Preparation and Certification of Nickel Ore and Nickel Concentrate Reference Materials
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摘要: 我国镍矿石与镍精矿标准物质较少，镍矿石成分分析标准物质仅有1个，镍含量较高(4.33%)，当前已有的标准物质基本用尽，且国际上尚没有镍精矿标准物质。本文研制了3个镍矿石标准物质(GNi-1、GNi-2、GNi-3)和2个镍精矿标准物质(GNi-4和GNi-5)。标准物质候选物采自吉林省红旗岭镍矿，将样品粉碎至粒度小于0.074 mm，针对样品硫化物含量较高的特点，在样品加工过程中采用低温和球磨机中充满氩气的保存方法，防止加工过程中产生热量导致硫化物发生氧化，提高样品长期稳定性。采用X射线荧光光谱和电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)对样品的均匀性进行检验，F的实测值小于临界值，相对标准偏差较小，样品均匀性良好；两年内4次测定的分析结果无方向性变化趋势，统计计算结果显示稳定性良好。19家实验室对此批标准物质进行联合定值，Ni采用经典分光光度法、容量法与重量法测定，微量元素采用ICP-AES和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等技术测定，依照ISO导则35和国家一级标准物质研制规范，3个镍矿石标准物质给出了Ni、Cu、S等23种组分的标准值与不确定度；2个镍精矿标准物质的19种组分给出标准值与不确定度，4种组分给出参考值。镍矿石标准物质中镍的含量分别为0.11%、0.33%、1.02%；镍精矿标准物质中镍的含量分别为5.93%、9.01%，形成一个从边界品位、工业品位至镍精矿较为完整的含量系列，能够满足镍矿勘查和选冶对标准物质的需求。Abstract: The only available nickel ore reference material in China, which has a Ni content of 4.33%, is currently out of stock. Therefore, three nickel ore reference materials (GNi-1, GNi-2 and GNi-3) and two nickel concentrate reference materials (GNi-4 and GNi-5) have been developed and are described in this paper. The samples of nickel ore and nickel concentrate were collected from the Hongqiling Nickel deposit in Jilin province. The samples were crushed and sieved to less than 20 mesh and ground for 48 hours in a high alumina ball mill, which was filled with Ar gas in order to avoid oxidization of the sulfide, until the particles were less than 0.074 mm. The samples are stored at temperatures below 8℃. The homogeneity was tested by WD-XRF and ICP-AES, and the relative standard deviation was less than 1.0%. The F-test result, which was less than the threshold value, showed that all five samples were homogeneous. Good stability was verified by repeating the analysis four times within two years without any changes. Nineteen laboratories were involved in the inter-laboratory programme and provided 2002 values for 23 oxides and elements. Classical chemical methods such as Spectrophotometry, Volumetry and Gravimetric Analysis, were taken as the dominant methods in the determination of Ni, Cu and major oxides (SiO2, S, and Al2O3 etc). Minor and trace elements were determined by ICP-AES, ICP-MS and AAS. The estimation of certified values and uncertainty conform to ISO guide 35 and Technical Norms of Primary Reference Materials. 23 components of nickel ore were characterised as certified values. Ni concentrations for GNi-1, GNi-2 and GNi-3 were 0.11%, 0.33% and 1.02%, respectively. 19 components of nickel concentrates were characterized as certified values, 4 components were taken as reference values. Ni concentrations for GNi-4 and GNi-5 were 5.93% and 9.01%. The Ni concentrations which were selected from cut-off grade to industrial grade, have a good range and meet the requirements as the reference materials for nickel exploration and metallurgy.
