羅海霞 劉春峰
(1北礦檢測技術(shù)有限公司,北京 102628;2金屬礦產(chǎn)資源評價與分析檢測北京市重點實驗室,北京 102628)
釩觸媒是一種固體、通過表面接觸產(chǎn)生催化作用的催化劑,其主要作用是加快二氧化硫的氧化速度,由于使用時間、組分的形態(tài)、數(shù)量以及結(jié)構(gòu)不同程度的改變,使催化劑活性減弱至失去活性,成為廢催化劑。石油化工和硫酸工業(yè)每年將產(chǎn)生大量的廢釩觸媒。若不進行處理,不僅污染環(huán)境,而且造成金屬資源的浪費,開展從廢釩催化劑中回收釩資源的研究,具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效果。近年來,人們開始關(guān)注廢釩觸媒中釩的回收研究。劉彬等[1]建立了由廢釩催化劑制取五氧化二釩、硫酸鉀、液體硅酸鈉的方法;郝喜才[2]做了廢催化劑中回收釩的新工藝研究;劉波等[3]使用氧化焙燒法回收廢釩觸媒中的釩;邵延海[4]研究了從廢催化劑氨浸渣中綜合回收釩和鉬;梅毅[5]使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定釩鈦高爐渣中鈧鎵鉻鎳鈷;陳果成等[6]使用火花直讀光譜法測定鋁及鋁合金中的釩含量。而光譜法測定廢釩觸媒中的釩含量還無人報道。廢釩觸媒中釩的準確測定為釩的回收起到了很大的推動作用,因此,電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定廢釩觸媒中釩含量方法的建立意義重大[5-6]。
鹽酸、氫氟酸、硝酸、高氯酸(分析純,國藥集團);電阻率大于18 MΩ·cm的超純水;釩標準儲備溶液(1 000 μg/mL),鋼鐵研究總院,并用此標準儲備溶液配制成100 μg/mL釩標準工作溶液。
725全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀(安捷倫科技有限公司)。
1.2.1 樣品處理
準確稱取0.4 g試樣(精確至0.000 1 g),置于250 mL聚四氟乙烯燒杯中。隨同試料做空白實驗。加入 10 mL HCl、5 mL HNO3、3 mL HF 和2 mL HClO4,置于電熱板上加熱溶解到反應(yīng)停止,繼續(xù)加熱至高氯酸煙冒起,蒸至濕鹽狀,取下稍冷,用少量去離子水沖洗燒杯內(nèi)壁,加入5 mL HCl,溫?zé)崛芙恹}類,取下冷卻,移入100 mL容量瓶中,用水定容,混勻。同法制備樣品空白。
超出曲線的按表分取相應(yīng)的體積于100 mL容量瓶中,補加5 mL HCl后,定容混勻,在已優(yōu)化的儀器工作條件下進行測定。
表1 分取體積
1.2.2 標準曲線的繪制
根據(jù)待測樣品中釩的含量范圍配制標準溶液,并制作工作曲線。由于廢釩觸媒中釩的含量通常低于10%,由此配制釩標準溶液系列。分別加入0、1.00、5.00、10.00、15.00、20.00 mL 標準工作溶液(100 μg/mL)于100 mL容量瓶,加入5 mL HCl,定容、搖勻。此標準溶液系列中釩的質(zhì)量濃度分別為0、1.00、5.00、10.00、15.00、20.00 μg/mL。以釩的質(zhì)量濃度為橫坐標,發(fā)射強度為縱坐標,繪制校準曲線。
對1#和2#廢釩觸媒樣品,采用3種方法進行處理,結(jié)果見表2和表3.。
方法1:稱取0.40 g(精確至0.000 1 g)樣品于250 mL玻璃燒杯中,加入10 mL HNO3和15 mL HCl,置于電熱板上低溫加熱溶解至樣品溶解完全。
方法2:稱取0.40 g(精確至0.000 1 g)樣品于250 mL玻璃燒杯中,加入10 mL鹽酸,低溫溶解10 min,另加入5 mL硝酸、 2 mL高氯酸,繼續(xù)加熱至高氯酸濃煙冒起,蒸至濕鹽狀。加入5 mL HCl和少量水,溫?zé)崛芙恹}類。
