濕法煉鋅銅渣中鎘量的測定方法與研究

武逸云

(白銀有色集團股份有限公司 西北鉛鋅冶煉廠,甘肅 白銀 730900)

0 引言

鋅濕法冶煉過程均會產生一定量的銅渣,由于價值較高,其產量、回收率及銅渣質量等指標倍受企業的關注。綜合回收這些有價金屬元素,不僅能綜合利用原料、保護環境,而且可以提高金屬回收率、降低生產成本。一般情況下,鋅精礦中的銅經流態化焙燒以銅氧化態的形態轉入鋅焙砂,在浸出過程中又以硫酸銅的形態進入硫酸鋅溶液,硫酸鋅溶液在凈化過程中,多采用鋅粉置換原理除去其中的銅,同時溶液中的鎘也一并進入渣(銅鎘渣),在銅鎘渣回收系統,銅鎘渣采用稀硫酸再浸出,銅鎘渣中鋅及鎘大部分進入溶液,而銅則富集于渣,即銅渣。銅渣主要成分為金屬態的銅、鎘及鋅,一般銅含量在40%以上,鎘及鋅小于10%。多年來,西北鉛鋅冶煉廠對銅渣中鎘量測定均借助于原子吸收分光光譜法,但誤差較大,對生產指導意義不大,導致銅渣指標難以提高。為此,開展銅渣中鎘量的測定新方法的探索和研究具有重要意義。

銅渣中鎘量的測定本方法針對于ICP-AES 法分析成本高和原子吸收分光光譜法分析結果偏差大等缺點,以鹽酸-乙酸銨為底液,利用示波極譜儀有較高的分辨能力和抗先還原離子的干擾等特點測定銅渣中鎘量的分析方法。

1 實驗

1.1 儀器

儀器使用JP-2c 型示波極譜儀。

1.2 試劑

(1)鹽酸:ρ1.19 g/mL。

(2)硝酸:ρ1.42 g/mL。

(3)極譜底液:稱取適量乙酸銨用蒸餾水加熱溶解,稍冷,加入適量鹽酸,待溶液冷卻后以水稀釋至1 000 mL,搖勻。分別配置成10%乙酸銨—5%鹽酸、10%乙酸銨—9%鹽酸、10%乙酸銨—10%鹽酸、10%乙酸銨—12% 鹽酸、10% 乙酸銨—15% 鹽酸、10%鹽酸—5%乙酸銨、10%鹽酸—9%乙酸銨、10%鹽酸—10%乙酸銨、10%鹽酸—15%乙酸銨、10%鹽酸—20%乙酸銨底液。

(4)抗壞血酸。

(5)鎘標準溶液:取金屬鎘(99.999%)1.000 0 g 于300 mL 燒杯中,加入20 mL 硝酸(1 +1)加熱溶解至近干,加入10 mL 鹽酸(1 +1),冷卻后移入1 000 mL 容量瓶中,定容,搖勻,此標準每毫升含鎘1 mg。

1.3 實驗方法

稱取0.100 0 g 銅渣于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,再加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干;用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽完全溶解,取下;加抗壞血酸使溶液中三價鐵的黃色完全消失并過量約0.1 g。將溶液移入盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。隨同試樣移取5.00 mL 鎘標準溶液(1 mg/mL)于盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置備好的試樣溶液分別倒入電解杯中,進行示波極譜儀攝圖,陽極化,二極導數波,經試驗論證在原點電位-224 mV,出峰電位為-600 mv 區域,出現穩定的鎘波,測其出峰峰值。純鎘的極譜波峰圖如圖1 所示,銅渣試樣的極譜波峰圖如圖2 所示,圖中橫坐標為出峰電位(mv),縱坐標為出峰峰值(μA)。

圖1 純鎘的極譜波峰圖

圖2 銅渣試樣的極譜波峰圖

2 結果討論

2.1 條件試驗

2.1.1 鹽酸用量對極譜波峰峰值的的影響

稱取0.100 0 g 銅渣5 份于100 mL 燒杯中,分別加入5、8、10、12、15 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解。蒸至小體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價鐵的黃色完全消失并過量約0.1g。將溶液移入盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進行示波極譜儀攝圖。陽極化,二極導數波,原點電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測其出峰峰值。其實驗結果如表1 所示。

表1 鹽酸用量對極譜波出峰峰值的的影響

從表1 可以看出鹽酸加入量在8～12 mL 時可以獲得最大、最穩定的極譜波峰,對測結果無明顯的影響,而且此處波形良好,因此本方法選用加入鹽酸10 mL 進行測定。

2.1.2 硝酸用量對極譜波出峰峰值的影響

稱取0.100 0 g 銅渣5 份于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數分鐘后,再分別加入1、2、3、4、5 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。以下方法同2.1.1,測其出峰峰值。其實驗結果如表2 所示。

由表2 可以看出硝酸加入量在3 mL 時即可以獲得最大、最穩定的極譜波峰,而且此處波形良好,因此本方法采用加入硝酸3 mL 時測定效果最好。

表2 硝酸用量對極譜波出峰峰值的影響

2.1.3 底液濃度的選擇對出峰峰值的影響

稱取0.100 0 g 銅渣10 份于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數分鐘后,再分別加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,以下方法同2.1.1,將溶液分別移入預先盛有25 mL 濃度分別是10%乙酸銨—5%鹽酸、10%乙酸銨—9%鹽酸、10% 乙酸銨—10% 鹽酸、10% 乙酸銨—12% 鹽酸、10%乙酸銨—15%鹽酸、10%鹽酸—5%乙酸銨、10%鹽酸—9% 乙酸銨、10% 鹽酸—10% 乙酸銨、10%鹽酸—15%乙酸銨、10%鹽酸—20%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進行示波極譜儀攝圖。陽極化,二極導數波,原點電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測其出峰峰值。其實驗結果如表3 所示。