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Key words:
- nickel ore /
- nickel concentrate /
- reference materials /
- certified value /
- uncertainty
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表 1 XRF测定镍矿石与镍精矿标准物质GNi-1～GNi-5的均匀性检验结果
Table 1. Analytical results of homogeneity test by XRF for nickel ore and nickel concentrates reference materials GNi-1～GNi-5
样品编号 分析项目 S Co Cr Cu Mn Nb Ni Pb Zn GNi-1
(镍矿石)x 42.49 2.79 4.92 3.24 7.51 3.69 6.61 5.38 1.54 s 0.28 0.015 0.03 0.03 0.027 0.031 0.038 0.031 0.014 RSD/% 0.65 0.55 0.60 0.91 0.36 0.83 0.57 0.58 0.93 F实测值 1.61 0.93 1.60 1.20 0.83 1.14 1.08 1.20 1.62 GNi-2
(镍矿石)x 86.2 3.83 8.17 5.79 8.37 3.32 18.19 5.13 1.39 s 0.49 0.017 0.042 0.04 0.026 0.045 0.088 0.027 0.013 RSD/% 0.57 0.44 0.52 0.68 0.31 1.37 0.49 0.54 0.96 F实测值 1.13 1.09 1.60 1.55 1.32 0.77 1.75 1.44 1.62 GNi-3
(镍矿石)x 189.7 5.9 8.05 11.14 8.36 3.07 45.93 4.4 1.28 s 1.17 0.024 0.041 0.097 0.038 0.014 0.22 0.019 0.009 RSD/% 0.62 0.41 0.51 0.87 0.46 0.45 0.48 0.42 0.68 F实测值 1.03 1.23 0.80 1.28 0.97 1.42 1.28 1.64 1.81 GNi-4
(镍精矿)x 830 15.6 5.47 61.66 4.65 1.57 160.2 3.32 1.14 s 3.03 0.037 0.025 0.17 0.018 0.013 0.43 0.019 0.013 RSD/% 0.36 0.24 0.46 0.28 0.40 0.86 0.27 0.57 1.14 F实测值 1.76 1.89 0.73 1.01 1.43 0.79 1.06 0.98 1.03 GNi-5
(镍精矿)x 1265 20.2 3.51 83 2.65 1.27 203.9 3.05 1.18 s 3.7 0.055 0.019 0.233 0.013 0.013 0.565 0.028 0.013 RSD/% 0.30 0.27 0.54 0.28 0.47 1.05 0.28 0.91 1.11 F实测值 1.03 0.73 1.76 1.40 1.11 0.76 0.77 1.16 1.40 注：x为XRF测定的相对强度的平均值，单位为kcps；s为标准偏差，单位为kcps；RSD为相对标准偏差。 
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表 2 ICP-AES测定GNi-1~GNi-5均匀性检验结果(取样量0.1 g)
Table 2. Analytical results of homogeneity test by ICP-AES for nickel ore and nickel concentrates reference materials GNi-1～GNi-5 (0.1 g of sampling mass)
样品编号 分析项目 Ba Mn Ni Ti Cu Co Fe2O3 GNi-1
(镍矿石)x 367 1019 1130 4055 345 46 8.64 s 8.8 26.1 26 114 16 2.24 0.21 RSD/% 2.40 2.56 2.30 2.82 4.67 4.84 2.46 F实测值 0.88 1.82 0.90 1.28 1.19 1.04 1.66 GNi-2
(镍矿石)x 227 1077 3360 2946 690 97.4 10.49 s 6.7 33 92 91 31.9 3.1 0.32 RSD/% 2.95 3.09 2.73 3.1 4.63 3.14 3.01 F实测值 0.88 0.89 0.76 1.01 0.94 0.93 0.79 GNi-3
(镍矿石)x 208 1121 9954 3743 1715 257.2 14.57 s 5.27 29 328 119 106 9.3 0.4 RSD/% 2.54 2.57 3.29 3.17 5.16 3.61 2.71 F实测值 0.81 0.88 1.12 1.06 0.93 0.95 0.86 GNi-4
