分光光度法測定稀土磷礦浸出液中磷的含量

(1 廣東省資源綜合利用研究所，廣州 510650；2 稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣州 510650)

前言

磷和稀土均是重要的戰略資源，含稀土磷灰石資源的開發利用研究日益受到重視，而在開發利用稀土磷礦石的過程中，經常采用硝酸、硫酸及鹽酸浸取稀土磷資源，以使得磷和稀土從中分離出來，而后分離出來的磷可以運用生產磷肥及磷酸等重要應用[1-2]，據文獻報道王勝東等[3]運用硝酸法生產磷酸過程中稀土的浸出情況進行了研究。劉珍珍等[4]對含稀土磷灰石精礦酸浸試驗進行了研究，在進行稀土磷礦浸出試驗時經常需要測定浸出液及浸出渣中稀土和磷的含量，以便考察浸出條件如浸出時間、酸度、溫度等實驗條件是否最優，因此測定浸出液中的磷具有重要意義。目前測定磷的方法主要有磷鉬酸銨滴定法[5]，重量法[6]；電感耦合等離子發射光譜法[7-9]；分光光度法[10]等，電感耦合等離子體發射光譜法儀器價格昂貴，且適用于測定低含量的磷，重量法測定磷的分析步驟繁瑣，流程時間長，且適用于較高含量磷的測定，而分光光度法具有分析成本低、操作簡便、快速、適用濃度范圍廣、選擇性好，靈敏度高等特點，因此，本文以硝酸浸取復雜的稀土磷礦，并采用鉬釩黃酸銨分光光度法對該浸出液中磷的含量進行了測定，計算了硝酸浸出該礦磷的浸出率，得出的浸出率與文獻報道的浸出率基本吻合，表明該方法可以準確地測定出該稀土磷礦中的磷，為含磷礦濕法冶金過程中浸出液中磷的測定提供了一種準確的分析方法，該方法具有操作步驟簡單，顯色速度快、重現性好，且適用于較寬范圍磷的快速、準確測定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

VIS-723型分光光度計(北京北分瑞利分析儀器有限公司)；分析天平(北京賽多利斯儀器系統有限公司)。

釩鉬酸銨顯色劑：將鉬酸銨(100 g/L，10 g鉬酸銨溶于100 mL水中)徐徐傾入釩酸銨溶液[3 g/L，稱取0.3 g釩酸銨溶解于50 mL水中，加50 mL硝酸(1+3)攪拌均勻]再加18 mL硝酸(ρ=1.42 g/mL)。

磷標準溶液1(0.2 mg/mL)：稱取0.878 0 g預先經105～110 ℃烘干1 h置于干燥器中冷卻至室溫的優級純磷酸二氫鉀于250 mL燒杯中，加水溶解，移入1 000 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。

磷標準溶液2(0.02 mg/mL)：移取10 mL磷標準溶液1于100 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。

硝酸(1 mol/L)，硝酸(10 mol/L)。所用試劑均為分析純；實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 實驗方法

1.2.1待測樣的制備

稱取1.0 g(精確至0.000 1 g)不同品位稀土磷礦，加入50 mL HNO3(1 mol/L)浸出，浸出時間為4 h，移取浸出液5 mL至100 mL容量瓶中，以水定容，搖勻，得到待測溶液。

1.2.2試樣的顯色及測量

視磷含量高低移取5～10 mL待測液于100 mL的容量瓶中，加入5 mL硝酸(10 mol/L)，20 mL顯色劑，用水稀釋至刻度，搖勻，放置15 min，于分光光度計在420 nm處以試劑空白做參比，測定吸光度，從標準工作曲線上查得磷含量。

2 結果與討論

2.1 波長的選擇

移取2.5 mL磷標準溶液(0.2 mg/mL)，按實驗方法進行顯色，在400～470 nm波長范圍內進行光譜掃描，結果見表1。

表1 波長選擇實驗

由表1可見，隨著波長的增加，吸光度值變小，結合稀土磷礦浸出液濃度含量，實驗選擇420 nm波長進行測定。

2.2 顯色時間實驗

移取2.5 mL磷標準溶液(0.2 mg/mL)，按實驗方法進行顯色，實驗結果表明該顯色反應較快，15 min以上吸光度即可達到最大，實驗選擇顯色時間15 min以后進行測定。

2.3 顯色酸度實驗

于一系列500 μg磷標準溶液中加入不同量的硝酸(10 mol/L)，按實驗方法進行顯色，測定其吸光度，結果見表2。

表2 顯色酸度實驗

實驗結果表明，當硝酸加入量大于10 mL時，吸光度降低，不能達到理想的靈敏度，因此考慮到顯色反應的酸度及檢測的靈敏度，實驗選擇加入硝酸(10 mol/L)量為5 mL。

2.4 顯色劑用量實驗

于一系列900 μg磷標準溶液中加入5 mL硝酸(10 mol/L)，分別加入不同量的顯色劑，按實驗方法進行顯色，測定其吸光度，結果見表3。

表3 顯色劑用量實驗

實驗結果表明，隨著顯色劑用量的的增加，吸光度值逐漸增加，當釩鉬酸按加入量達到15 mL時吸光度值趨于穩定，考慮到需要檢測的樣品含量，實驗確定加入顯色劑的用量為20 mL。

2.5 標準曲線的繪制

在最佳實驗條件下，對一系列標準溶液進行顯色，以待測元素的質量濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制曲線，結果見圖1，由圖1可知磷的濃度在0.02～1.2 mg/100mL范圍內線性關系良好，相關系數為R2=0.999 8，相性回歸方程為A=0.239 1C+0.002 8。

圖1 磷的工作曲線圖Figure 1 A working curve for phosphorus analysis.

2.6 硝酸浸出稀土磷礦石中磷的實驗

稱取1.0 g(精確至0.000 1 g)不同品位稀土磷礦，加入50 mL HNO3(1 mol/L)浸出，浸出時間為4 h，移取浸出液5 mL至100 mL容量瓶中，運用該方法對浸出液進行顯色測定，得出的磷的浸出率，結果見表4，由表4可知，通過硝酸浸取稀土磷礦，磷的轉化率在93%以上，與文獻報道的基本吻合。

表4 硝酸浸出稀土磷礦中磷的實驗

2.7 方法的精密度實驗

按照實驗方法對3個不同磷含量的稀土磷礦石進行硝酸浸取實驗，以考察方法的精密度，結果見表5，由表5可見方法的精密度良好。

表5 精密度實驗

2.8 加標回收實驗

對1#、3#及5#樣品分別移取浸出液5 mL，并加入不同量的磷標準溶液至100 mL的容量瓶內，然后移取部分溶液進行顯色實驗，實驗表明加標回收率在96.0%～101%，表明方法的準確度令人滿意(表6)。

表6 加標回收實驗結果

2.9 與磷鉬酸喹啉重量法的對比分析

對3#、4#、5#樣品分別采用磷鉬酸喹啉重量法進行分析，分析結果見表7，從表7中可以看出本方法與重量法分析的結果基本一致，但本方法較重量法簡便、快速。

表7 分光光度法與重量法的對比試驗

3 結論

建立了分光光度法測定稀土磷礦浸出液中磷的方法，該方法有較高的靈敏度，方法重現性好、準確度高，能夠準確地測定出硝酸浸出稀土磷礦石中磷的測定，為考察稀土磷礦濕法冶金過程中的磷測定提供了一種簡便分析方法。