CN107430049A - 一种制备分析融合样品的方法和容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制备分析样品的容器与方法。容器包括用于接收包括收集材料和贵金属的样品的空腔，空腔适用于熔化样品并氧化收集材料。空腔包括由多孔材料限定的能够在被氧化和熔融时吸收收集材料的第一区域。空腔还包括由不能吸收熔融和氧化的收集材料的材料限定的第二区域。第二区域能够容纳一定体积的融合样品。所述容器被设置为当样品已经熔化并且由于第一区域的多孔材料的吸收而体积减小时，剩余样品的至少一部分仍保留在第二区域中。

Description

一种制备分析融合样品的方法和容器

技术领域

本发明涉及制备分析融合样品的方法和容器。

背景技术

为了确定矿物样品中稀有金属或贵金属的含量，通常需要对含有稀有金属或贵金属的矿物样品进行分析。分析贵金属矿物样品的一种方法涉及使用光谱技术，例如激光烧蚀法或光发射光谱法。在这些方法中，在分析之前，矿物样品首先与助熔剂熔合。样品制备通常包括将样品与助熔剂材料(例如极大的助熔剂材料)混合，并将所得混合物安置在坩埚中并放入炉子里加热以便形成熔融体。大量的助焊剂材料被还原成熔融铅，熔融铅会收集贵金属并沉淀到坩埚的底部。

可以采用一些方法将铅和贵金属从所得的矿渣中分离出来，以便形成铅扣。然后分析铅扣以确定分散在铅中的贵金属的量。可以通过使用光谱技术直接分析铅扣来确定贵金属的量。或者，铅扣可以放置在灰皿中并加热，铅被灰皿吸收，可以使用湿化学方法对所得到的颗粒进行称重或分析。

上述样品制备的问题涉及到包含在分离的铅扣中的贵金属经常是不均匀分布的。由于光谱分析技术通常仅检测小区域内样品中的贵金属含量，如果贵金属不均匀地分布在铅扣内，则可能会发生显著的误差。光谱技术基本上只能分析样品的外表面。此外，通常贵金属在铅中含量太少，低于检测底限。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种制备分析样品的容器，所述容器包括：所述容器包括：用于接收包含收集材料和贵金属的样品的空腔，所述空腔用于熔化样品并氧化所述收集材料，所述空腔包括：

由多孔材料限定的能够在被氧化和融化时吸收收集材料的第一区域；

由不能吸收熔融和氧化的收集材料的材料限定的第二区域，第二区域能够容纳一定体积的融合样品；

其中，所述容器被设置为当样品已经熔化并且由于第一区域的多孔材料的吸收而体积减小时，剩余样品的至少一部分仍保留在第二区域中。

在整个说明书中，除非上下文另有说明，否则术语“收集材料”是指在合适的温度下可以与贵金属形成合金的任何物质，从而“收集”它。例如，收集材料包括贱金属，如铅和银或硫化镍。这些术语也可以用于指氧化状态的物质，例如铅和氧化铅。

在本发明的一个具体实施方案中，所述容器的第一区域和第二区域被设置为使得收集材料被所述第一区域的多孔材料吸收，使得灰吹法时所述样品的量减少，直到所述样品基本上仅保留在所述第二区域，从而避免了收集材料的进一步吸收。

本发明的实施例具有如下优点：一旦第一区域中的收集材料被吸收并形成第二区域中的浓缩样品，则收集材料的吸收或“灰吹法”将自动停止。

第二区域可以从第一区域的底部延伸。进一步或替代地，第二区域可以位于第一区域下方。第二区域的体积小于第一区域。

容器可以是灰皿，并且第二区域可以完全包含在灰皿中并且从第一区域延伸。

在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则术语“灰皿”是指包含多孔材料的容器，该多孔材料能承受约1000-1200℃量级的温度。为了便于上下文的理解，灰皿通常用于火法精炼贵金属的技术中。

