電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-OES)測定高鈦渣中的鐵、鈷、鎳的含量

郭傳華,李化全，董文戎

(1.淄博市產品質量監督檢驗所，山東 淄博 255200；2.山東東佳集團研發中心，山東 淄博 255200)

鈦白粉(學名二氧化鈦)廣泛的應用于涂料、塑料、造紙等行業，與人們"衣、食、住、行"密切相關，成為市場價值僅次于合成氨和磷化工的第三大無機化工產品。鈦白粉工業的發展與整個國民經濟發展有著密切的關系，其消耗量的多寡，可以用來衡量一個國家國民經濟發展水平和生活水平的高低，被稱為經濟發展的"晴雨表"。鈦白粉的生產方法有硫酸法和氯化法兩種，國外主要是氯化法生產工藝，國內主要是硫酸法生產工藝。隨著國內技術進步和發展，鈦白粉生產技術逐步由硫酸法工藝向氯化法工藝過度的趨勢，但是迄今為止，國內氯化法鈦白粉企業產量占比不足10%，除了錦州鈦業采用熔鹽氯化實現了連續開車生產運行外，其他幾家均有波折。究其原因，一是氯化法鈦白粉生產工藝技術復雜，設備控制要求高，二是對原料的選擇十分苛刻，原料的選擇直接影響到能否順利開車、產品質量和經濟運行成本。氯化法鈦白粉生產工藝技術除了美國杜邦公司(現在的科慕公司)采用高品位鈦礦外，其他全部為高鈦渣或者UGS渣，高鈦渣中的鐵、鈷、鎳等有色元素直接影響到鈦白粉的顏色，這也是國內鈦白粉無法無法走向高端的主要原因之一。目前對有色元素鐵、鈷、鎳的測定一般采用原子熒光法(XRF)進行測定1)，但是該方法樣品制備繁瑣，需要高溫熔融制備成為玻璃體后測定，雖然測試結果的重現性較好，但是準確度不高；或者采用金屬合量滴定法，誤差更大2，3)，而且化學分析方法操作繁瑣，分析流程長。除上述方法外，其他分析測試方法目前還未見報道。為了解決上述方法的不足，我們采用ICP-OES 分析技術進行高鈦渣中 Co、Fe、Ni 測定方法研究，效果良好，方法具有較高的精密度和準確度。方法簡便快捷，適用于氯化法鈦白粉生產原料的控制。通過該方法的使用，能夠提高國內氯化法鈦白粉企業原料控制的準確性和一致性，為有效的提高氯化法鈦白粉的產品質量奠定基礎。

1 試驗部分

1.1 儀器及試劑

UV-2100型電感耦合等離子發射光譜儀(美國PE 公司)；高純水制備器(江蘇金壇儀器公司)；超聲波振蕩器(上海雷磁儀器公司)；WX-4000型微波消解(上海屹堯公司)；硝酸(1+1) 分析純 ；濃鹽酸 分析純 ；氫氟酸 分析純；鐵標準溶液：1000mg/L。溶解1.000g純鐵絲于50mL的1/1的硝酸中，并用去離子水稀釋到1L。

鈷標準溶液：1000mg/L。溶解1.000g金屬鈷于1/1的鹽酸中，并用1%的鹽酸稀釋到1L。

鎳標準溶液：1000mg/L。溶解1.000g金屬鎳于1/1的硝酸中，并用1%的硝酸稀釋到1L。

1.2 樣品的制備方法

高鈦渣溶液制備一般采用化學熔融法，該方法制備時間長，操作不好或者初學者容易造成樣品分解不完全，直接影響測定結果。本試驗選擇了微波消解分解樣品，效果理想，操作簡單快捷。

1.2.1

精確稱取0.1000g高鈦渣樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入3mL HNO3、3mL HCl 及1mL HF，混勻，加蓋密封。

1.2.2

將消解罐置于WX-4000型微波快速消解系統中，并確認溫度罐和壓力罐已分別與溫度傳感器和壓力傳感器連接。

1.2.3 消解系統參數

消解系統參數見表1。

表1 消解系統參數

1.2.4

待冷卻至低于80℃后取出消解罐，并轉移至容量瓶稀釋定容。

1.2.5

準確吸取上述溶液5 mL 試液于100 mL 塑料瓶中，搖勻待測。

1.3 混合標準溶液的系列

移取適量鈦標準溶液，按表2 所示，配制成混合標準溶液系列。

表2 混合標準溶液系列 μg/mL

2 結果與討論

2.1 分析譜線選擇及鈦基體影響考察

因為高鈦渣中的主要元素是鈦，所以考察了基體鈦對其他元素的干擾。分別對濃度為10、20、30μg/mL 的純鐵溶液、純鈷、純鎳溶液及混和標準溶液進行掃描，結果表明，Ti的334.904 譜線對鐵的372.0存在對有干擾，Ti的399.0 譜線對鐵的372.0無影響。為了使基體與試驗樣品一致，我們還是進行了基體匹配，試驗選擇了Co的345.4、Fe的372.0、Ni的341.5、Ti的339.0作為分析譜線。

2.2 共存元素之間相互影響

采用單一元素溶液在被測元素分析線處掃描，考察了Si、Mn、Al、Cu、P 對Co的345.4、Fe的372.0、Ni的341.5、Ti的339.0 分析譜線的光譜干擾情況。試驗結果表明：溶液中硅、錳、鋁、銅、磷共存量在100μg/mL 對10μg/mL鐵、鈷、鎳的測定均不產生干擾。

2.3 ICP-OES 工作參數選擇

高頻功率、載氣流量、觀測高度及冷卻氣流量是ICP-OES 的主要參數，直接影響元素測定，不同的元素要求的工作參數也不同，必須逐一試驗加以選擇。根據PE公司配備的TCP儀器工作工作程序，我們把氣流量、載氣流量、觀測高度、提升量設定為表3所示結果。

表3 功率對測定的影響

2.4 方法精密度試驗

按樣品處理方法分解高鈦渣標準樣品，按相同的測試條件，對同一試樣分別進行六次測定，計算出測定結果的平均值及相對標準偏差(見表4)。試驗結果表明：各分析譜線測定精密度均較好，相對標準偏差小于5%

表4 精密度試驗

2.5 加標回收試驗

按樣品處理方法分解高鈦渣樣品。在試液中加入適量的標準溶液，測定元素含量，計算回收率，元素回收率在99%～102%之間。數據見表5。

表5 回收試驗

3 結論

高鈦渣試樣經硝酸、氫氟酸、鹽酸微波消解后，采用電感耦合等離子體發射光譜ICP-OES分析技術測定其微量元素鐵、鈷、鎳含量 ，方法的相對標準偏差(n=6)為2.43%～4.11%，加標回收率在99.33%～102.12%之間，而且方法簡便快速、分

析數據可靠，方法具有較高的精密度和準確度。適用于氯化法鈦白粉生產原料的控制，該方法的使用，能夠提高國內氯化法鈦白粉企業原料控制的準確性和一致性。

[1] 劉 錚，王學燕.催化動力學測定鉻的機理[J].分析化學,1996，24(2)：164.

[2] 寧明遠.催化動力學測定鐵的研究[J]. 理化檢驗(化學分冊)，1998，34(4)：167-168.

[3] 李化全.催化動力學測定微量銅[J]. 涂料工業，2004，64(1)：63-65.