鎳锍試金-鋁共熔-電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法測定廢催化劑中銠銥釕

熊方祥 楊炳紅 符招弟 郭桓煜

(長沙礦冶院檢測技術有限責任公司，長沙410012)

銠、銥、釕因具有良好的抗腐蝕性、穩定的熱電性、高溫抗氧化性及良好的催化性能，根據應用領域的不同，制成各種催化劑，廣泛應用于石油化工的各種精煉及汽車、礦山機械等廢氣凈化方面。銠、銥、釕在催化劑中的含量在0.0x%～0.x%，當催化劑過期后，存在巨大的回收價值，在廢催化劑的交易及回收的生產過程中均需準確測定其中含量。由于銠、銥、釕在常壓下不溶于王水及單一的無機酸，其含量的準確測定一直都是分析中的難題。

銠、銥、釕常見的檢測方法有分光光度法[1]，重量法[2-3]，電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法[4]；電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法[5-8]。廢催化劑回收時含各種貴金屬的混合物，且銠、銥、釕含量較低，需要分離富集，分光光度法只能測定單純合金中銠，硫脲富集，由于加入大量的鈉鹽，硫酸高溫冒煙時濺跳帶來較大的偏差，且只能單獨測定銠或銥；鎳锍試金富集取樣量大，試樣有代表性，且能同時測定銠銥釕，但鹽酸溶解鎳扣時產生大量絮狀沉淀，造成實驗失敗。

本文采用鎳锍試金富集，產生的鎳扣加入鋁共熔，用鹽酸(1+1)溶解鋁鎳合金，而銠、銥、釕不溶，過濾分離溶液，沉淀于密閉罐中溶解，ICP-OES法測定銠、銥、釕，該方法結果穩定，回收率在96.2%～100%，已成功應用于生產實踐中。

1 實驗部分

1.1 儀器工作參數

AIVO 500型電感耦合等離子體光譜儀(美國 PE公司)，其工作參數：射頻功率15 kW，輔助氣流量0.2 L/min，等離子氣流量15 L/min，霧化器壓力200 kPa，積分時間0.1 s，讀數3次，軸向觀測，高壓消解罐50 mL。

1.2 試劑與材料

試金配料：氧化鎳、硼砂、碳酸鈉、硫磺粉、二氧化硅均為分析純，面粉(市售)。

釕、銠、銥標準儲備溶液(1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)，鉑族元素混合標準工作溶液[由儲備溶液逐級稀釋混合配制而成，介質為王水(5%)]。

實驗所用鹽酸、硝酸等均為優級純，實驗用水為蒸餾水。

1.3 實驗方法

1.3.1 銠銥釕的富集

稱取10～20 g(精確至0.001 g)樣品于已加入40 g碳酸鈉、20 g硼砂、3 g二氧化硅、1 g氧化鎳、1 g面粉、1.5 g硫磺的坩堝中，攪拌均勻，將坩堝放入已升溫至1 000 ℃的高溫箱式電爐中，關閉爐門，升溫至1 100 ℃，保溫20 min。取出坩堝，倒入鐵模中，冷卻后去除熔渣，取出鎳锍扣(隨同試樣做空白實驗)。

1.3.2 鋁共熔鎳锍扣

將鎳锍扣置于6 g鋁片中，包緊放入30 mL坩堝中，于900 ℃箱式電爐保溫2 h，取出冷卻，將鋁鎳合金放入300 mL燒杯中，加入100 mL HCl(1+1)至溶解完全，用定量濾紙過濾，洗燒杯及沉淀各3次。

1.3.3 銠銥釕的溶解及測定

將濾紙及沉淀置于高壓消解罐中，加入20 mL王水，擰緊外蓋，于150 ℃烘箱中加熱8 h，取出冷卻至室溫，打開外蓋，將溶液移至100 mL容量瓶中，定容，混勻，用電感耦合等離子體發射光譜法測定其中Rh、Ir、Ru。

