銅冶煉廢水中砷含量的分析方法研究

董明慧

（山西中條山有色金屬集團垣曲冶煉廠計檢中心，山西 垣曲 043700）

當前在我國銅礦原礦當中砷元素的含量普遍較高，因此在銅礦冶煉過后會產(chǎn)生大量的含砷廢水，且濃度較高，會對環(huán)境造成嚴重的污染。中條山有色金屬集團垣曲冶煉廠的銅礦冶煉廢水的含砷廢水質(zhì)量濃度高達1.0～3.5 mg/L，這些含砷廢水必須經(jīng)脫砷處理后，經(jīng)檢測當砷元素質(zhì)量濃度降低到≤0.30mg/L后才能進行排放。因此，對于企業(yè)來講，必須掌握工業(yè)含砷廢水中砷含量測定的Ag-DDTC分光光度標準分析法，同時通過調(diào)整溶液酸度、鋅粒質(zhì)量、比色皿厚度等關鍵實驗條件，確定了最佳試驗參數(shù)，能有效提高砷元素濃度測定的準確性。

1 儀器與試劑

1.1 儀器

1）分光光度計為上海儀電分析AA320N型原子吸收分光光度計。

2）砷化氫發(fā)生裝置主要由砷化氫發(fā)生瓶、導氣管和吸收管三部分組成。

1.2 主要試劑

1）二乙基二硫代氨基甲酸銀（C5H10NS2Ag，分析純），國藥集團化學試劑有限公司；三乙醇胺[（HOCH2CH3）3N，分析純]，國藥集團化學試劑有限公司；氯仿（CHCL3分析純），國藥集團化學試劑有限公司；無砷鋅粒（Zn，10～20目），國藥集團化學試劑有限公司。

2）鹽酸（HCl，優(yōu)級純）、硝酸（HNO3，優(yōu)級純）、硫酸（H2SO4，優(yōu)級純）、碘化鉀（300 g/L，優(yōu)級純），全部為上海試一化學試劑有限公司。

3）現(xiàn)配氯化亞錫溶液，濃度為0.4 g/mL，加入金屬錫保存；現(xiàn)配乙酸鉛溶液，80 g/L。

4）吸收液。0.25 g二乙基二硫代氨基甲酸銀+少量氯仿+2 mL三乙醇胺+氯仿稀釋至100 mL。

1.3 砷標準溶液配制

1）1 000 mg/L砷標準溶液的配置：準確稱取0.132 0 g預先在硅膠上干燥爭取至恒重的三氧化二砷，溶于2 mL 20%的氫氧化鈉溶液中，用硫酸（1+1）溶液中和后，然后用蒸餾水稀釋至100 mL容量瓶中，搖勻。

2）1.0 mg/L砷標準溶液的配置：吸取000 mg/L砷標準溶液，逐級稀釋成1.0 mg/L砷標準溶液。

2 實驗原理與方法

2.1 實驗原理

Ag-DDTC分光光度標準分析法的實驗原理：金屬鋅與在酸性溶液的作用之下，會產(chǎn)生新生態(tài)氫；在水樣中如存在碘化鉀和氯化亞錫的狀態(tài)之下，原來五價砷元素可還原生成三價砷元素；新生態(tài)氫在水樣中可將還原生成的三價砷元素進一步還原成砷化氫氣體；用二乙基二硫代氨基甲酸銀-三乙醇胺的氯仿液對砷元素進行吸收，可以生成紅色膠體銀，并測量吸收液的吸光度和標準吸光度值進行對比，可以確定測試水樣中的砷元素含量。

2.2 測定步驟

2.2.1 預處理過程

取10mL樣品溶液于砷化氫發(fā)生瓶中；加入4mL硫酸（1+1）和5 mL硝酸，加熱煮沸對樣品進行消解處理，直至樣品產(chǎn)生白色煙霧；如溶液任仍有渾濁物特性，則繼續(xù)加入5 mL硝酸，繼續(xù)加熱至產(chǎn)生白色煙霧，直至溶液清澈；冷卻后加水至25 mL，再加熱至產(chǎn)生白色煙霧；再次冷卻后加水至50 mL。