容器第一区域的多孔材料可以包括骨灰或氧化镁。第二区域可以由合适的陶瓷材料限定，其不能吸收熔融和氧化的收集材料，其可以是氮化硼，氧化铝或玻璃碳。

容器可以包括限定第二区域并从第一区域(通常从第一区域的底部)延伸的插入件。插入件可以是圆柱形的，具有封闭的底部和用于接收经由第一区域的样品的敞开的顶部。插入件可以被限定第一区域的材料包围。

在第二方面，本发明提供了一种制备分析样品的方法，所述方法包括：

制作本发明如上所述的容器；

将包含收集材料和贵金属的融合样品放置在容器的空腔中；

将容器中的样品加热到足以熔化的温度，并允许一部分融合样品被多孔材料吸收；

其中，所述容器被布置并且所述方法被进行，使得留在所述空腔中的所述融合样品的一部分缩到所述第二区域中，从而防止所述多孔材料进一步吸收。

在本发明的一个具体实施方案中，所述方法使得收集材料被所述第一区域的多孔材料吸收，减少了所述样品的量，直到所述样品基本上仅保留在所述第二区域中，从而避免所述收集材料被进一步自动吸收。

所述收集材料可以包括用作共收集材料的银。所述收集材料可以包括初级收集材料，其可以包括氧化铅中的铅。

在所述容器内加热所述样品的步骤包括所述收集材料的氧化。

所述方法在加热样品期间，通过改变所述容器周围环境的性质，以增加或减少所述容器吸收所述收集材料的速率。

所述改变环境包括加入氧气以便增加收集材料的氧化程度，从而增加被氧化的收集材料被吸收的速率。

所述方法在停止吸收所述收集材料之后，将剩余的样品倒入模具中，例如冷模。进一步的，冷模可以是样品容纳器，使得可以随后分析样品容纳器中的剩余样品。

在第三方面，本发明提供了一种制备分析样品的方法，所述方法包括：

将灰皿中的包含收集材料和贵金属的融合样品加热到足以熔化所述融合样品的温度，以便所述收集材料的至少一部分被灰皿吸收；

灰皿在预定时间后自动停止吸收所述收集材料，以便剩余样品包含所述收集材料的一部分。

所述灰皿停止吸收所述收集材料的步骤包括在所述预定时间后降低炉子的温度，或者在预定时间后将所述灰皿从所述炉中取出。

或者，孔可以是位于灰皿底部的凹槽，不贯穿底部。该凹槽的直径小于该灰皿的直径。例如，凹槽的直径大约为5到10mm，或者大约为灰皿的5-10％，10-20％或20一30％。所述凹槽的内部容积可以比所述灰皿内部容积少1％，1-2％，2-5％，5％-10％或10-20％。当灰皿中的样品被吸收时，样品量减少，直到样品仅位于凹槽中。由于凹槽的表面积明显小于灰皿的内部总面积，所以灰吹法(吸收)减慢，使得更容易控制样品剩余体积和铸造样品的时间。

在本发明的第四方面，提供一种用于自动准备分析样品的系统，所述系统包括：

炉子，具有位于所述炉子内部的至少一个接收站和便于进入所述接收站的入口；

如上所述的容器，被设置为由所述接收站或相应的接收站接收；

用于使容器相对于炉子移动的装载机构；

以及用于控制装载机构的控制器。

所述控制器还被设置为在预定时间后改变炉子的启动操作参数。炉子操作参数的改变可以通过降低炉子内部的温度，或者打开或关闭所述入口。

所述控制器被设置为所述容器在预定时间后自动加载或卸载。

所述系统还包括用于在其内倾倒容器内的内容物的另一容器，例如冷模。

下面，将结合参考附图对本发明的具体实施方案进行描述，以便更充分地理解本发明。

附图说明

图1是示出本发明实施例方法的流程图；

图2是示出本发明另一实施例方法的流程图；

图3a是本发明实施例的灰皿的平面图；

图3b是图3a所示灰皿的横截面图；

图3c是图3a和3b所示灰皿的透视截面图；

图4a和4b是本发明实施例系统的透视图。

具体实施方式

本发明涉及一种制备分析矿物样品的方法和容器，例如光谱分析，以确定样品中的贵金属的含量。

用于光谱分析的矿物样品通常与助熔剂和收集材料在分析之前先熔合。助熔剂可用于降低熔点并赋予样品均匀流动性。助熔剂还可以包含收集材料，例如锂电池和银。然后将样品与助熔剂的混合物放入炉子中加热至约1000℃以便形成熔体。熔渣漂浮在熔体的顶部，收集材料与样品中的贵金属合金沉入底部，形成熔融收集和贵金属的熔池，然后将熔池与熔渣分离并迅速冷却，直至形成均质按扣。

