馬麗君

(北方銅業(yè)股份有限公司 計量檢驗部，山西 垣曲 043700)

0 前言

鎳作為合金工業(yè)的主要原料，大量用來制造各種類型的不銹鋼、軟磁合金和合金結(jié)構(gòu)鋼、耐熱合金、電工合金和耐蝕合金等，用途非常廣泛。

目前，合理利用礦產(chǎn)資源，避免金屬流失是國家資源保護的一項基本措施，也是企業(yè)增產(chǎn)降耗的有效手段。銅冶煉渣是銅冶煉廠冶煉過程中產(chǎn)生的廢渣，其中鎳等元素含量較高。該物料，一方面金屬元素含量高了外排會對環(huán)境造成污染，另一方面對評價提煉質(zhì)量和改進工藝具有重要指導(dǎo)意義，可見銅冶煉渣中鎳，具有綜合回收利用的價值，因此有必要對銅冶煉渣中鎳建立一種簡單快速的分析方法，以指導(dǎo)生產(chǎn)。鎳的測定主要針對的物料有紅土鎳礦[1-2]、硅鋼[3]、高鈣碳酸鹽地質(zhì)樣品[4]，鎳的測定通常有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[1,3]、分光光度法[5]、原子吸收光譜法[6]、原子熒光光譜法[7]，目前對于銅冶煉渣中鎳的測定未見報道。本文采用原子吸收光譜法對銅冶煉渣中鎳的測定進行了探討，有效解決了樣品消解方法、測定介質(zhì)、酸度等一系列問題，建立了銅冶煉渣中鎳的準(zhǔn)確快速分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

S4型火焰原子吸收光譜儀(賽默飛世爾公司)，帶有鎳空心陰極燈。

鹽酸、硝酸為優(yōu)級純，氟化氫銨、溴素為分析純。

鎳標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(0.5 mg/mL)：稱取0.500 0 g金屬鎳(>99.99%)，置于200 mL燒杯中，加入10 mL硝酸(1+1)，蓋上表面皿，置于電熱板上低溫加熱至完全溶解，煮沸除去氮氧化物，冷至室溫。移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)：移取20.00 mL鎳標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液置于100 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。

1.2 分析樣品制備

取銅冶煉渣500 g于(105±5) ℃烘干，研磨至過120 μm篩。

1.3 實驗方法

稱取0.200 0 g試料于100 mL普通燒杯中，加入1 5 mL鹽酸，蓋上表面皿置于電熱板上低溫加熱，如有沉渣，則加入少量的氟化氫銨溶解至5 mL左右，加入5 mL硝酸，等大量硫浮起，取下稍冷加入1 mL溴,低溫加熱除硫，溶至溶液清亮，繼續(xù)加熱至近干，用水沖洗表面皿及燒杯，加入5 mL硝酸于電熱板上加熱至溶解完全，取下冷卻，移入100 mL容量瓶中，定容搖勻后靜置干過濾，移取適當(dāng)濾液直接或稀釋后進行原子吸收光譜法測定。

1.4 工作曲線繪制

移取鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00，0.25，0.50，1.00，1.50，2.00，2.50 mL置于一組100 mL容量瓶中，加入5 mL硝酸，以水稀釋至刻度，混勻。此時1 mL溶液分別含0.0，0.25，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 μg鎳。與測量試液相同的條件下，測量系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。減去系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中“零”濃度溶液的吸光度，以鎳的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制工作曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件

分別改變原子吸收光譜儀的燃燒頭高度、空氣乙炔流量及燈電流進行實驗，以吸光度值最大時為最佳條件。通過實驗確定了儀器的最佳工作狀態(tài)，如表1。

表1 儀器工作條件 Table 1 Instrumental parameters

2.2 樣品溶解方法的選擇

銅冶煉渣是銅冶煉過程中產(chǎn)生的廢渣，渣中二氧化硅含量較高，一般在20%～40%，硫含量為10%～20%，若直接以酸分解，會產(chǎn)生硅酸鹽沉淀，硫磺塊，將包裹樣品，消解不完全，使測定結(jié)果偏低，因此實驗時以鹽酸、硝酸先低溫消解樣品，加入一定量的氟化氫銨使之與硅生產(chǎn)四氟化硅揮發(fā)，再加溴使之與硫生成硫化氫揮發(fā)除去，樣品可以完全消解。