2 結果與討論

2.1 鎳扣溶解方式的選擇

鎳锍試金產生的鎳扣理論上是能溶解于鹽酸(1+1)，但催化劑產生的鎳扣在鹽酸中溶解24 h還是有大量的絮狀沉淀。用電鏡對催化劑產生的鎳扣進行掃描，掃描電鏡圖如圖1所示，鎳扣中含有少量的硅、鋁、鐵、銅等少量雜質，上述雜質應該是造成鎳扣不能完全溶解于鹽酸的原因。鋁性質活潑，熔點低，實踐證明，當鋁與鎳共熔時，雖然鎳扣還有少量雜質，但仍能完全溶解于鹽酸。故選擇鎳扣和鋁共熔再用鹽酸溶解。

圖1 鎳扣電鏡掃描圖Figure 1 Scanning electron micrograph of nickel button.

2.2 加入鋁量的選擇

廢催化劑經鎳锍試金法產生的鎳扣是不能直接溶解于鹽酸(1+1)的，需要加鋁共熔，鋁加入量過少，鎳扣在鹽酸中溶解不完全，加入過多造成浪費。

稱取廢催化劑(編號為A085)，一批次產生一組鎳扣，分別加入0、2、4、6、8、6 g鋁，放入900 ℃的馬弗爐中熔融2 h，取出后冷卻，加入100 mL鹽酸(1+1)溶解至完全，定容，搖勻，用ICP-OES測得銠、銥、釕量。測定結果見表1。

表1 不同鋁量加入對比實驗

由實驗結果可知，當加入6 g以上鋁與鎳扣共熔后，鋁鎳合金與鹽酸反應迅速，且在2 h以內反應完全，結果穩定可靠，故選擇加入6 g鋁與鎳扣共熔。

2.3 鋁鎳共熔時溫度的選擇

加入鋁與鎳扣共熔時，溫度過低，鋁與鎳互熔程度不夠，起不到碎化效果。稱取廢催化劑(編號為A085)產生一組鎳扣，加入6 g鋁，分別放入700、800、900、1 000 ℃馬弗爐中熔2 h，取出冷卻后加入100 mL HCl(1+1)溶解鋁鎳合金，然后按實驗方法測得銠、銥、釕量，結果見表2。

表2 不同溫度共熔實驗

由實驗數據表明，當加入6 g鋁與鎳扣在800 ℃以上的溫度共熔后，實驗數據穩定可靠，當共熔溫度在900 ℃以上時，鋁鎳合金與鹽酸反應迅速且結果可靠。故選擇鋁與鎳共熔溫度為900 ℃。

2.4 鋁鎳共熔時間的選擇

稱取廢催化劑(編號為A085)按實驗方法產生一組鎳扣，加入6 g鋁，于900 ℃的馬弗爐中與鎳扣分別共熔1、2、3 h，取出冷卻后加入100 mL HCl(1+1)溶解鋁鎳合金，然后按實驗方法測得銠、銥、釕結果，測定數據見表3。

表3 不同共熔時間實驗

由實驗數據可知，當加入6 g鋁與鎳扣在900 ℃以上的溫度共熔2 h后，鋁鎳合金與鹽酸反應迅速，數據穩定可靠。故選擇鋁與鎳共熔時間為2 h。

2.5 精密度實驗

按實驗方法對廢催化劑(編號為A085、A086)進行7次獨立分析，結果見表4。實驗結果表明，銠、銥、釕的最高相對標準偏差僅為7.5%，符合實驗要求。

表4 精密度實驗

2.6 加標回收實驗

選用不含銠、銥、釕且基體成分相似的催化劑，分別加入不同含量的銠、銥、釕標準溶液，按實驗方法測得銠、銥、釕量，結果列于表5。結果表明，樣品加標回收率在96.2%～100%，回收率能滿足生產實踐的需要。

表5 加標回收實驗

3 結論

鎳锍試金富集催化劑中銠、銥、釕于鎳扣中，鋁與鎳共熔，鹽酸分離鎳和鋁，密閉罐溶解沉淀，電感耦合等離子體原子發射光譜法測定廢催化劑中銠銥釕方法回收率高，結果準確可靠，可以作為廢催化劑中銠、銥、釕的定量分析方法。