方法3:稱取0.40 g(精確至0.000 1 g)樣品于250 mL聚四氟乙烯杯中,加入10 mL鹽酸,低溫溶解10 min,另加入5 mL硝酸、3 mL氫氟酸、2 mL高氯酸,繼續(xù)加熱至高氯酸濃煙冒起,蒸至濕鹽狀。加入5 mL HCl和少量水,溫?zé)崛芙恹}類。
表2 三種預(yù)處理方法的比較
表3 方法1和方法2測定結(jié)果對照
由表2的溶樣結(jié)果比較得出使用方法1和方法2溶解樣品時,溶液稍有渾濁,由表3看出方法1和方法2的結(jié)果偏低,而使用方法3溶解的樣品清亮,結(jié)果比方法1和方法2的高一些,說明使用方法1和方法2溶解樣品時,樣品可能未溶解完全。故實驗選擇方法3作為最佳溶樣方法。
由于廢釩觸媒樣品均勻性未必很好,所以稱取樣品不能太少,采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定時,基體濃度大也會影響測定結(jié)果。經(jīng)過多次實驗,發(fā)現(xiàn)稱量0.4 g左右,定容100 mL,稀釋到標準曲線的濃度范圍內(nèi)測定,測定結(jié)果穩(wěn)定準確。既兼顧樣品的均勻性,又考慮了儀器的穩(wěn)定性。
使用釩標準工作溶液配制成10 μg/mL不同鹽酸濃度的釩溶液進行實驗,結(jié)果見表4。
表4 鹽酸濃度對測定結(jié)果的影響
由表4結(jié)果看出2%~15%的鹽酸濃度對測定結(jié)果影響不大,但濃度太過低,溶液中的錫和銻等金屬離子易發(fā)生水解;濃度過大,不但浪費酸,增加檢驗成本,而且腐蝕儀器、污染環(huán)境,故實驗選擇5%的鹽酸介質(zhì)進行測定。
廢釩觸媒中可能含有氧化鉀(K2O)或氧化鈉(Na2O),有些還含有氧化錫、氧化銻、氧化鐵和氧化鋁之類的物質(zhì)。釩常用的分析譜線有292.401、309.310、311.837、311.070 nm等。選擇釩的常用譜線,在儀器已優(yōu)化的條件下,對處理好的樣品溶液進行測定,觀察幾條譜線的測定結(jié)果和峰形,發(fā)現(xiàn)幾條譜線的測定結(jié)果基本一致,共存元素對結(jié)果的測定沒有干擾,292.401 nm是釩的最靈敏線,且強度適中,所以實驗選取292.401 nm為釩的分析譜線。
以釩的溶液濃度c為橫坐標,光譜強度I為縱坐標,繪制標準曲線方程I=4 148.27c-77.30;線性相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9,滿足實驗要求,也說明釩的含量在0~20.00 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。選取制備空白試液,連續(xù)測定11次得到測定結(jié)果如表5。
表5 空白溶液測定結(jié)果
連續(xù)測定11次制備空白試液,以結(jié)果標準偏差的3倍為方法檢出限。經(jīng)計算本實驗方法檢出限為0.006 μg/mL。
稱取一系列1#和2#廢釩觸媒樣品0.4 g(精確至0.000 1 g),置于250 mL聚四氟乙烯燒杯中,按實驗方法處理樣品,在選定的最佳儀器條件下測定樣品中釩的含量,每個樣品平行測定11次,計算其相對標準偏差(RSD )<1%。表明方法精密度較好。實驗結(jié)果見表6。
表6 方法精密度實驗結(jié)果
選取1#和2#樣品進行加標回收實驗,實驗結(jié)果見表7。釩的加標回收率均在98.9%~101%。表明方法準確可靠,能滿足測定要求。
對廢釩觸媒中釩的電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定進行了研究,在實驗中確定了最佳的溶樣方法、溶液的酸度、最佳的分析譜線,并進行了精密度和加標回收實驗。結(jié)果表明方法流程短、易操作,滿足廢釩觸媒中釩的快速檢測需要。