提高。我國(guó)微波能分解與國(guó)外相比是處于一個(gè)起步的階段的，我國(guó)對(duì)微波能的試驗(yàn)中的特點(diǎn)的研究還不夠深入，這就大大阻礙了微波能的推廣。因此，科研人員應(yīng)加強(qiáng)試驗(yàn)的研究，由此來(lái)更好的應(yīng)用在巖石礦物的分析中。

在化學(xué)領(lǐng)域中，微博能出了加熱意外，還有許多其他方面的研究和應(yīng)用，例如，微博等離子體和微波化學(xué)可以促進(jìn)一些化學(xué)試驗(yàn)的反應(yīng)。這種現(xiàn)象常見(jiàn)的有，微波等離子體可以促進(jìn)發(fā)射光譜，也可以促進(jìn)質(zhì)譜。也可以利用微波能來(lái)測(cè)定稀土溶液的濃度等。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)微波能產(chǎn)生活性氧灰化有機(jī)物根據(jù)帶線傳感器的測(cè)試原理的微波法測(cè)量原鹽含水量，由此可見(jiàn)，微波法在分析化學(xué)方面的有較為顯著的成果的，因此，我們應(yīng)當(dāng)不斷的探索和研究，來(lái)發(fā)掘出更多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

6.結(jié)論

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)微波熱效應(yīng)分解、烘干等研究應(yīng)用涉及的深度還不夠。有很多的難以分解的試樣，如硅酸鹽巖石、礦物等都需要深入研究。傳統(tǒng)的分解試樣的方式比較浪費(fèi)時(shí)間，而微波能熱效應(yīng)為解決難分解的問(wèn)題開(kāi)闊了新前景。微波能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱的方式，不僅提高分解的時(shí)效，還有利于推動(dòng)我國(guó)微波能技術(shù)的發(fā)展。