2.2.2 顯色過程

砷化氫發(fā)生瓶→30%濃度碘化鉀4 mL→搖勻→0.4 g/mL氯化亞錫2 mL→混勻→靜置15 min；取10.0 mL吸收液+5 g無砷鋅粒→連接導氣管和發(fā)生瓶→化學反應釋出砷。

2.2.3 光度測定

用AA320N型原子吸收分光光度計及配套比色皿測定含砷量。

2.2.4 標準曲線的繪制

1）用移液管準確移取。0 mL、0.50 mL、1.0 mL、2.0mL、5.0mL、10.0mL砷標準溶液（濃度為1.0mg/L）分別放入6個50 mL容量瓶中，并用水加到50 mL。

2）顯色與測定。分別加入4 mL硫酸（1+1），進行顯色和測定。

3）標準曲線的繪制。根據(jù)測定結(jié)果，繪制了砷元素標準曲線，如圖1所示。

圖1 砷元素標準曲線

3 試驗過程及數(shù)據(jù)分析

3.1 酸度對加標回收率的影響

取垣曲冶煉廠同一時間內(nèi)銅冶煉含砷廢水試樣5份，按上述測定步驟，其他測試條件不變，調(diào)整加入的硫酸（1+1）的體積分別為3.0 mL、3.5 mL、4.0 mL、4.5 mL、5.0 mL時，進行回收率試驗，分析結(jié)果如表1所示。

表1 不同酸度條件下砷元素加標回收率情況表

從表1數(shù)據(jù)可知，當硫酸（1+1）加入量從3 mL遞增到5 mL的過程中，砷元素加標回收率表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，當硫酸（1+1）加入量4 mL時回收率達到最大值98.75%，確定硫酸（1+1）加入量4 mL為實驗最佳條件。

3.2 無砷鋅粒粒度對加標回收率的影響

取垣曲冶煉廠同一時間內(nèi)銅冶煉含砷廢水試樣3份，按上述測定步驟，其他測試條件不變，調(diào)整加入無砷鋅粒的粒度大小分別為10～20目、20～30目、30～40目時，進行加標回收率試驗，分析結(jié)果如表2所示。

表2 不同無砷鋅粒粒度條件下砷元素加標回收率情況表

從表2數(shù)據(jù)可知，當無砷鋅粒的粒度大小從10～20目、20～30目、30～40目進行遞增時，加標回收率試驗結(jié)果表現(xiàn)為降低趨勢，當無砷鋅粒的粒度為10～20目時為最大值97.63%，確定無砷鋅粒的粒度10～20目為實驗最佳條件。

3.3 比色皿厚度對加標回收率的影響

取垣曲冶煉廠同一時間內(nèi)銅冶煉含砷廢水試樣3份，按上述測定步驟，其他測試條件不變，調(diào)整測試用AA320N型原子吸收分光光度計比色皿厚度分別為10 mm、20 mm、50 mm時，進行加標回收率試驗，分析結(jié)果如表3所示。

表3 不同比色皿厚度條件下砷元素加標回收率情況表

從表3數(shù)據(jù)可知，采用AA320N型原子吸收分光光度計進行檢測時，比色皿厚度為20 mm時，加標回收率最高為97.27%，確定采用20 mm比色皿為實驗最佳條件。

4 結(jié)論

對銅冶煉廢水中砷含量測定的Ag-DDTC分光光度標準分析法的實驗原理和測定步驟進行了分析，從測試溶液酸度、無砷鋅粒粒度、比色皿厚度三方面對加標回收率的影響進行了試驗。確定了垣曲冶煉廠銅冶煉廢水中砷含量Ag-DDTC分光光度標準分析測試法中的最佳試驗條件為：硫酸（1+1）加入量為4 mL、無砷鋅粒粒度為10～20目，分光光度計采用20mm比色皿。該檢測方法及參數(shù)的確定有效的保障了垣曲冶煉廠含砷廢水砷元素測定的確定度。