磷礦專用絮凝劑中摻雜物的檢測

姜 威，龔 麗，彭 樺，何賓賓

（1. 國家磷資源開發利用工程技術研究中心，云南 昆明 650600；2. 云南省磷化工節能與新材料重點實驗室，云南 昆明 650600）

聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺均聚物或與其他單體共聚而得聚合物的統稱，是水溶性高分子聚合物中應用最廣泛的品種之一。聚丙烯酰胺結構單元中含有酰胺基，易形成氫鍵，具有良好的水溶性和很高的化學活性，易通過接枝或交聯得到支鏈或網狀結構的多種改性物，在石油開采、水處理、紡織、造紙、選礦、醫藥、農業等行業中具有廣泛的應用，有“百業助劑”之稱。選礦行業濃密工序一般采用大型濃密機進行濃密，為提高礦漿沉降速率，縮短濃密沉降時間，提高生產效率，需要加入絮凝劑。選礦行業一般采用陰離子型聚丙烯酰胺（HPAM）作為絮凝劑，成本較高。為保證利潤，許多廠家向聚丙烯酰胺中摻雜鹽類以降低成本，就需要控制其摻雜物含量，對摻雜物進行檢測分析。GB/T 17514—2008《水處理劑 聚丙烯酰胺》檢測項目見表1。

筆者通過化學沉淀、電感耦合等離子發射光譜法（ICP-AES）全譜掃描確定聚丙烯酰胺中摻雜物的成分，并與化學滴定法、電位滴定法測定摻雜物氯離子含量進行對比。

表1 GB/T 17514—2008檢測項目

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-AES），賽默飛世爾7400；自動電位滴定儀，瑞士Metrohm905 Titrando；攪拌設備，瑞士Metrohm804 Ti Stand；銀-氯化物復合電極，內充液為飽和硝酸鉀溶液，瑞士萬通公司（Metrohm）；電子天平，AB204-S，瑞士梅特勒-托利多公司；消化爐，Lab Tech DigiBlock EHD36。

氯化鈉，基準試劑；硝酸銀，優級純；硫酸，分析純；過氧化氫，分析純；氯化鋇，分析純；氯化鈉標準溶液（0.014 1 mol/L），稱取基準氯化鈉（140 ℃干燥后）0.824 0 g，溶于水中，稀釋至1 000 mL，氯離子質量濃度為0.5 mg/L；硝酸銀標準溶液（0.014 1 mol/L），稱取硝酸銀2.395 g，溶于水中，稀釋至1 000 mL，貯存在玻璃瓶中，避光保存，每次測定前用氯化鈉標準溶液標定。

1.2 樣品的制備

按GB/T 6678—2003取樣、制樣。必須按照GB/T 6678—2003準備樣品，試樣稱取量必須大于2 g，才具有代表性。試樣量少會導致測定結果誤差極大，因為摻雜物分子量遠遠小于聚丙烯酰胺，運輸過程中聚丙烯酰胺會沉在包裝袋下部，取樣時必須混勻樣品。

1.3 實驗方法

1.3.1樣品處理

（1）稱取試樣2.00 g（精確至0.000 2 g）放入150 mL燒杯中，加入蒸餾水100 mL，放入電磁攪拌轉子，將燒杯在電磁攪拌器上攪拌2 h，轉移定容至1 000 mL容量瓶中。

（2）稱取試樣2.00 g（精確至0.000 2 g）于100 mL消化管中，用水潤濕樣品，加濃硫酸10 mL，輕輕搖勻，瓶口放置一個彎頸漏斗，在消化爐上低溫緩慢加熱，待硫酸分解冒白煙時逐漸升高溫度，當溶液全部呈棕黑色，從消化爐上取下消解管，稍冷，逐滴加入過氧化氫10滴。加熱微沸10～20 min，再加入過氧化氫5～10滴，如此反復2～3次，直至消煮液呈無色或者清亮色，再加熱5～10 min，以除盡過剩的過氧化氫。取出消解管冷卻，將消煮液用水定容至100 mL。

1.3.2實驗步驟

（1）定性分析：①稱取試樣2 g，放入500 mL燒杯中，加入蒸餾水400 mL，在燒杯中放入電磁攪拌轉子，在電磁攪拌器上攪拌2 h，定容至1 L。吸取2份溶液各10 mL，一份加入一定量的硝酸銀溶液，再滴加一定量的溴水，觀察現象；另一份加入氯化鋇溶液，觀察現象。②用濾紙過濾1.3.1節（2）中定容溶液，取濾液用ICP-AES進行定性與定量分析。