(镍精矿)x 82.96 621.5 58727 1130 1.36 1238 34.75 s 2.31 16.2 1346 42 0.076 53.8 0.9 RSD/% 2.79 2.61 2.29 3.7 5.56 4.35 2.6 F实测值 1.00 1.2 0.85 0.77 1.09 0.97 1.24 GNi-5
(镍精矿)x 20.5 280.3 90770 227.6 2.33 2005 48 s 1.04 7.29 2252 15.2 0.18 98 1.3 RSD/% 5.08 2.60 2.48 5.68 5.91 4.91 2.71 F实测值 0.85 1.19 1.20 0.96 1.23 1.15 0.97 注：x为ICP-AES测定25次的平均值，Ba、Mn、Ni、Ti、Cu、Co单位为wB/(μg·g-1)，Fe2O3的单位为wB/%；s为标准偏差；RSD为相对标准偏差。
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表 3 镍矿石与镍精矿标准物质稳定性检验结果
Table 3. Stability test for nickel ore and nickel concentrate reference materials
元素 测定时间 w/% GNi-1 GNi-2 GNi-3 GNi-4 GNi-5 Ni 标准值 0.11±0.01 0.33±0.02 1.02±0.04 5.93±0.10 9.01±0.13 2009年12月 0.110 0.33 1.04 5.89 8.93 2010年7月 0.111 0.33 1.02 5.92 9.02 2010年11月 0.110 0.33 1.03 5.82 8.92 2011年11月 0.113 0.33 1.03 5.96 8.99 b1 0.0001 0.00000001 0.00000002 0.000002 0.00007 t0.05×s(b1) 0.0002 0.00030938 0.00215776 0.015536 0.02626 S 标准值 0.74±0.06 1.53±0.06 3.78±0.07 18.14±0.41 27.83±0.65 2009年12月 0.78 1.58 3.78 18.46 28.21 2010年7月 0.73 1.52 3.82 17.95 27.61 2010年11月 0.74 1.53 3.81 18.27 27.67 2011年11月 0.72 1.52 3.74 18.07 27.92 b1 0.0021 0.000006 0.000001 0.000009 0.0006 t0.05×s(b1) 0.0045 0.007558 0.010589 0.085252 0.0969 SiO2 标准值 54.89±0.29 52.38±0.30 46.91±0.21 27.45±0.18 14.13±0.22 2009年12月 55.01 52.30 46.99 27.24 13.94 2010年7月 54.71 52.27 46.76 27.50 14.05 2010年11月 54.87 52.37 46.89 27.32 14.04 2011年11月 54.78 52.375 46.85 27.47 14.19 b1 0.007 0.0000002 0.0000004 0.000006 0.00003 t0.05×s(b1) 0.033 0.0031067 0.0060386 0.008995 0.01627 CaO 标准值 4.58±0.10 4.02±0.08 4.70±0.10 2.55±0.04 1.16±0.04 2009年12月 4.67 4.05 4.78 2.41 1.06 2010年7月 4.51 3.98 4.64 2.50 1.12 2010年11月 4.58 3.99 4.72 2.58 1.14 2011年11月 4.59 4.01 4.71 2.50 1.11 b1 0.002 0.00004 0.00003 0.00004 0.00003 t0.05×s(b1) 0.019 0.01321 0.02239 0.03029 0.01084 Fe2O3 标准值 8.58±0.10 10.71±0.10 14.69±0.12 34.71±0.32 48.37±0.38 2009年12月 8.59 10.74 14.66 34.85 49.11 2010年7月 8.65 10.78 14.52 34.74 48.16 2010年11月 8.56 10.72 14.80 34.85 48.68 2011年11月 8.62 10.72 14.62 34.64 48.33 b1 0.0002 0.0001 2.70 0.0003 0.00004 t0.05×s(b1) 0.0115 0.0347 8.17 0.0696 0.04605 元素 测定时间 w/(μg·g-1) GNi-1 GNi-2 GNi-3 GNi-4 GNi-5 Co 标准值 49±2 104±5 262±9 0.13±0.01* 0.20±0.01* 2009年12月 48 102 257 0.14 0.20 2010年7月 47 102 268 0.13 0.20 2010年11月 50 108 259 0.14 0.21 2011年11月 50 104 263 0.13 0.20 b1 0.094 0.002 0.0004 