改變氟化氫銨加入量進行實驗，當(dāng)加入量為0.5～1 g時，杯底無粘稠狀物體，硅被除去；改變溴加入量進行實驗，當(dāng)加入量為1～2 mL時，硫磺塊消解干凈。

因此實驗中采用加入15 mL鹽酸、5 mL硝酸、0.5 g氟化氫銨和1 mL溴水消解樣品。

2.3 介質(zhì)和用量的選擇

硫酸、磷酸、高氯酸由于粘性較大，會影響測定元素的離解，本實驗不予采用，選用鹽酸和硝酸進行對比，測定結(jié)果沒有大的變化，本實驗選擇硝酸介質(zhì)。

硝酸用量的影響實驗：移取鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液各0.1 mL于100 mL容量瓶，加入1，2，3，4，5，6，8，10，12 mL硝酸控制酸度，以下按照實驗方法進行。測定吸光度,具體結(jié)果見表2，溶液中硝酸用量在2～12 mL時，溶液測定強度值最大且變化穩(wěn)定，本方法采用硝酸(5%)為測定樣品的介質(zhì)。

表2 硝酸用量實驗 Table 2 Tests for the amount of nitrate

2.4 干擾實驗

按常見銅冶煉渣中的各種雜質(zhì)元素含量，結(jié)合本方法稱樣量，加入雜質(zhì)進行單元素干擾實驗和混合元素干擾實驗(所有雜質(zhì)都是以其水溶液形式加入)，測定吸光度。在測定鎳150 μg/100mL， 相對誤 差不大于5%時[10]，雜質(zhì)元素允許量：Cu為2 mg/100mL；Ag，F(xiàn)e，Zn，Co，Cd，Sb，Cr，As，Sn，Bi為1 mg/100mL。

2.5 檢出限實驗

以空白溶液11次測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的濃度為原子吸收光譜法測定鎳的檢出限為0.004 μg/mL。

2.6 精密度實驗

選取5個樣品，按實驗方法進行了精密度實驗，結(jié)果如表3，方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.61%～1.2%。

表 3 精密度實驗結(jié)果 Table 3 Results of precision tests /%

2.7 加標(biāo)回收實驗

在1個樣品中準(zhǔn)確加入不同量的鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液，按本文擬定的分析步驟進行加標(biāo)回收實驗。結(jié)果如表4，回收率在99.6%到100.4%之間。

表4 加標(biāo)回收實驗 Table 4 Recovery experiments(n=5)

3 結(jié)語

火焰原子吸收光譜法測定銅冶煉渣中鎳，共存元素均不干擾測定，方法簡便快捷，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.2%，加標(biāo)回收率在99.5%～100.2%，結(jié)果令人滿意，適用于含鎳為0.01%～1.0%的銅冶煉渣的分析。

[1] 何飛頂,李華昌,馮先進.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)法測定紅土鎳礦中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca 9種元素[J].中國無機分析化學(xué),2011,1(2)：39-41.

[2] 王 彤,馮振華,徐進勇,等.分光光度法測定高鐵、高鎂紅土鎳礦中的鎳[J].中國無機分析化學(xué),2012,2(2)：20-23.

[3] 李杰,李潔,張穗忠.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定硅鋼中痕量銅和鎳[J].冶金分析,2011,31(5)：16-19.

[4] 趙志飛,李丹,李策,等.高鈣碳酸鹽地質(zhì)樣品中銅鎳的測定[J].巖礦測試,2010,29(2)：187-189.

[5] 莊曉娟.催化動力學(xué)光度法測定合金中鎳[J].冶金分析,2011,31(7)：58-60.

[6] 劉憲彬,王小翠,沈亞紅,等.火焰原子吸收光譜法測定火法冶煉鎳基體料礦熱爐渣中鎳[J].冶金分析,2013,33(1)：65-68.

[7] 湯淑芳.原子熒光光譜法測定鎘錠中錫的含量[J].中國無機分析化學(xué),2013,3(1)：68-70.