然后，通常直接在按扣上进行光谱分析。适用的光谱分析技术包括激光烧蚀，光发射光谱或X射线荧光(XRF)。然而，这样做的问题在于，按扣的不均匀性可能产生不准确的分析结果，例如，如果按扣不是通过快速冷却形成，这可能在光谱分析过程中出现问题，光谱分析通常仅测量样品的一小部分面积。结果，如果贵金属在按扣内分布不均，则会发生显著的错误。此外，样品中的杂质也可能对分析结果产生干扰。

参考图1，现在描述本发明实施例的方法100。方法100包括将灰皿中的包含收集材料和贵金属的融合样品加热到足够温度，以熔化融合样品并氧化收集材料，使收集材料的至少一部分被灰皿吸收(步骤102)。

在本发明的具体实施方案中，样品是含有铅和贵金属的融合样品。更具体地，样品来自融合过程，其中矿物样品与助熔剂和收集材料(在该实施例中为铅)结合，并在坩埚中加热以熔化样品。在此过程中，收集材料(铅)熔化并氧化，收集贵金属并沉淀在坩埚的底部。银也可以作为共收集材料。然后可以将铅和贵金属与熔渣分离，形成融合样品或“铅扣”。贵金属可以包括但不限于金、银、铂、钯、钌和铑。

方法100还包括所述灰皿吸收氧化铅的过程在预定时间后自动停止，以便剩余样品包含原始铅的一部分(步骤104)。

该灰皿包括诸如骨灰或氧化镁的多孔材料。在步骤102中，将灰皿和按扣在炉子中加热至约1000-1200℃。在此过程中，由于与进入炉内的氧气反应，铅会被氧化。然后，氧化铅通过毛细作用熔化并扩散到灰皿的孔中，从而与贵金属分离。贵金属由于未被吸收而析出。

如果步骤102中的加热持续足够长的时间，最终所有样品中的铅都会被氧化并被灰皿吸收，从而形成具有极高纯度的贵金属“珍珠”。然而，由方法100可知，步骤104执行在上述情况可能发生之前，即铅的氧化不会继续进行。在预定时间后导致，灰皿吸收收集材料的过程会停止，使得收集材料的一部分仍然保留在灰皿中。换句话说，方法100仅允许部分灰吹法处理。

因此，方法100增加贵金属的浓度，有利于样品分析。此外，通过进行部分灰吹法处理，也可以通过灰皿材料吸收样品和焊剂的混合物中的杂质(杂质在光谱分析期间会引起干扰)以便将杂质去除。

步骤104中的使得灰皿吸收收集材料(氧化铅)的过程自动停止的方法，可以是采用在预定时间后减少炉子的温度或者将灰皿从炉子内取出的方法。

在另一个实施方案中，方法100的步骤102可以包括在加热样品期间改变灰皿周围的环境，以增加或降低灰皿吸收氧化铅的速率。在一个实施例中，改变环境包括将氧气引入到用于加热灰皿的炉内部，以便增加铅的氧化，从而相应增加氧化铅被吸收的速率。将氧气引入炉子可以将预定量的氧气注入炉子中，或者将炉门打开预定时间以便炉外的空气流入。

在本发明的一个具体实施例中，所述灰皿具有位于所述灰皿的底部中的凹槽。该凹槽的直径远小于该灰皿的直径。例如，凹槽的直径可以大约为5-10mm。当样品的收集材料被灰皿吸收时，样品的量减少，直到样品完全位于凹槽中。由于凹槽的表面积要小很多，所以灰吹法过程(吸收)显著减慢，更容易控制剩余样品的体积和铸造样品的时间。

