電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鐵釩廢渣中元素的含量

李延超，曹 亮，崔 順，劉嘯峰，李來平，蔣麗娟，劉 燕

(1.西安理工大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710048) (2.西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016) (3.西部新鋯核材料科技有限公司，陜西 西安 710299)

0 引 言

濕法煉鋅[1]過程是將硫化鋅精礦經過氧化焙燒，獲得的焙燒砂經過硫酸溶液浸漬，浸出液經過凈化除雜后，獲得的雜質較少的凈化液稱為新液，浸出后的殘渣稱為浸出渣，浸出渣中主要含有鋅、鉛、鐵、鋁、鎂等雜質元素。由于中和階段反應條件不能使焙燒砂中的金屬成分全部有效浸出，這部分物質將會與鐵釩沉淀一起被過濾，形成鐵釩廢渣。廢渣中可能含有微量的鉛和其他金屬，直接傾倒污染環境的同時造成大量不可再生資源的浪費，因此，排放前對鐵釩廢渣[2-3]中元素含量的測定顯得尤為重要。

以往礦石微量元素的測定中，測定方法需要根據元素的不同進行選擇，主要是一些傳統的化學法測定方法[4]，后來隨著分析技術的進步人們采用X射線熒光光譜法測試礦物中元素的含量[5-6]，可以滿足同時測定礦中不同元素，但是X射線熒光光譜法在熔融法制樣片過程中常出現裂痕、氣泡、失透等現象,嚴重影響了礦物中元素的分析。電感耦合等離子體發射光譜法[7-12]能夠有效提升工作效率、保證元素測量過程中的精確度，同時，溶液的稀釋倍數、分取過程的取樣量、溶液中酸度的控制和內標的添加，是提升電感耦合等離子體發射光譜法實際應用效果的重要途徑，本測試過程中，通過篩選分析譜線、合理設置背景扣除位置,避免了光譜干擾，保障鐵釩廢渣中元素的含量測定結果滿足實際工作需求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及工作條件

IRISAdvantage 高分辨率全譜直讀等離子體光譜儀(美國TJA公司)，帶耐氫氟酸進樣系統。儀器工作條件：樣品清洗時間 45 s; 樣品清洗速度1.80 mL/ min; 樣品分析速度1.40 mL/ min; 積分時間5 s; 功率1 400 W; 冷卻氣14 L/min; 載氣20.0 psi; 輔助氣1.0 L/ min；氬氣純度>99.995%。

1.2 主要試劑

(1) 氫氟酸，AR；(2) 硝酸，AR；(3) 高氯酸, AR；鋁、鐵、鎂、鉛、鋅標準溶液濃度均為1 mg/mL(國家有色金屬及電子材料分析測試中心，國家標準樣品)；實驗用水為二次去離子水。

1.3 標準的配置

分別準確移取0.0, 0.1, 0.3, 0.8, 1.5, 2.0, 2.5 mL濃度為1.0 g/L 的鋁、鐵、鎂、鉛、鋅標準溶液(國家有色金屬及電子材料分析測試中心)于7個100 mL的聚四氟乙烯容量瓶中，依次加入隨同空白溶液，用去離子水定容至刻度，搖勻。配置成濃度為0.0, 1.0, 3.0, 8.0, 15.0, 20.0, 25.0 μg/mL同時含有鋁、鐵、鎂、鉛、鋅濃度依次從低到高的標準溶液。實驗用水均為二次去離子水，所用試劑均為分析純。

1.4 樣品處理

樣品為鐵釩固體顆粒廢渣，為了提高分析的準確性，在稱量之前用球磨機進行球磨至粉末狀，準確稱取0.1 g(精確至0.000 1 g)冶煉廢渣樣品，置于150 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加少量水潤濕，加入6 mL 硝酸、于平板電熱板上(170±5)℃加熱，10 min后，溶液清亮，有部分沉淀出現，冷卻后加入3 mL氫氟酸、5 mL高氯酸，待樣品徹底溶解清亮繼續加熱至冒大量高氯酸白煙(注: 使用高氯酸應遵守其安全規則)，至出現濕鹽狀固體時停止加熱，取下、自然冷卻，后加入10 mL HNO3、10 mL水后繼續放置平板電熱板上加熱，至煮沸保持1 min后冷卻至室溫，嚴格按照實驗操作標準對其進行轉移，控制容量瓶定容至100 mL并對其搖勻(注：Zn、Fe元素需要繼續分取10 mL后測量)，待測, 隨同做空白試驗。

