劉曉婷
(新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì) 哈密839000)
釩主要用于鋼鐵工業(yè)中,是高科技應(yīng)用的重要材料,近幾年,隨著釩的找礦及開(kāi)采迅速發(fā)展,國(guó)內(nèi)釩鈦磁鐵礦生產(chǎn)項(xiàng)目逐漸增多,因此,準(zhǔn)確測(cè)定釩鈦磁鐵礦中釩量具有重要意義。釩的測(cè)定方法主要有:容量法、光度法、極譜法、電位滴定法、原子吸收光譜法及電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等[1-5],但由于設(shè)備昂貴、操作難于掌握或僅適用于高含量釩測(cè)定等原因,使得釩鈦磁鐵礦山或中小型實(shí)驗(yàn)室更青睞使用光度法來(lái)測(cè)定。釩的光度測(cè)定法有很多,5-Br-PADAP光度法、以硝酸為介質(zhì)的磷鎢釩酸光度法及苯甲酰苯胲萃取光度法等,筆者發(fā)現(xiàn)以上幾種方法的顯色時(shí)間都在30 min 以上,另有萃取或水浴等過(guò)程,操作繁瑣,很難滿(mǎn)足批量釩鈦磁鐵礦樣品中釩量的檢測(cè)要求。據(jù)此,筆者借鑒前人研究,采用在稀硫酸介質(zhì)中,用磷鎢釩酸光度法來(lái)測(cè)定,簡(jiǎn)化了操作流程,縮短了檢測(cè)時(shí)間,獲得滿(mǎn)意結(jié)果。
SRJX-4-13高溫箱型電阻爐;SP-756 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);BS224S 型電子天平。
所用試劑除五氧化二釩為高純外,其余均為分析純,實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水或與其純度相當(dāng)?shù)乃?/p>
硫酸、過(guò)氧化鈉、無(wú)水乙醇、磷酸。
對(duì)硝基苯酚溶液:5 g/L。
鎢酸鈉溶液:100 g/L。
五氧化二釩標(biāo)準(zhǔn)溶液(100.00μg/mL):稱(chēng)取0.1000 g 預(yù)先在105~110 ℃烘干的五氧化二釩(99.99 %以上)于250 mL燒杯中,加20 mL硫酸溶液(1+1),低溫溶解至全部清亮,取下冷至室溫移入1 000 mL 容量瓶中,用水定容至刻度,搖勻。
稱(chēng)取0.1~0.5 g(精確至0.0001 g)試樣于預(yù)先盛有3 g過(guò)氧化鈉的剛玉坩堝(或鐵坩堝)中,用玻璃棒攪勻,表面覆蓋上1 g 過(guò)氧化鈉,于650~700 ℃高溫爐中熔融至紅色透明狀。取下稍冷,將坩堝放入250 mL 燒杯中,加入50 mL 熱水浸取,洗出坩堝,加入幾滴無(wú)水乙醇,煮沸2~3 min,冷卻至室溫,移入100 mL容量瓶中,用水定容至刻度,搖勻。
準(zhǔn)確吸取10~20 mL 干過(guò)濾的濾液或上層清液于50 mL 容量瓶中,加1 滴對(duì)硝基苯酚溶液(5 g/L),加水稀釋至約35 mL,用硫酸溶液(1+1)中和至溶液無(wú)色再過(guò)量1.5 mL,加2.5 mL磷酸溶液(1+1)、2.0 mL鎢酸鈉溶液(100 g/L),用水定容至刻度,搖勻。10 min 后,將溶液倒入合適的吸收皿中,在分光光度計(jì)420 nm波長(zhǎng)處測(cè)量其吸光度。
分別加入五氧化二釩標(biāo)準(zhǔn)溶液(100μg/mL) 0、0.2、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、12.0、15.0 mL 于50 mL 的容量瓶中,加1滴對(duì)硝基苯酚溶液(5 g/L),加1 mL硫酸溶液(1+1),以下步驟同實(shí)驗(yàn)方法。取3 cm吸收皿在分光光度計(jì)上測(cè)定,繪制工作曲線。五氧化二釩量在0.5μg/mL~30μg/mL 范圍內(nèi)符合朗伯-比耳定律,其線性回歸方程:A=-0.0047+0.0496c,相關(guān)系數(shù)r=0.9999。
釩鈦磁鐵礦石含有大量鈦、鐵元素及少量鋯和稀土元素,比色過(guò)程中干擾測(cè)定。采用堿熔方法,釩于堿中熔融,生成釩酸鹽,留于溶液中;鈦、鐵、鋯和稀土元素等以沉淀形式存在,通過(guò)過(guò)濾或?qū)⑷芤悍胖贸吻寮茨苡行Х蛛x。鉀和銨能與試劑作用生成難溶的磷鎢釩酸鹽或磷鎢酸鹽沉淀,應(yīng)避免引入。由于釩鈦磁鐵礦難溶,本文選擇用3 g過(guò)氧化鈉與樣品充分混勻后,以1 g過(guò)氧化鈉覆蓋,在高溫爐內(nèi)熔融至呈現(xiàn)紅色透明流體后,樣品即分解完全。熔融分解所使用的坩堝材質(zhì),以剛玉和鐵坩堝價(jià)格較低,引入干擾元素少,最為適宜(遇鈦、鐵、釩連測(cè)時(shí),本法僅限于使用剛玉材質(zhì)的坩堝熔樣)。