参考图2，现在描述本发明另一实施例的制备样品的方法200，具体涉及到铅扣形式的融合样品。

方法200包括提供具有空腔的容器，该空腔具有由多孔材料限定的能够在被氧化和熔融时吸收收集材料的第一区域，以及由不能吸收熔融和氧化的收集材料的材料限定的第二区域，第二区域能够容纳一定体积的融合样品(步骤202)。下面，将参照图3(a)、(b)和(c)更详细地描述该容器。在实施例中，收集材料是铅，样品是融合样品或“铅扣”。

方法200还包括将包含贵金属的融合样品或铅扣放置在空腔中(步骤204)。

此外，方法200包括将灰皿中的铅扣加热到足以熔化铅扣的温度，并且允许氧化的铅被多孔灰皿材料吸收，从而减小铅扣的体积，其中容器是以下方式布置，使得样品的剩余部分完全退回到第二区域，防止被多孔材料进一步吸收(步骤206)。

方法200类似于方法100，因为两种方法都包括加热容器中的样品，并且在预定时间内尽早地使铅收集材料的吸收停止。因此，在本发明两种方法中，比起未采用部分灰吹法的步骤来说，待分析的剩余样品仍然包含铅收集材料的一部分，贵金属更加精纯，样品中的杂质更少。

然而，在方法200中，容器采用防止铅收集材料进一步被吸收的结构。

在如上所述的实施方案中，在将矿物样品与含有主要收集材料(通常为铅)的助熔剂熔合时，可以将银添加到助熔剂中以用作共收集材料。银可以以金属或银盐的形式加入。在熔融过程结束时，通常主要由铅组成的被分离的收集材料将包含所有的银以及所有其它收集的贵金属。对于与助焊剂熔融的矿物样品来说，该助焊剂除了铅之外，还含有作为共收集的银，，灰吹法可以持续足够长的时间，以便所有的铅被氧化并被灰皿的多孔体吸收，直到在灰皿中只留下一个包含被收集的贵金属的银珠。然后对该银珠进行分析，例如进行光发射光谱分析。此外，当收集材料包含铅和作为共收集材料的银时，方法100或200还可以包括允许所有铅被氧化，以便只有银共收集和被收集的贵金属保留在灰皿中。然后可以使用光谱法分析银和其他贵金属，如激光烧蚀或光发射光谱法。

参考图3a至3c，在一个实施例中描述可用于方法200的灰皿300。图3b和3c示出了通过图3a所示的切面A-A的剖视图。灰皿300包括用于接收待部分灰吹处理的材料的空腔302。待接收的材料可以是包括已经收集的贵金属的铅扣，如方法100和200的情况。空腔302包括第一区域304和第二区域306。

第一区域304由能够吸收被氧化和熔融的铅的多孔材料限定。多孔材料可以与适用于方法100的灰皿的材料相同，例如骨灰/氧化镁。

第二区域306由大部分不可渗透的材料限定。在该实施例中，第二区域包括环壁308和底部。第二区域306能够容纳一定体积的融合样品。

第一和第二区域304和306是以以下方式布置，使得在使用中，当混合物由于多孔材料吸收收集材料而体积减小时，融合样品的剩余部分完全退回到第二区域306中。结果，防止了融合样品被第一区域304的多孔材料进一步吸收。

在该特定实施例中，当灰皿300竖立时，第二区域306位于第一区域304下方并且从第一区域304的底部延伸。换句话说，第一区域304的开放底部310邻近第二区域306的开放顶部312并相连通，从而允许第一和第二区域304和306之间的流体流通。在一个实施例中，第一区域304被构造成具有内凹弯曲的内表面314，并且第二区域304是圆柱形的，如图3a-3c所示。第二区域306的体积比第一区域304小。

此外，第二区域306的环壁308可以是插入件316的形式，特别是圆柱形的插入件，其包括底318和从底向上延伸的侧壁320。因此，插入件316可以与灰皿300的的主体分别制造，然后再组装在一起。