0.0000003 0.0000001 t0.05×s(b1) 0.319 0.197 0.1373 0.0000606 0.0012403 Cu 标准值 330±11 681±20 0.16±0.01* 1.52±0.04* 2.47±0.06* 2009年12月 327 672 0.17 1.55 2.49 2010年7月 350 701 0.16 1.56 2.49 2010年11月 343 691 0.16 1.54 2.48 2011年11月 336 678 0.16 1.51 2.48 b1 0.16 0.0009 0.0000001 0.0000002 0.0000006 t0.05×s(b1) 2.92 0.1041 0.0000195 0.0050863 0.0014736 Cu 标准值 330±11 681±20 0.16±0.01* 1.52±0.04* 2.47±0.06* 2009年12月 327 672 0.17 1.55 2.49 2010年7月 350 701 0.16 1.56 2.49 2010年11月 343 691 0.16 1.54 2.48 2011年11月 336 678 0.16 1.51 2.48 b1 0.16 0.0009 0.0000001 0.0000002 0.0000006 t0.05×s(b1) 2.92 0.1041 0.0000195 0.0050863 0.0014736 Pb 标准值 21±1 25±3 25±2 77±4 116±4 2009年12月 20 22 23 78 117 2010年7月 22 24 25 81 117 2010年11月 22 24 25 76 114 2011年11月 21 25 25 77 116 b1 0.030 0.005 0.005 0.0002 0.0004 t0.05×s(b1) 0.271 0.314 0.202 0.4190 0.0557 Mn 标准值 960±30 0.11±0.01* 0.11±0.01* 614±24 295±23 2009年12月 966 0.11 0.11 597 276 2010年7月 960 0.10 0.11 625 306 2010年11月 965 0.10 0.11 617 294 2011年11月 963 0.11 0.11 612 304 b1 0.08 0.000000005 0.0000 0.00 0.0003 t0.05×s(b1) 0.77 0.000015959 0.0000 2.92 0.0596 V 标准值 102±7 93±6 112±7 61±6 30±6 2009年12月 101 94 112 59 27 2010年7月 108 98 118 70 36 2010年11月 99 91 112 62 31 2011年11月 101 92 113 63 29 b1 0.093 0.001 0.0008 0.0009 0.005 t0.05×s(b1) 1.152 0.087 0.0909 0.1196 0.194 注： 表中元素Co、Cu、Mn数据中带“*”的组分质量分数为w/%。
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表 4 镍矿石和镍精矿标准物质各元素的测试方法
Table 4. Analytical methods used for the elements deterimination in nickel ore and nickel concentrate reference materials
元素 数据数 主要的样品
分解方法元素测定方法 Ag 10 DF ICP-MS Al2O3 20 DA，DF，FU ICP-AES, VOL, AAS As 16 DA AFS, ICPMS CaO 19 DF，FU ICP-AES, VOL Cd 20 DA，DF ICP-MS, AAS Co 19 DMA，DF ICP-M, ICP-AES, AAS Cr 10 DF，FU ICP-MS, ICP-AES, AAS, XRF Cu 19 DA，DMA，DF ICP-MS, ICP-AES, AAS Fe2O3 19 DF，DMA ICP-AES，COL，VOL H2O+ 6 - GR Hg 9 DA AFS，AAS K2O 19 DA，DF DMA，FU ICP-AES，AAS MgO 19 DF，DMA，FU ICP-AES，VOL Mn 19 DF，DMA ICP-AES，ICP-MS Na2O 19 DF，DMA ICP-AES，AAS，VOL Ni 19 DF，DA VOL，GR，AAS，ICP-AES P 12 DF ICP-AES，COL Pb 18 DMA，DF ICP-MS，ICP-AES，AAS S 11 - VOL，IR Sc 17 DMA，DF ICP-MS，ICP-AES SiO2 11 - COL，VOL，GR Ti 13 DF ICP-MS，ICP-AES，COL V 13 DF FU ICP-MS，ICP-AES，COL Zn 16 DF，DMA ICP-AES，ICP-MS，AAS 注： ①分解与富集方法解释，DF—含氢氟酸的混合酸分解，
DA—王水分解，FU—熔融，DMA—混合酸分解。