表3 底液濃度的選擇對出峰峰值的影響

從表3 中表明固定乙酸銨的濃度為10%時,僅改變鹽酸用量從5%～15%,其它按操作步驟進行操作,由實驗結果可知,鹽酸用量在9%～12%時,極譜峰高較穩定。本法采用10%的鹽酸用量。固定鹽酸的用量為10%時,相應的改變乙酸銨的濃度從5%～20%,實驗結果表明,乙酸銨的濃度對銅渣的測定影響不大,因溶液粘度增大,波峰電流值稍見降低,故采用10%乙酸銨的濃度比較合適。

2.1.4 10%鹽酸-10%乙酸銨底液用量對出峰峰值的的影響

稱取0.100 0 g 試樣5 份于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至少體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價鐵的黃色完全消失并過量約0.1 g。將溶液分別移入預先盛有15、20、25、30、35 mL的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進行示波極譜儀攝圖。陽極化,二極導數波,原點電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測其出峰峰值,如表4 所示。

根據表4 可知,底液用量改變時對出峰峰值有不同程度的影響,在25 mL 時波峰穩定,故采用25 mL 底液。

表4 10%鹽酸-10%乙酸銨底液用量對出峰峰值的的影響

2.2 標準試驗

2.2.1 純標準用量的出峰峰值的線性

做純鎘標準實驗,分別移取濃度為1 mg/mL 的鎘標準溶液1、2、3、5、10 mL 到預先盛有25 mL 底液(10%鹽酸-10%乙酸銨底液)50 mL 的5 個容量瓶中,以下按試樣分析步驟進行,將溶液倒入電解杯中,進行示波極譜儀攝圖。陽極化,二極導數波,原點電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測其出峰峰值。其實驗結果如表5 所示。

根據表5 可知,鎘標準加入量在1～10 mL 之間,標準線性好。

表5 純標準用量的出峰峰值的線性

2.2.2 測定步驟

稱取0.100 0 g 銅渣于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,再加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽完全溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價鐵的黃色完全消失并過量約0.1 g。將溶液移入盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進行示波極譜儀攝圖,陽極化,二極導數波,原點電位-224 mV,出峰電位為-600 mV 左右,測其出峰峰值,隨同試樣移取5.00 mL 鎘標準溶液(1 mg/mL)于盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,以下按試樣分析步驟進行操作,測其出峰峰值;用標準對照法根據鎘標準溶液的濃度和出峰峰值計算出試樣溶液的鎘含量,進一步得出銅渣試樣的含鎘量。

2.2.3 分析結果的計算

式中 M—所測試樣濃度,μg;

M—試樣質量,g。

例如銅渣樣品0.100 0 g 按以上測定步驟的測定結果顯示如表6 所示。

表6 一銅渣樣品0.100 0 g 測定結果表

根據以上公式計算Cd(%)=6.22%。

2.2.4 純標準用量對銅渣結果的影響

分別稱取0.100 0 g 銅渣1#、2#于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價鐵的黃色完全消失并過量約0.1 g。將溶液移入預先盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。隨同試樣做純鎘標準實驗,分別移取濃度為1 mg/mL 的鎘標準溶液1、2、3、5、10 mL 到預先盛有25 mL 底液(10%鹽酸-10%乙酸銨底液)50 mL 的5 個容量瓶中,以下按試樣分析步驟進行,將溶液倒入電解杯中,進行示波極譜儀攝圖。陽極化,二極導數波,原點電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測其含量。分析結果按標準對照法計算如表7 所示。

表7 隔標準加入量對結果的影響

由表5、6、7 可知,加入鎘準溶液(1 mg/mL),1 mL 到10 mL 都比較穩定,本方法中加入鎘準溶液5 mL 測定時的量程與出峰峰值與樣品更為接近,可有效地減少測定誤差,故選用加入5 mL 的鎘標準溶液。

2.3 方法的精密度與準確度試驗

2.3.1 方法的精密度

將同一樣品1#、2#按以上2.2.2 測定步驟平行做11 次。實驗結果如表8 所示。

表8 精密度

2.3.2 方法的準確度

與ICP-AES 測定結果比較如表9 所示。

表9 示波極譜法測定結果與ICP-AES 測定結果比較

2.3.3 回收率

稱取0.100 0 g 的銅渣1#、2#各2 份,處理好樣品后分別移入預先盛有25 mL 底液(10%鹽酸-10%乙酸銨底液)的50 mL 的四個容量瓶中,向后兩個容量瓶中1#、2#分別加入2.00 mL 鎘標準溶液(1 mg/mL),隨同試樣做純標準試驗,以下按試樣分析步驟進行操作。分析結果按標準對照法計算結果,回收率如表10 所示。

表10 回收率

回收率在99.30%～100.50%,符合分析要求。

3 結論

該方法研究了高銅物料銅渣中鎘量的測定方法,此方法與經典的鹽酸底液法、氨性底液法相比較,具有波形穩定、準確度高、成本低的優點,同時也免除了氨氣對人體的傷害。通過以上實驗數據分析可知,本方法較原子吸收分光光譜法和ICP-AES 法準確度和精密度較高、回收率好、分析速度快、成本低,可以準確可靠的測定銅渣中的鎘量,在實際應用中效果好。因此,該分析方法無論是從分析結果的可靠程度、成本控制還是長期生產應用考慮,優先選用該方法是科學合理的,不僅在生產工藝流程中起到了很好的指導作用,而且具有較高的推廣應用價值。