电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁钒废渣中元素的含量

李延超，曹 亮，崔 顺，刘啸峰，李来平，蒋丽娟，刘 燕

(1.西安理工大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710048) (2.西北有色金属研究院，陕西 西安 710016) (3.西部新锆核材料科技有限公司，陕西 西安 710299)

0 引 言

湿法炼锌[1]过程是将硫化锌精矿经过氧化焙烧，获得的焙烧砂经过硫酸溶液浸渍，浸出液经过净化除杂后，获得的杂质较少的净化液称为新液，浸出后的残渣称为浸出渣，浸出渣中主要含有锌、铅、铁、铝、镁等杂质元素。由于中和阶段反应条件不能使焙烧砂中的金属成分全部有效浸出，这部分物质将会与铁钒沉淀一起被过滤，形成铁钒废渣。废渣中可能含有微量的铅和其他金属，直接倾倒污染环境的同时造成大量不可再生资源的浪费，因此，排放前对铁钒废渣[2-3]中元素含量的测定显得尤为重要。

以往矿石微量元素的测定中，测定方法需要根据元素的不同进行选择，主要是一些传统的化学法测定方法[4]，后来随着分析技术的进步人们采用X射线荧光光谱法测试矿物中元素的含量[5-6]，可以满足同时测定矿中不同元素，但是X射线荧光光谱法在熔融法制样片过程中常出现裂痕、气泡、失透等现象,严重影响了矿物中元素的分析。电感耦合等离子体发射光谱法[7-12]能够有效提升工作效率、保证元素测量过程中的精确度，同时，溶液的稀释倍数、分取过程的取样量、溶液中酸度的控制和内标的添加，是提升电感耦合等离子体发射光谱法实际应用效果的重要途径，本测试过程中，通过筛选分析谱线、合理设置背景扣除位置,避免了光谱干扰，保障铁钒废渣中元素的含量测定结果满足实际工作需求。

1 实验部分

1.1 主要仪器及工作条件

IRISAdvantage 高分辨率全谱直读等离子体光谱仪(美国TJA公司)，带耐氢氟酸进样系统。仪器工作条件：样品清洗时间 45 s; 样品清洗速度1.80 mL/ min; 样品分析速度1.40 mL/ min; 积分时间5 s; 功率1 400 W; 冷却气14 L/min; 载气20.0 psi; 辅助气1.0 L/ min；氩气纯度>99.995%。

1.2 主要试剂

(1) 氢氟酸，AR；(2) 硝酸，AR；(3) 高氯酸, AR；铝、铁、镁、铅、锌标准溶液浓度均为1 mg/mL(国家有色金属及电子材料分析测试中心，国家标准样品)；实验用水为二次去离子水。

1.3 标准的配置

分别准确移取0.0, 0.1, 0.3, 0.8, 1.5, 2.0, 2.5 mL浓度为1.0 g/L 的铝、铁、镁、铅、锌标准溶液(国家有色金属及电子材料分析测试中心)于7个100 mL的聚四氟乙烯容量瓶中，依次加入随同空白溶液，用去离子水定容至刻度，摇匀。配置成浓度为0.0, 1.0, 3.0, 8.0, 15.0, 20.0, 25.0 μg/mL同时含有铝、铁、镁、铅、锌浓度依次从低到高的标准溶液。实验用水均为二次去离子水，所用试剂均为分析纯。

1.4 样品处理

样品为铁钒固体颗粒废渣，为了提高分析的准确性，在称量之前用球磨机进行球磨至粉末状，准确称取0.1 g(精确至0.000 1 g)冶炼废渣样品，置于150 mL 聚四氟乙烯烧杯中，加少量水润湿，加入6 mL 硝酸、于平板电热板上(170±5)℃加热，10 min后，溶液清亮，有部分沉淀出现，冷却后加入3 mL氢氟酸、5 mL高氯酸，待样品彻底溶解清亮继续加热至冒大量高氯酸白烟(注: 使用高氯酸应遵守其安全规则)，至出现湿盐状固体时停止加热，取下、自然冷却，后加入10 mL HNO3、10 mL水后继续放置平板电热板上加热，至煮沸保持1 min后冷却至室温，严格按照实验操作标准对其进行转移，控制容量瓶定容至100 mL并对其摇匀(注：Zn、Fe元素需要继续分取10 mL后测量)，待测, 随同做空白试验。