制造灰皿300时，可以首先形成完全由骨灰或氧化镁制成的灰皿状体300的主体，主体带有用于容纳插入件316的空腔302。然后，将插入件316放置在空腔302的相应部分中。插入件316可以由任何合适的材料制成，例如陶瓷，其可承受约1000-1200℃的温度，并且不会吸收收集材料或与收集材料反应。

在替代实施例中，用于方法200的容器可以由灰皿和由不可渗透材料制成的坩埚组合而成。例如，灰皿可以具有贯穿灰皿底端的纵向孔，坩埚连接到灰皿的底端，并密封由于孔而产生的开口。坩埚可以被装配在孔内，使得坩埚的底端与灰皿的底端平齐。或者，坩埚可以与灰皿的外表面连接，从而形成灰皿的附加件。方法200中使用上述容器组件的优点在于：可以准确地获得用于后续分析的一致体积或所需量的样品。换句话说，方法200可以产生具有相同预定体积的多个样品，从而实现更有效的贵金属测定方法。

在另外的实施例中，方法100和200可以分别包括在步骤104和206之后，将剩余样品倒入冷模中。因此，在收集材料的吸收停止之后，或者换句话说，完成了部分灰吹法过程后，在分析贵金属含量之前，使剩余的样品在冷模中冷却并固化。在实施例中，冷模还可作为用于随后进行光谱或其它分析的样品容纳器。冷模可以采用任何适用的形状。

参考图4a和4b，现在描述本发明实施例的系统400。系统400能够自动化制备用于分析以便确定贵金属含量的矿物样品。系统400可以用于方法100或200中。系统400包括炉子402，装载机构404和用于控制系统的至少一个部件(包括加载机构)的控制器。

炉子402包括位于炉子402内部的接收站。接收站能够接收包含相应样品的合适的容器或灰皿。例如，由相应的接收站接收的每个容器可以是如上所述的灰皿300的形式，并且进一步被配置为由接收站接收。炉子400还包括便于接近接收站的入口。例如，入口可以是门。

可以提供多个接收站404，使得可以自动化的制备一个样品或一批样品。需要说明的是，接收站404的数量仅是示例性的，炉子402可以容纳任何数量的接收站。

控制器能够控制系统400中的各个组件，至少能够控制装载机构404执行相应处理任务。任务包括装载，卸载和将容器的内容物倾倒到另一个容器中。如图4a和4b所示，装载机构404可以相对炉子固定，也可以相对炉子移动，以便执行上述这些任务。

在一个示例中，控制器被设置成容器在预定时间后可以自动加载或卸载。换句话说，控制器可以被编程并执行与加载和卸载容器有关的预定的运动。例如，机构404可被编程为当容器和相应样品已经在炉子402内加热预定的时间时，将容器从炉子402中取出并将容器内的样品倾倒在模具内。样品在模具中冷却后，可以分析样品的贵金属含量。机构404可以按顺序地对炉子中的每个容器执行上述任务，从而使过程自动化。

在另一实施例中，控制器还被设置成在满足预定的时间或其他条件之后改变炉启动的操作参数。炉的操作参数可以包括炉内温度的降低，以及入口的打开或关闭。炉子402可以包括控制电子器件以便与控制器通信，使得控制器可以控制这些改变。例如，炉子可以包括电子温度传感器和/或定时器。一旦达到预先设定的温度和/或持续时间条件，控制器就可以使炉子自动减少或停止对容器和样品的加热。然后，控制器可以控制装载机构执行卸载和倾倒等任务。

炉子402包括壳体和用于将壳体的内部加热到足以使每个样品熔化的温度的加热器。进一步的，在一个实施例中，接收站是位于平台上的孔或凹槽，其尺寸适于容纳相应的容器。

在另一示例中，炉子402包括在其上或其内设置接收站的旋转平台或转盘。转盘可以被设置为接收多个(例如六个)接收站，多个接收站围绕转盘的其纵向中心轴设置。

转盘有助于相对接收站移动容器，特别是将容器放在炉子上和移动。因此，当需要将容器放置在特定接收站中或从特定接收站移除时，转盘旋转，使得接收站相对于炉子402移动到加载/卸载位置。然后，通过入口，炉子402允许机构404在相应的接收站放下或移除容器。