②测定方法解释，AFS—原子荧光光谱法，AAS—原子吸收光谱法，COL—分光光度法，GR—重量法，ICP-AES—电感耦合等离子体发射光谱法，ICP-MS—电感耦合等离子体质谱法，IR燃烧碘量法，VOL—容量法，XRF—X射线荧光光谱法。
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表 5 镍矿石与镍精矿标准物质的标准值和不确定度
Table 5. Certified values and uncertainty of chemical composition for nickel ore and nickel concentrate reference materials
元素 w/(μg·g-1) GNi-1 GNi-2 GNi-3 GNi-4 GNi-5 Ag 0.56±0.08 0.75±0.08 1.1±0.1 9.3±0.4 15.2±0.5 As 5.3±0.4 5.1±0.3 5.4±0.4 25±3 37±4 Cd 0.28±0.04 0.34±0.05 0.44±0.07 2.5±0.2 4.0±0.3 Co 49±2 104±5 262±9 - - Cr 790±49 - - (720) (457) Cu 330±11 681±20 - - - Mn 960±30 - - 614±24 295±23 P 728±25 485±25 829±33 266±36 (130) Pb 21±1 25±3 25±2 77±4 116±4 Sc 15.6±0.4 15.8±0.5 17.6±0.5 9.1±0.5 2.5±0.3 Ti - - - - 422±21 V 102±7 93±6 112±7 61±6 (30) Zn 79±3 77±7 77±6 102±10 134±11 元素 w/% GNi-1 GNi-2 GNi-3 GNi-4 GNi-5 Co - - - 0.13±0.01 0.20±0.01 Cr - 0.13±0.01 0.12±0.02 - - Cu - - 0.16±0.01 1.52±0.04 2.47±0.06 Mn - 0.11±0.01 0.11±0.01 - - Ni 0.11±0.01 0.33±0.02 1.02±0.04 5.93±0.10 9.01±0.13 S 0.74±0.06 1.53±0.06 3.78±0.07 (18.14) (27.83) Ti 0.42±0.02 0.32±0.02 0.41±0.02 0.14±0.01 - Al2O3 12.21±0.17 9.09±0.12 8.65±0.15 4.06±0.10 1.04±0.08 CaO 4.60±0.10 4.02±0.08 4.70±0.10 2.55±0.04 1.16±0.04 Fe2O3 8.58±0.10 10.71±0.10 14.69±0.12 34.71±0.32 48.37±0.38 H2O+ 3.37 0.27 3.85 0.45 3.21 0.46 2.40 0.23 1.65 0.13 K2O 1.51 0.03 1.00 0.02 0.90 0.02 0.34 0.02 0.06 0.01 MgO 9.67 0.16 14.56 0.34 14.45 0.31 9.88 0.22 6.30 0.10 Na2O 2.16 0.08 1.59 0.06 1.55 0.05 0.69 0.03 0.22 0.01 SiO2 54.89 0.29 52.29 0.26 46.85 0.17 27.40 0.12 14.13 0.22 注：表中带括号的数据为参考值。
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表 6 已知标准物质GBW 07283实测结果与标准值对比
Table 6. Comparison of determination results and certified results of elements in GBW 07283
元素 w/(μg·g-1) 元素 w/% 标准值 实测值 标准值 实测值 Ag 0.73±0.09 0.81±0.02 Co 0.069±0.005 0.068±0.002 As 5.4±1.1 5.2±0.7 Cr 0.033±0.004 0.034±0.001 Bi 6.4±1.0 6.1±0.5 Cu 0.70±0.02 0.69±0.02 Cd 0.20±0.03 0.21±0.01 Ni 4.33±0.18 4.22±0.13 Pb 30.2±4.1 31.4±1.0 P (0.052) 0.055±0.003 Sb 0.43±0.03 0.42±0.06 S 10.44±0.19 10.14±0.27 Sc 7.6 0.9 7.7 0.1 SiO2 50.17 0.16 50.08 0.10 Zn 55.5 4.8 58.4 2.7 Fe2O3 16.06 0.16 16.12 0.14 Al2O3 8.85 0.17 8.74 0.10 MnO 0.04 0.003 0.04 0.001 CaO 0.71 0.03 0.74 0.04 TiO2 0.37 0.02 0.36 0.01 MgO 2.02 0.07 2.00 0.04 K2O 2.76 0.07 2.72 0.12 Na2O 1.00 0.03 0.98 0.01
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