ICP-OES法測定鈷白合金中主元素含量*

劉東輝，鐘 軒，熊以俊

(1 贛州逸豪優美科實業有限公司，江西 贛州 341000； 2 江西理工大學材料冶金化學學部，江西 贛州 341000)

鈷白合金是銅冶煉過程中產生的一種中間產品，此類原料從國外如贊比亞等國家進口我國，成為一種重要的鈷資源。該合金為轉爐的水淬產物，主要含有鈷、銅、鐵、鎳和錳5種金屬元素，其中含鐵量較高，并伴有少量鋁、鋅、鉛、鈣、鎂等元素[1-3]。中國是一個貧鈷國家，又是一個鈷消費大國[4-5]。研究鈷白合金中金屬元素的測定方法，有利于為回收鈷資源提供有效的數據支持。目前對鈷、銅和鐵各元素成分進行檢測通常采用經典的化學分析法，如EDTA滴定法[6]、碘量法[7]、電位滴定法[8]與重量法[9]等。因為鈷白合金中鈷、銅、鐵、鎳和錳各元素對EDTA的絡合能力相近，需要對溶解樣品進行預先分離，每次只能單獨測定單個元素，試劑消耗大，檢測周期長，測試結果準確度不高。而X-熒光光譜法中需采用昂貴的檢測設備，在工業中并未獲得廣泛應用[10]。電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-OES)法具有快速、高效檢測元素的特點，該方法檢測金屬元素具有靈敏度高、準確度好、檢出限低、線性范圍寬以及具有多元素可以同時檢測等優點[11-13]。通過文獻分析，采用ICP-OES法的同時測定鈷白合金中多種金屬元素，目前未見相關文獻報道。為了更方便快捷檢測鈷白合金主元素成分，本方法通過ICP-OES法同時測定鈷白合金中鈷、銅、鐵、鎳和錳5種金屬元素的含量，采用混酸解溶解樣品，對影響檢測的主要因素進行系統研究，建立快速準確檢測鈷白合金中金屬元素的方法。

1 實 驗

1.1 材料與試劑

鈷白合金(顆粒狀，小于8 mm)，金川某公司；硫酸(分析純)，西隴科學股份有限公司；鹽酸(分析純)，西隴科學股份有限公司；硝酸(分析純)，西隴科學股份有限公司；氫氟酸(分析純)，西隴科學股份有限公司；高氯酸(分析純)，天津市鑫源化工有限公司；鈷、銅、鐵、鎳和錳標準溶液(1 mg·mL-1)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；超純水，艾柯超純水機制備。

1.2 儀器與設備

Agilent 5110 ICP-OES電感耦合等離子體原子發射光譜儀，安捷倫科技有限公司。

1.3 樣品分析

1.3.1 樣品檢測

稱量一定量的鈷白合金，球磨后過200目篩；稱取1.0000 g鈷白合金粉末轉入聚四氟乙烯燒杯中，加入5 mL氫氟酸，低溫溶解至近干，補加入3 mL硝酸和2 mL高氯酸，置于電爐上加熱至試液白煙冒盡，隨后冷卻至常溫，再補加20 mL濃鹽酸溶解，補加10 mL濃硝酸后加熱溶解。將試樣溶液移入200 mL容量瓶中，加水定容并搖勻，隨后移取2.00 mL試液于100 mL容量瓶中，補加2 mL硝酸，以水定容并搖勻。運行等離子體原子發射光譜儀，測試系列混合標準溶液從而建立標準曲線，測定樣品試液獲得鈷、銅、鐵、鎳和錳各元素含量。

1.3.2 混合標準溶液的配制

將鈷、銅、鐵、鎳和錳各元素標準溶液配制為如表1所示濃度的系列混合標準溶液，其中各溶液均為硝酸(1+49)介質。

表1 系列混合標準溶液濃度

2 結果與討論

2.1 酸介質的選擇

本試驗采用不同的酸介質對鈷白合金作溶解對比實驗，檢測溶解樣品的酸主要采用硫酸、硝酸、王水與混酸(王水+氫氟酸+高氯酸)。試驗測試結果見表2。

從表2可以看出，采用不同的酸溶解鈷白合金樣品時，硫酸溶液中殘留渣量較多，硝酸、王水次之，混酸(王水+氫氟酸+高氯酸)試樣溶液存渣量最少。溶解過程中還發現，硫酸、硝酸與王水溶解試樣時，溶解速度較慢。文獻[14]報道由于鈷白合金主要呈橢圓粒狀、大多數為不規則狀，各元素熔融互相嵌連、包裹，一般的酸很難將它完全溶解，即使經碾磨過篩后也是如此，它以合金固溶形式存在。表2中不同酸溶樣品測試結果也表明，采用硫酸作為酸溶介質時，各元素結果偏低，而采用混酸的結果較大。根據以上分析，選擇混酸(王水+氫氟酸+高氯酸)作為溶解鈷白合金試樣的介質最為合適。

表2 不同酸溶解鈷白合金樣測試結果

2.2 分析譜線的選擇

ICP-OES具有能夠多條分析譜線同時測試的特點，但在ICP-OES法的分析過程中，不同譜線之間會出現干擾和峰形偏移的情況，從而導致分析數據出現偏差。因此在分析檢測過程中，選取峰形合適干擾小，穩定性好，信號強度高，信背比高的元素分析譜線。通過試驗觀察各元素附近的背景及干擾情況與各條譜線強度和信背比值綜合因素。得出本方法最佳分析譜線見表3。

表3 各元素分析線波長

2.3 標準工作曲線

按照表1列出標準溶液系列，測定鈷、銅、鐵、鎳和錳系列混合標準溶液的工作曲線。從圖1可以看出，各測定元素的相關系數R2在0.99958～0.99991之間，說明各元素在標準系列濃度范圍內線性關系良好。

圖1 元素的線性回歸方程和線性系數

2.4 精密度實驗

為了評估本方法的精密度，采用混酸將已知含量的鈷白合金試樣進行溶解，按分析步驟測定11次，測試結果見表4。

表4 精密度試驗結果

以上數據顯示，精密度試驗結果也較好，各元素的相對標準偏差(RSD)均不大于2.81%，說明本方法的精密度和準確度高。

2.5 加標回收實驗

選擇已知含量鈷白合金樣品采用本實驗方法進行加標回收實驗，測定三組不同含量的樣品，測定結果見表5。結果表明，加標回收率為97.80%～102.31%，結果準確、可靠。

表5 加標回收率結果

續表5

2.6 方法對比結果

選擇三組不同含量的鈷白合金樣品，采用X-熒光光譜儀進行測定，然后與本方法結果進行對比，測試結果如表6所示。

表6 不同測試方法對比結果

從表6測試結果可以看出，采用X-熒光光譜法和ICP-OES法測試三組不同成分的鈷白合金試樣，測試結果相近。由此表明本方法結果準確，檢測方便快捷。

3 結 論

本文探究了電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-OES)分析方法測定鈷白合金中的主要元素鈷、銅、鐵、鎳和錳5種元素的含量。該方法各元素的線性系數接近1，標加回收率在97.80%～102.31%之間，RSD均不大于2.81%。該方法具有靈敏度高、準確性較好等優點。與X-熒光光譜法測定結果較為一致，具有良好的精密度和準確度，能夠滿足鈷白合金主元素含量的測定要求。