熔融分解是利用酸性或堿性熔劑與試樣混合,在高溫下進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng),將試樣中的全部組分轉(zhuǎn)化為易溶于水或酸的化合物(如鈉鹽、鉀鹽、硫酸鹽及氯化物等)。由于熔融時反應(yīng)物的濃度和溫度都比用溶劑溶解時高得多,所以分解試樣的能力比溶解法強得多。但熔融時要加入大量熔劑(約為試樣重的6~12倍),因而熔劑本身的離子和其中的雜質(zhì)就帶入試液中,另外熔融時坩堝材料的腐蝕,也會使試液受到沾污,所以盡管熔融法分解能力很強,也只有在用溶劑溶解不了時才應(yīng)用。熔融法分酸熔法和堿熔法兩種。
(1)酸熔法 常用的酸性熔劑有焦硫酸鉀(K2S2O7)和硫酸氫鉀(KHSO4)。硫酸氫鉀灼燒后失去水分,亦生成焦硫酸鉀,
2KHSO4=K2S2O7+H2O
所以,兩者的作用是相同的。焦硫酸鉀在420℃以上分解產(chǎn)生SO3,
K2S2O7=K2SO4+SO3
這類熔劑在300℃以上即可與堿性或中性氧化物發(fā)生反應(yīng),生成可溶性硫酸鹽。例如金紅石(主成分為TiO2)被K2S2O7分解的反應(yīng)為:
TiO2+2K2S2O7=Ti(SO4)2+2K2SO4
K2S2O7常被用來分解鐵、鋁、鈦、鋯、鈮、鉭的氧化物類礦,以及中性和堿性耐火材料。
用K2S2O7熔融時,溫度不宜過高,時間不宜太長,以免SO3大量揮發(fā)和硫酸鹽分解為難溶性氧化物。熔融后,將塊冷卻,加少量酸后用水浸出,以免某些易水解元素發(fā)生水解而產(chǎn)生沉淀。
(2)堿性熔法 酸性試樣如酸性氧化物(硅酸鹽、粘土)、酸性爐渣、酸不溶殘渣等,均可采用堿熔法。
常用的堿性熔劑有Na2CO3(熔點852℃)、K2CO3(熔點891℃),NaOH(熔點328℃),KOH(熔點360℃),Na2O2(熔點460℃)和它們的混合熔劑。
① Na2CO3或K2CO3經(jīng)常把兩者混合使用,這樣熔點可降到700℃左右,用來分解硅酸鹽、硫酸鹽等。如分解鈉長石(NaAlSi3O8)和重晶石(BaSO4)。
NaAlSi3O8+Na2CO3=NaAlO2+3Na2SiO3+3CO2↑
BaSO4+Na2CO3=BaCO3+Na2SO4
用碳酸鹽熔融時,空氣可以把某些元素氧化成高價狀態(tài),為了使氧化更完全,有時用Na2CO3+KNO3的混合熔劑。它可分解含硫、砷、鉻的礦物,將它們氧化為SO42-、AsO43-、CrO42-。
常用的混合熔劑還有Na2CO3+S,用來分解含As、Sb、Sn的礦石,把它們轉(zhuǎn)化為可溶的硫代酸鹽。如錫石(SnO2)的分解反應(yīng)為:
2SnO2+2Na2CO3+9S=2Na2SnS3+3SO2↑+2CO2↑
② Na2O2:Na2O2是強氧化性、強腐蝕性的堿性熔劑,能分解許多難溶物質(zhì),如鉻鐵、硅鐵、錫石、獨居石、黑鎢礦、輝鉬礦等,能把其中大部分元素氧化成高價狀態(tài)。有時為了減緩作用的劇烈程度,可將它與Na2CO3混合使用。用Na2O2作熔劑時,不應(yīng)讓有機物存在,否則極易發(fā)生爆炸。
③ NaOH或KOH:NaOH或KOH都是低熔點強堿性熔劑,常用于鋁土礦、硅酸鹽等的分解。
在分解難溶礦物時,可用NaOH與少量Na2O2混合,或?qū)aOH與少量KNO3混合,作為氧化性的堿性熔劑。
④ 混合熔劑燒結(jié)法(或稱混合熔劑半熔法):此法是在低于熔點的溫度下,讓試樣與固體試劑發(fā)生反應(yīng)。和熔融法比較,燒結(jié)法的溫度較低,加熱時間較長,但不易損壞坩堝,可在瓷坩堝中進(jìn)行。
常用的半熔混合劑有:
2份MgO+3份Na2CO3
1份MgO+2份Na2CO3
1份ZnO+2份Na2CO3
它們被廣泛用來分解礦石或做煤中全硫量的測定。MgO或ZnO的作用在于:熔點高,可預(yù)防Na2CO3在灼燒時熔合;試劑保持著松散狀態(tài),使礦石氧化得更快、更完全;反應(yīng)產(chǎn)生的的氣體也容易逸出。
(3)坩堝材料的選擇 由于熔融是在高溫下進(jìn)行的,而且熔劑又具有極大的化學(xué)活性,所以選擇進(jìn)行熔融的坩堝材料就成為很重要的問題。在熔融時不僅要保證坩堝不受損失,而且還要保證分析的準(zhǔn)確度。