对本领域普通技术人员来说，对上述的显而易见的修改和改变将被认为在本发明的范围内，其性质将从上述描述和所附权利要求确定。例如，第一和第二区域304和306可以具有上述特定实施例的替代形状和构造。

Claims (21)

1.一种用于制备分析样品的容器，其特征在于，所述容器包括：用于接收包含收集材料和贵金属的样品的空腔，所述空腔用于熔化样品并氧化所述收集材料，所述空腔包括：

由能够在被氧化和熔融时吸收收集材料的多孔材料限定的第一区域；

由大体上不能吸收熔化和氧化的收集材料的材料限定的第二区域，第二区域能够容纳一定体积的融合样品；

其中，所述容器被设置为，当样品已经熔化并且由于第一区域的多孔材料的吸收而使体积减小时，剩余样品的至少一部分仍保留在第二区域中。

2.根据权利要求1所述的容器，其特征在于，所述容器第一区域和第二区域被设置为，使收集材料被所述第一区域的多孔材料吸收，在灰吹法融化期间减少所述样品量，直至所述样品基本上仅保留在所述第二区域，从而避免收集材料被进一步吸收。

3.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，所述第二区域从所述第一区域的底部延伸，且在使用中使其定位在所述第一区域下方。

4.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其特征在于，所述第二区域的体积小于所述第一区域的体积。

5.根据前述权利要求中任一项所述的容器，其特征在于，所述容器为灰皿。

6.一种制备分析样品的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供上述权利要求中任一项所述的容器；

将包含收集材料和贵金属的熔合样品放置在容器的空腔中；

将容器中的样品加热到足以熔化的温度，并允许一部分融合样品被多孔材料吸收；

其中，通过布置所述容器并执行所述方法，使留在所述空腔中的所述一部分融合样品退缩到所述第二区域中，从而防止其被所述多孔材料进一步吸收。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过执行所述方法，使收集材料被所述第一区域的多孔材料吸收，减少所述样品量，直至所述样品基本上保留在所述第二区域中，从而避免其被所述收集材料进一步自动吸收。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述收集材料包括用作共收集材料的银。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述容器内加热所述样品的步骤包括所述收集材料氧化。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在加热样品期间通过改变所述容器周围环境性质，增加或减少所述容器吸收所述收集材料的速率。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述改变环境包括加入氧气以便增加收集材料的氧化程度。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在停止所述收集材料吸收之后，将剩余的样品倒入模具中。

13.一种制备分析样品的方法，其特征在于，所述方法包括：

将灰皿中包含收集材料和贵金属的熔合样品加热到足以熔化所述熔合样品的温度，并由所述灰皿吸收至少一部分所述收集材料：

灰皿在预定时间后自动停止吸收所述收集材料，以便剩余样品包含一部分所述收集材料。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述灰皿停止吸收所述收集材料的步骤包括在所述预定时间段后降低炉的温度，或者在预定时间后将所述灰皿从所述炉中取出。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述灰皿的底部具有凹槽。

16.根据权利要求15所述的方法，通过执行所述方法，使所述收集材料被吸收，直至剩余样品基本上被定位在所述凹槽中，从而降低灰吹法融化的进展速率。

17.一种用于自动制备分析样品的系统，其特征在于，所述系统包括：

炉子，具有位于所述炉子内部的至少一个接收站和便于进入所述接收站的入口；

权利要求1至5中任一项所述的容器，被配置成由所述接收站或相应的接收站接收；

用于使容器相对于炉子移动的装载机构；

以及用于控制装载机构的控制器。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述控制器还被设置成在预定时间段后开始改变炉子的操作参数。

19.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述控制器被设置成在预定时间段后降低所述炉子内的温度。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被设置成在预定时间段后自动加载或卸载所述容器。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还被配置成将容器内的内容倒入冷模中。