熔融分解是利用酸性或碱性熔剂与试样混合,在高温下进行复分解反应,将试样中的全部组分转化为易溶于水或酸的化合物(如钠盐、钾盐、硫酸盐及氯化物等)。由于熔融时反应物的浓度和温度都比用溶剂溶解时高得多,所以分解试样的能力比溶解法强得多。但熔融时要加入大量熔剂(约为试样重的6~12倍),因而熔剂本身的离子和其中的杂质就带入试液中,另外熔融时坩埚材料的腐蚀,也会使试液受到沾污,所以尽管熔融法分解能力很强,也只有在用溶剂溶解不了时才应用。熔融法分酸熔法和碱熔法两种。
(1)酸熔法 常用的酸性熔剂有焦硫酸钾(K2S2O7)和硫酸氢钾(KHSO4)。硫酸氢钾灼烧后失去水分,亦生成焦硫酸钾,
2KHSO4=K2S2O7+H2O
所以,两者的作用是相同的。焦硫酸钾在420℃以上分解产生SO3,
K2S2O7=K2SO4+SO3
这类熔剂在300℃以上即可与碱性或中性氧化物发生反应,生成可溶性硫酸盐。例如金红石(主成分为TiO2)被K2S2O7分解的反应为:
TiO2+2K2S2O7=Ti(SO4)2+2K2SO4
K2S2O7常被用来分解铁、铝、钛、锆、铌、钽的氧化物类矿,以及中性和碱性耐火材料。
用K2S2O7熔融时,温度不宜过高,时间不宜太长,以免SO3大量挥发和硫酸盐分解为难溶性氧化物。熔融后,将块冷却,加少量酸后用水浸出,以免某些易水解元素发生水解而产生沉淀。
(2)碱性熔法 酸性试样如酸性氧化物(硅酸盐、粘土)、酸性炉渣、酸不溶残渣等,均可采用碱熔法。
常用的碱性熔剂有Na2CO3(熔点852℃)、K2CO3(熔点891℃),NaOH(熔点328℃),KOH(熔点360℃),Na2O2(熔点460℃)和它们的混合熔剂。
① Na2CO3或K2CO3经常把两者混合使用,这样熔点可降到700℃左右,用来分解硅酸盐、硫酸盐等。如分解钠长石(NaAlSi3O8)和重晶石(BaSO4)。
NaAlSi3O8+Na2CO3=NaAlO2+3Na2SiO3+3CO2↑
BaSO4+Na2CO3=BaCO3+Na2SO4
用碳酸盐熔融时,空气可以把某些元素氧化成高价状态,为了使氧化更完全,有时用Na2CO3+KNO3的混合熔剂。它可分解含硫、砷、铬的矿物,将它们氧化为SO42-、AsO43-、CrO42-。
常用的混合熔剂还有Na2CO3+S,用来分解含As、Sb、Sn的矿石,把它们转化为可溶的硫代酸盐。如锡石(SnO2)的分解反应为:
2SnO2+2Na2CO3+9S=2Na2SnS3+3SO2↑+2CO2↑
② Na2O2:Na2O2是强氧化性、强腐蚀性的碱性熔剂,能分解许多难溶物质,如铬铁、硅铁、锡石、独居石、黑钨矿、辉钼矿等,能把其中大部分元素氧化成高价状态。有时为了减缓作用的剧烈程度,可将它与Na2CO3混合使用。用Na2O2作熔剂时,不应让有机物存在,否则极易发生爆炸。
③ NaOH或KOH:NaOH或KOH都是低熔点强碱性熔剂,常用于铝土矿、硅酸盐等的分解。
在分解难溶矿物时,可用NaOH与少量Na2O2混合,或将NaOH与少量KNO3混合,作为氧化性的碱性熔剂。
④ 混合熔剂烧结法(或称混合熔剂半熔法):此法是在低于熔点的温度下,让试样与固体试剂发生反应。和熔融法比较,烧结法的温度较低,加热时间较长,但不易损坏坩埚,可在瓷坩埚中进行。
常用的半熔混合剂有:
2份MgO+3份Na2CO3
1份MgO+2份Na2CO3
1份ZnO+2份Na2CO3
它们被广泛用来分解矿石或做煤中全硫量的测定。MgO或ZnO的作用在于:熔点高,可预防Na2CO3在灼烧时熔合;试剂保持着松散状态,使矿石氧化得更快、更完全;反应产生的的气体也容易逸出。
(3)坩埚材料的选择 由于熔融是在高温下进行的,而且熔剂又具有极大的化学活性,所以选择进行熔融的坩埚材料就成为很重要的问题。在熔融时不仅要保证坩埚不受损失,而且还要保证分析的准确度。