2.3.1 酸度及反應(yīng)介質(zhì)的選擇
酸度直接影響著釩離子顯色以及顯色絡(luò)合物的穩(wěn)定性,本實(shí)驗(yàn)選擇五氧化二釩標(biāo)準(zhǔn)溶液做酸度實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)確吸取標(biāo)準(zhǔn)溶液4.00 mL(含五氧化二釩400 μg),分別加入硫酸、鹽酸、硝酸等介質(zhì),在其余條件不變條件下,測(cè)得在0.1~1.0 mol/L硫酸介質(zhì)中,顯色溶液的吸光度穩(wěn)定,實(shí)驗(yàn)選用硫酸為反應(yīng)介質(zhì),硫酸溶液(1+1)加入量為1.5 mL。硫酸中和時(shí),樣品分析中可能會(huì)有硅酸沉淀的析出,造成檢測(cè)結(jié)果偏高,所以要求中和的速度要快,過(guò)量硫酸溶液應(yīng)立即加入。
2.3.2 磷酸的用量
按照實(shí)驗(yàn)方法,改變磷酸用量,其余條件不變,測(cè)定吸光度。當(dāng)加入1.0~5.0 mL磷酸溶液(1+1)時(shí),顯色溶液的吸光度穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)選用2.5 mL。
2.3.3 鎢酸鈉的用量
按照實(shí)驗(yàn)方法,改變鎢酸鈉用量,其余條件不變,測(cè)定吸光度。當(dāng)加入1.0~5.0 mL 鎢酸鈉溶液(100 g/L),顯色溶液的吸光度大且穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)選用2.0 mL。
在常溫條件下,10 min 后顯色穩(wěn)定。體系在6 h內(nèi)保持穩(wěn)定,吸光度不變,10 h后,吸光度開(kāi)始降低,因試劑及配合物部分分解而褪色。
按實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)釩鈦磁鐵礦石國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07224、GBW07225、GBW07226a 分別平行測(cè)定8 次,檢測(cè)結(jié)果以五氧化二釩計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表1,測(cè)定值與認(rèn)定值相符,數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差在0.95 %~1.76%之間,方法精密度(RSD,n=8)小于3%,說(shuō)明使用本方法能獲得較好的準(zhǔn)確度和精密度。
表1 方法準(zhǔn)確度和精密度
取五氧化二釩標(biāo)準(zhǔn)溶液,按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07225 進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),加標(biāo)回收率見(jiàn)表2。五氧化二釩的加標(biāo)回收率在98.00%~103.33%,符合地質(zhì)樣品分析的質(zhì)量管理規(guī)范要求[6]。
表2 加標(biāo)回收率
以上實(shí)驗(yàn)建立了以過(guò)氧化鈉熔樣,稀硫酸作為介質(zhì),磷鎢釩酸光度來(lái)測(cè)定釩鈦磁鐵礦中釩量的方法,方法流程短、易掌握、準(zhǔn)確高、精密度好,能滿(mǎn)足批量釩鈦磁鐵礦石樣品中釩含量的快速測(cè)定。
[1] GB/T 6730.32-2013.鐵礦石釩含量的測(cè)定硫酸亞鐵銨滴定法[S].
[2]尹明,李家熙,等.巖石礦物分析(第四版,第二分冊(cè))[M],北京:地質(zhì)出版社,2011.767-770.
[3]DZG 93-07 巖石和礦石分析規(guī)程(釩鈦磁鐵礦分析規(guī)程)[S].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2011.393-397.
[4] 符斌.有色冶金分析手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.240-245.
[5]GB/T 6730.31-1986.鐵礦石化學(xué)分析方法N 苯甲酰苯胲萃取光度法測(cè)定釩量.
[6]DZ/T 0130.3-2006,地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范[S].