火焰原子吸收光譜法測定廢舊二次電池中鈷的含量

羅海霞

(1 北礦檢測技術有限公司，北京 102628；2 金屬礦產資源評價與分析檢測北京市重點實驗室，北京 102628)

前言

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，鐵鎳、鉻鎳、氫鎳、鋰離子電池的生產和使用也逐年增加。隨之產生大量的電池極片切削、邊角料以及報廢的舊電池。鈷是廢舊二次電池重要的有價金屬元素之一, 現廢舊電池中鈷回收利用的文獻報道比較多，如喬秀麗等[1]采用酸浸法從廢舊鋰離子電池中回收金屬鈷；申勇峰[2]從廢鋰離子電池中回收鈷等。而廢舊電池中金屬元素的測定報道較少。李煥春等[3]用萃取比色法測定鎘鎳電池正極物質中鈷含量, 曹文忠等[4]采用標準加入-ICP-AES法同時測定廢舊電池中的鐵、鎘、鉻、鉛、錫和銅6 種元素；冉廣芬等[5]用容量法測定鋰離子電池正極材料中錳、鈷的含量。而原子吸收光譜法測定廢舊二次電池中鈷的方法目前還沒有報道。本文采用原子吸收光譜法測定廢舊二次電池中的鈷量，操作簡單, 快速, 準確度高。本實驗通過加標回收和實際樣品的測定, 結果令人滿意，表明該方法滿足廢舊二次電池中鈷的日常檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Savant AA型原子吸收光譜儀(澳大利亞GBC公司)，附鈷空心陰極燈。

鹽酸、硝酸和高氯酸均為優級純。實驗用水為超純水(電阻率大于18.2 MΩ·cm)。

鈷標準儲備溶液(1 000 μg/mL)：購于國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院，并用此標準儲備溶液配制鈷標準溶液(50 μg/mL)。

1.2 實驗方法

準確稱取0.200 0 g樣品于250 mL玻璃燒杯中，加入15 mL鹽酸，5 mL硝酸、5 mL高氯酸，蓋上表面皿，在中低溫電熱板上加熱溶解，待樣品完全溶解后，繼續加熱至冒高氯酸濃煙(如有黑色殘渣，可補加3 mL硝酸，重復冒煙)，蒸至濕鹽狀，取下，冷卻。加入25 mL鹽酸，溫熱溶解鹽類，取下冷卻移入250 mL容量瓶，用水稀釋至刻度，混勻。分取10 mL溶液于100 mL容量瓶中，補加5 mL鹽酸后，用水稀釋至刻度，混勻。按照同樣方法制備樣品空白溶液。在選定的儀器工作條件與標準溶液同時測定。

2 結果與討論

2.1 儀器條件的選擇

對實驗所用的原子吸收光譜儀的幾個重要參數進行了正交實驗。主要考察了元素波長、燈電流、狹縫寬帶、燃燒器高度、乙炔流量的影響，兼顧儀器的靈敏度和穩定性，本實驗選擇儀器的工作條件如表1所示。

表1 儀器測量參數

2.2 鹽酸濃度的選擇

實驗比較了2%～15%的鹽酸體積分數對鈷測定的影響，結果表明，酸濃度太低，有些金屬離子可能會水解；酸濃度過大，對儀器腐蝕較大，故實驗選擇5%的鹽酸測定溶液的介質。

2.3 基體干擾

對廢舊二次電池料中鈷的測定可能存在干擾的元素進行了干擾實驗，實驗結果表明，對于0.50 μg/mL和2.50 μg/mL的鈷，鎳(70 μg/mL)、錳(50 μg/mL)、鋁(25 μg/mL)、鐵(15 μg/mL)、鋰(10 μg/mL)、銅(20 μg/mL)不干擾鈷的測定。

2.4 標準曲線的線性范圍和檢出限

鈷的含量在0.00～2.50 μg/mL范圍內線性關系良好，工作曲線的線性方程式為：y=0.095 9x-0.001 9；相關系數R2=0.999 9。選取空白試液，連續測定11次吸光度，以其3倍的標準偏差除以工作曲線的斜率求得溶液中鈷的檢出限為0.015 μg/mL。

2.5 測定方式的選擇

在100 mL容量瓶中加入不同量的基體元素及鈷標準溶液，配制成鈷濃度為0.50、1.00、1.50、2.00和2.50 μg/mL的溶液，采用氘燈扣除背景方式和不扣背景的方式分別對樣品溶液進行了測定，相同的溶液在兩種測定方式下測定的結果見表2。

表2 不同測定方式的測定結果

結果表明，選擇氘燈扣背景的吸光度值和不扣背景的吸光度值基本一致，故本實驗選擇不扣除背景的方式進行測定。

2.6 加標回收和精密度實驗

在1#、2#、3#樣品中加入適量的鈷，按實驗方法制備三組樣品，在已優化的儀器工作條件下進行測定。結果見表3。

表3 加標回收率和精密度

由表3可以看出，加標回收在98.0%～105%，表明方法準確度可靠，能滿足測定要求。

2.7 FAAS與ICP-OES法測定結果的對照

按實驗方法處理試樣，分別采用FAAS和電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法進行測定，測定結果如表4所示。

表4 實驗結果比對

由表4可以看出，ICP-OES法和FAAS法測定鈷的結果基本一致，同時結合加標回收實驗，證明FAAS法測定廢舊二次電池樣品中鈷的含量準確度較高。

3 結論

采用鹽酸、硝酸和高氯酸溶解廢舊二次電池樣品，溶樣方法簡單易行。方法加標回收率98.0%～105%，RSD小于2%，結果準確度高，精密度好，且相對于ICP-OES法，所使用儀器價格便宜，運行成本更低。