（2）化學滴定：吸取3份1.3.1節（1）中定容試液各10 mL于150 mL燒杯中，加入一定量的蒸餾水，加2～3滴酚酞指示劑，若顯紅色則用0.05 mol/L的硝酸溶液中和至無色，若不顯紅色則用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液中和至紅色，然后以0.05 mol/L硝酸溶液回滴至恰無色，加入鉻酸鉀指示劑1 mL，用硝酸銀標準溶液滴定至橙色，記下硝酸銀標準溶液的消耗量。

（3）電位滴定：吸取3份1.3.1節（1）中定容溶液各10 mL于150 mL燒杯中，加入一定量的蒸餾水，進入自動電位滴定儀的樣品操作系統，選用銀-氯化物復合電極，用硝酸銀標準溶液滴定至終點，記錄硝酸銀的用量。

2 結果與討論

2.1 定性檢測

1.3.2節定性分析中實驗①現象：第一份溶液出現白色渾濁沉淀，未出現黃色沉淀，判斷溶液可能存在氯離子、硫酸根離子；第二份溶液加入氯化鋇未出現白色沉淀，判斷溶液中存在氯離子［1］。

按照ICP-AES定性分析方法，建立一條涵蓋鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、鋁的標準溶液曲線，將1.3.1節（2）中定容溶液運行全譜分析，顯示溶液含有鉀、鈉［2］。

2.2 化學滴定法與電位滴定法分析氯離子結果比較

（1）化學滴定法分析氯離子結果：因為聚丙烯酰胺是高分子溶液，具有極高黏度，溶液不易攪拌分散，終點極難判斷，3次分析結果w（Cl-）分別為25.65%、22.42%、19.35%，相差極大。用該方法測定聚丙烯酰胺中氯化物含量需要分析檢測人員具備較強的分析檢測能力。

（2）電位滴定法分析氯離子結果：自動電位測定是通過指示電極的電位變化由儀器自動判定終點，分析時間短，消耗試劑少，自動化程度高，終點準確，3次平行測定結果分別為25.40%、25.68%、25.28%，相差不大。該方法對分析檢測人員要求低，一般分析檢測人員經過簡單培訓就能準確測定聚丙烯酰胺中氯化物含量，具有推廣價 值［3-5］。

2.3 電位滴定法加標回收率實驗

將Cl-質量為200 mg的氯化鈉標準樣品加入到Cl-質量為509 mg的氯化物樣品中進行電位滴定法回收實驗，實驗結果列于表2。

由表2可知，本方法的回收率為98%～102%，準確度較高。

表2 加標回收率實驗結果

2.4 ICP-AES測定待測溶液金屬元素

用濾紙過濾1.3.1節（2）中定容溶液，稀釋10倍后進行ICP-AES分析。儀器工作參數如下：高頻發射功率1 150 W，冷卻氣流量12 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，霧化器壓力0.2 MPa，觀測高度15 mm，沖洗泵速50 r/min，分析泵速50 r/min，樣品提升量1.5 mL/min，沖洗時間30 s，積分時間長波5 s，積分時間短波7 s；Na元素分析線λ為589. 592 nm，背景校正N（右側），檢出限0.15 μg/mL；K元素分析線λ為766. 490 nm，背景校正N，檢 出 限0.38 μg/mL。分 析 結 果w（Na） 為14.60%。

3 結論

（1）聚丙烯酰胺試樣必須按照GB/T 6678—2003制取，分析樣品取樣量不少于2 g。

（2）利用氯離子可以生成難溶性銀鹽的沉淀，采用自動電位滴定儀直接測得摻雜物氯化物含量。該測定方法簡化了樣品處理步驟，具有操作簡單、分析結果準確、適用范圍廣等優點。推薦分析人員采用此方法分析檢測黏度高、終點不宜判斷的有機物中的氯化物。

（3）筆者根據實際情況，定性定量檢測聚丙烯酰胺絮凝劑中摻雜物，推薦聚丙烯酰胺絮凝劑使用單位依據此方法控制聚丙烯酰胺絮凝劑質量。