2 結果與討論

2.1 消解體系的選擇

分別準確稱取0.1 g(精確至0.000 1 g)鐵釩廢渣樣品，其他條件保持不變，考察消解體系為 ，8 mL硝酸+2 mL氫氟酸+5 mL高氯酸，6 mL硝酸+3 mL氫氟酸+5 mL高氯酸，4 mL硝酸+4 mL氫氟酸+5 m L高氯酸，2 mL 硝酸+6 mL 氫氟酸+5 mL高氯酸的測定結果。結果表明，加入 6 mL硝酸+3 mL氫氟酸+5 mL高氯酸能取得較好的消解效果，因此選擇6 mL硝酸+3 mL氫氟酸+5 mL高氯酸消解體系。

表 1 不同消解體系對溶樣結果的影響

2.2 元素及基體的干擾與消除

我們采用加入驗證法證實Zn、Fe、Pb、Al 離子對測定結果的干擾，控制測定結果的相對誤差在±5%以內，測試結果顯示Zn2+,Fe2+,Pb2+,Al3+離子間無太大干擾，可通過扣除背景消除。由于在樣品制備過程中引入大量的氟離子、硝酸根離子和高氯酸根離子，我們在制備標準曲線過程中采用隨同空白試樣，基體匹配法即可消除，Mg元素含量較低，干擾輕微，對測定結果的影響不顯著。

2.3 校準曲線及檢出限

每個元素都有多條譜線供選擇，主要從元素之間相互干擾小、靈敏度高、信噪比大等方面分析待測元素的譜線，并作出相應的背景扣除，有效地防止背景的影響，排除元素之間的干擾，根據上述原則和方法，在儀器最佳工作條件下，測量標準溶液系列，以待測元素質量濃度為橫坐標、對應的發射強度為縱坐標，繪制校準曲線，校準曲線的線性范圍、線性回歸方程和相關系數最終確定了Al、Fe、Mg、Pb、Zn的分析譜線，如表3在儀器最佳工作條件下對空白溶液連續測定11次，以3倍標準偏差計算各元素的檢出限，以10倍標準偏差計算方法中元素的測定下限，見表2。

表2 校準曲線回歸方程、線性相關系數、檢出限和測定下限

3 樣品分析

3.1 方法的精密度

將測試樣品中的每個元素平行測定7次，計算平均值、標準偏差和相對標準偏差，計算結果見表3。

3.2 方法的準確度

按照1.4實驗測試方法對3個鐵釩廢渣樣品進行測定后，與目前礦物測定常用X射線熒光光譜法進行對比。為了達到數據的準確性，X射線熒光光譜法采用熔融法制樣，確保樣品的均勻性。如表4，本方法與X射線熒光光譜法測試結果基本吻合。

表3 方法的精密度試驗結果

表4 不同方法測定鐵釩廢渣樣品的結果對比 w/%

3.3 加標回收實驗

在樣品中加入不同量的鋁、鐵、鎂、鉛、鋅標準溶液，進行加標回收實驗，實驗結果見表5。

4 結 論

由于鐵釩廢渣呈固體顆粒狀，因此，在稱量前對廢渣進行球磨至粉末狀，在消解過程中沒有加入鹽酸，防止生成氯化鉛沉淀，影響測試準確度。本文通過硝酸、氫氟酸、高氯酸混合酸分解試樣后，采用電感耦合等離子原子發射光譜法測定鐵釩廢渣中的鋁、鐵、鎂、鉛、鋅，通過隨同空白試驗進行基體匹配，提高測試的準確度，過程簡單，結果準確，為鐵釩廢渣中化學元素含量的測定提供了新的方法及理論依據。

表5 樣品的加標回收率 w/%