2 结果与讨论

2.1 消解体系的选择

分别准确称取0.1 g(精确至0.000 1 g)铁钒废渣样品，其他条件保持不变，考察消解体系为 ，8 mL硝酸+2 mL氢氟酸+5 mL高氯酸，6 mL硝酸+3 mL氢氟酸+5 mL高氯酸，4 mL硝酸+4 mL氢氟酸+5 m L高氯酸，2 mL 硝酸+6 mL 氢氟酸+5 mL高氯酸的测定结果。结果表明，加入 6 mL硝酸+3 mL氢氟酸+5 mL高氯酸能取得较好的消解效果，因此选择6 mL硝酸+3 mL氢氟酸+5 mL高氯酸消解体系。

表 1 不同消解体系对溶样结果的影响

2.2 元素及基体的干扰与消除

我们采用加入验证法证实Zn、Fe、Pb、Al 离子对测定结果的干扰，控制测定结果的相对误差在±5%以内，测试结果显示Zn2+,Fe2+,Pb2+,Al3+离子间无太大干扰，可通过扣除背景消除。由于在样品制备过程中引入大量的氟离子、硝酸根离子和高氯酸根离子，我们在制备标准曲线过程中采用随同空白试样，基体匹配法即可消除，Mg元素含量较低，干扰轻微，对测定结果的影响不显著。

2.3 校准曲线及检出限

每个元素都有多条谱线供选择，主要从元素之间相互干扰小、灵敏度高、信噪比大等方面分析待测元素的谱线，并作出相应的背景扣除，有效地防止背景的影响，排除元素之间的干扰，根据上述原则和方法，在仪器最佳工作条件下，测量标准溶液系列，以待测元素质量浓度为横坐标、对应的发射强度为纵坐标，绘制校准曲线，校准曲线的线性范围、线性回归方程和相关系数最终确定了Al、Fe、Mg、Pb、Zn的分析谱线，如表3在仪器最佳工作条件下对空白溶液连续测定11次，以3倍标准偏差计算各元素的检出限，以10倍标准偏差计算方法中元素的测定下限，见表2。

表2 校准曲线回归方程、线性相关系数、检出限和测定下限

3 样品分析

3.1 方法的精密度

将测试样品中的每个元素平行测定7次，计算平均值、标准偏差和相对标准偏差，计算结果见表3。

3.2 方法的准确度

按照1.4实验测试方法对3个铁钒废渣样品进行测定后，与目前矿物测定常用X射线荧光光谱法进行对比。为了达到数据的准确性，X射线荧光光谱法采用熔融法制样，确保样品的均匀性。如表4，本方法与X射线荧光光谱法测试结果基本吻合。

表3 方法的精密度试验结果

表4 不同方法测定铁钒废渣样品的结果对比 w/%

3.3 加标回收实验

在样品中加入不同量的铝、铁、镁、铅、锌标准溶液，进行加标回收实验，实验结果见表5。

4 结 论

由于铁钒废渣呈固体颗粒状，因此，在称量前对废渣进行球磨至粉末状，在消解过程中没有加入盐酸，防止生成氯化铅沉淀，影响测试准确度。本文通过硝酸、氢氟酸、高氯酸混合酸分解试样后，采用电感耦合等离子原子发射光谱法测定铁钒废渣中的铝、铁、镁、铅、锌，通过随同空白试验进行基体匹配，提高测试的准确度，过程简单，结果准确，为铁钒废渣中化学元素含量的测定提供了新的方法及理论依据。

表5 样品的加标回收率 w/%