分光光度法测定稀土磷矿浸出液中磷的含量

(1 广东省资源综合利用研究所，广州 510650；2 稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广州 510650)

前言

磷和稀土均是重要的战略资源，含稀土磷灰石资源的开发利用研究日益受到重视，而在开发利用稀土磷矿石的过程中，经常采用硝酸、硫酸及盐酸浸取稀土磷资源，以使得磷和稀土从中分离出来，而后分离出来的磷可以运用生产磷肥及磷酸等重要应用[1-2]，据文献报道王胜东等[3]运用硝酸法生产磷酸过程中稀土的浸出情况进行了研究。刘珍珍等[4]对含稀土磷灰石精矿酸浸试验进行了研究，在进行稀土磷矿浸出试验时经常需要测定浸出液及浸出渣中稀土和磷的含量，以便考察浸出条件如浸出时间、酸度、温度等实验条件是否最优，因此测定浸出液中的磷具有重要意义。目前测定磷的方法主要有磷钼酸铵滴定法[5]，重量法[6]；电感耦合等离子发射光谱法[7-9]；分光光度法[10]等，电感耦合等离子体发射光谱法仪器价格昂贵，且适用于测定低含量的磷，重量法测定磷的分析步骤繁琐，流程时间长，且适用于较高含量磷的测定，而分光光度法具有分析成本低、操作简便、快速、适用浓度范围广、选择性好，灵敏度高等特点，因此，本文以硝酸浸取复杂的稀土磷矿，并采用钼钒黄酸铵分光光度法对该浸出液中磷的含量进行了测定，计算了硝酸浸出该矿磷的浸出率，得出的浸出率与文献报道的浸出率基本吻合，表明该方法可以准确地测定出该稀土磷矿中的磷，为含磷矿湿法冶金过程中浸出液中磷的测定提供了一种准确的分析方法，该方法具有操作步骤简单，显色速度快、重现性好，且适用于较宽范围磷的快速、准确测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

VIS-723型分光光度计(北京北分瑞利分析仪器有限公司)；分析天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)。

钒钼酸铵显色剂：将钼酸铵(100 g/L，10 g钼酸铵溶于100 mL水中)徐徐倾入钒酸铵溶液[3 g/L，称取0.3 g钒酸铵溶解于50 mL水中，加50 mL硝酸(1+3)搅拌均匀]再加18 mL硝酸(ρ=1.42 g/mL)。

磷标准溶液1(0.2 mg/mL)：称取0.878 0 g预先经105～110 ℃烘干1 h置于干燥器中冷却至室温的优级纯磷酸二氢钾于250 mL烧杯中，加水溶解，移入1 000 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。

磷标准溶液2(0.02 mg/mL)：移取10 mL磷标准溶液1于100 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。

硝酸(1 mol/L)，硝酸(10 mol/L)。所用试剂均为分析纯；实验用水为二次蒸馏水。

1.2 实验方法

1.2.1待测样的制备

称取1.0 g(精确至0.000 1 g)不同品位稀土磷矿，加入50 mL HNO3(1 mol/L)浸出，浸出时间为4 h，移取浸出液5 mL至100 mL容量瓶中，以水定容，摇匀，得到待测溶液。

1.2.2试样的显色及测量

视磷含量高低移取5～10 mL待测液于100 mL的容量瓶中，加入5 mL硝酸(10 mol/L)，20 mL显色剂，用水稀释至刻度，摇匀，放置15 min，于分光光度计在420 nm处以试剂空白做参比，测定吸光度，从标准工作曲线上查得磷含量。

2 结果与讨论

2.1 波长的选择

移取2.5 mL磷标准溶液(0.2 mg/mL)，按实验方法进行显色，在400～470 nm波长范围内进行光谱扫描，结果见表1。

表1 波长选择实验

由表1可见，随着波长的增加，吸光度值变小，结合稀土磷矿浸出液浓度含量，实验选择420 nm波长进行测定。

2.2 显色时间实验

移取2.5 mL磷标准溶液(0.2 mg/mL)，按实验方法进行显色，实验结果表明该显色反应较快，15 min以上吸光度即可达到最大，实验选择显色时间15 min以后进行测定。

2.3 显色酸度实验

于一系列500 μg磷标准溶液中加入不同量的硝酸(10 mol/L)，按实验方法进行显色，测定其吸光度，结果见表2。

表2 显色酸度实验

实验结果表明，当硝酸加入量大于10 mL时，吸光度降低，不能达到理想的灵敏度，因此考虑到显色反应的酸度及检测的灵敏度，实验选择加入硝酸(10 mol/L)量为5 mL。

2.4 显色剂用量实验

于一系列900 μg磷标准溶液中加入5 mL硝酸(10 mol/L)，分别加入不同量的显色剂，按实验方法进行显色，测定其吸光度，结果见表3。

表3 显色剂用量实验

实验结果表明，随着显色剂用量的的增加，吸光度值逐渐增加，当钒钼酸按加入量达到15 mL时吸光度值趋于稳定，考虑到需要检测的样品含量，实验确定加入显色剂的用量为20 mL。

2.5 标准曲线的绘制

在最佳实验条件下，对一系列标准溶液进行显色，以待测元素的质量浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制曲线，结果见图1，由图1可知磷的浓度在0.02～1.2 mg/100mL范围内线性关系良好，相关系数为R2=0.999 8，相性回归方程为A=0.239 1C+0.002 8。

图1 磷的工作曲线图Figure 1 A working curve for phosphorus analysis.

2.6 硝酸浸出稀土磷矿石中磷的实验

称取1.0 g(精确至0.000 1 g)不同品位稀土磷矿，加入50 mL HNO3(1 mol/L)浸出，浸出时间为4 h，移取浸出液5 mL至100 mL容量瓶中，运用该方法对浸出液进行显色测定，得出的磷的浸出率，结果见表4，由表4可知，通过硝酸浸取稀土磷矿，磷的转化率在93%以上，与文献报道的基本吻合。

表4 硝酸浸出稀土磷矿中磷的实验

2.7 方法的精密度实验

按照实验方法对3个不同磷含量的稀土磷矿石进行硝酸浸取实验，以考察方法的精密度，结果见表5，由表5可见方法的精密度良好。

表5 精密度实验

2.8 加标回收实验

对1#、3#及5#样品分别移取浸出液5 mL，并加入不同量的磷标准溶液至100 mL的容量瓶内，然后移取部分溶液进行显色实验，实验表明加标回收率在96.0%～101%，表明方法的准确度令人满意(表6)。

表6 加标回收实验结果

2.9 与磷钼酸喹啉重量法的对比分析

对3#、4#、5#样品分别采用磷钼酸喹啉重量法进行分析，分析结果见表7，从表7中可以看出本方法与重量法分析的结果基本一致，但本方法较重量法简便、快速。

表7 分光光度法与重量法的对比试验

3 结论

建立了分光光度法测定稀土磷矿浸出液中磷的方法，该方法有较高的灵敏度，方法重现性好、准确度高，能够准确地测定出硝酸浸出稀土磷矿石中磷的测定，为考察稀土磷矿湿法冶金过程中的磷测定提供了一种简便分析方法。