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        硝酸-氯酸鉀溶樣-碘量法快速測定高砷高硫冰銅中的銅含量

        2021-09-03 01:50:34黃穎怡周愛青周兆安毛諳章劉小文
        廣州化工 2021年16期
        關鍵詞:氯酸鉀碘量冰銅

        黃穎怡,周愛青,周兆安,毛諳章,劉小文,李 俊

        (廣東飛南資源利用股份有限公司,廣東 肇慶 526233)

        冰銅是火法煉銅的中間產(chǎn)物,主要為硫化亞鐵和硫化亞銅的共熔物,同時含有較高的鎳、砷和銻等雜質(zhì)。目前,冰銅中銅含量的檢測方法可以參考銅精礦國家標準(GB/T 3884.1-2012)[1]和冰銅分析行業(yè)標準(YS/T 990.1-2014)[2]測定方法進行。其中長碘量法操作繁瑣;短碘量法測定時,由于冰銅中硫、鐵含量高,時常出現(xiàn)試樣溶解不完全,造成測定結(jié)果偏低、重現(xiàn)性差且易超差等現(xiàn)象;此外,當樣品含砷、銻較高時,溶樣過程需要加入適量的溴。溴素容易揮發(fā),有極強烈的刺激性、毒害性與腐蝕性。近年來,有許多研究學者提出了諸多改進測樣方法[3-8],但仍無法滿足快速準確分析的要求。本文結(jié)合多種溶樣方法的優(yōu)勢,并與國標方法耦合,形成下文改進分析方法,并驗證其準確度、精確度和適用性。

        1 實 驗

        1.1 實驗原料

        本次實驗原料分別為銅精礦標樣ZBK338C、高硫冰銅、普通冰銅和高砷冰銅,其組成情況見表1所示。

        表1 樣品主要組成成分Table 1 Main components of samples (wt%)

        備注:銅精礦標樣組成為標準值,高硫冰銅銅含量第三方檢測機構出具的數(shù)據(jù),作為認定值。

        1.2 試 劑

        主要試劑及配制:氯酸鉀、硝酸、鹽酸、溴素、碘化鉀、硫氰酸鉀、淀粉、氟化氫銨、三氯化鐵、乙酸、乙酸銨、氨水均為分析純,實驗用水均為蒸餾水。

        碘化鉀溶液(500 g/L):稱250 g碘化鉀溶于蒸餾水中,再用蒸餾水定容至500 mL,攪勻。

        淀粉溶液(10 g/L):稱1.0 g可溶性淀粉置于250 mL的燒杯中,用少量蒸餾水水潤濕,加入100 mL沸水使其完全溶解攪拌冷卻,現(xiàn)用時配。

        硫氰酸鉀溶液(400 g/L):稱取硫氰酸鉀200 g溶于500 mL水中攪勻,加5 mL碘化鉀,加2 mL淀粉,滴加0.04 mol/L碘液至溶液剛好呈藍色,再用硫代硫酸鈉標準溶液滴定至藍色消失。

        乙酸-乙酸銨溶液(300 g/L):稱取90 g乙酸銨,置于500 mL燒杯中,加入100 mL冰乙酸和150 mL水,用水稀釋至300 mL,攪勻,此溶液pH值為5。

        三氯化鐵(100 g/L):稱10 g三氯化鐵溶于40 mL (1+3)鹽酸,然后稀釋至100 mL。

        硫代硫酸鈉標準滴定溶液(約0.05 mol/L):稱12.4 g五水硫代硫酸鈉于500 mL燒杯,加適量燒開冷卻后的水溶解,加0.5 g無水碳酸鈉,定容于1000 mL棕色容量瓶,搖勻避光放置一周后標定。

        硫代硫酸鈉標定:稱3份0.0700金屬銅(99.99%)分別置于250 mL錐形瓶中,加10 mL硝酸(1+1),蓋上表皿,低溫溶解完全,加入1 mL三氯化鐵溶液混勻,加熱至近干。以下操作同分析步驟。

        1.3 分析方法建立

        1.3.1 分析步驟

        準確稱取0.20~0.30 g(精確至0.0001 g)樣品于250 mL錐形瓶中,加入1.0~1.5 g氯酸鉀,噴入約5~10 mL蒸餾水,后緩慢加入15 mL濃硝酸,蓋表面皿,于電熱板上低溫加熱溶解樣品,蒸至約5 mL時,取下冷至室溫后,緩慢加入10 mL (1+1)鹽酸,于電熱板上繼續(xù)加熱至樣品溶解,并蒸至約5 mL時,取下,冷卻后用40 mL水吹洗表面皿及杯壁,蓋上表面皿,置于電熱板上煮沸,使可溶鹽類全部溶解,取下冷卻至室溫。滴加乙酸-乙酸銨溶液至氫氧化鐵沉淀完全(若含鐵量極少時,需加1 mL 100 g/L的三氯化鐵溶液),并過量1~2 mL,然后滴加氟化氫銨飽和溶液至氫氧化鐵沉淀消失,并過量1 mL,搖勻。加入1~2 g碘化鉀,用硫代硫酸鈉標準溶液滴定至淡黃色,1 mL淀粉(10 g/L)溶液,滴至近終點,加入10 mL硫氰酸鉀(100 g/L)溶液,繼續(xù)滴定至藍色消失為終點。同時做試劑空白。

        1.3.2 分析計算

        冰銅中銅的含量以質(zhì)量分數(shù)wCu計,數(shù)值以%表示,按式(1)計算:

        (1)

        式中:c——硫代硫酸鈉標準滴定溶液的實際濃度,mol/L

        M——銅的摩爾質(zhì)量,單位為克每摩爾(g/mol)[M(Cu)=63.546];

        V1——滴定試料溶液消耗硫代硫酸鈉標準滴定溶液的體積,mL

        V2——滴定空白液消耗硫代硫酸鈉標準滴定溶液的體積,mL

        m0——試樣稱取的質(zhì)量,g

        2 結(jié)果與討論

        2.1 硝酸-氯酸鉀用量

        硝酸-氯酸鉀作為溶劑氧化劑消除樣品中硫、并氧化砷和銻,消除對測定的干擾。溶劑加入量太少,樣品溶不完全;加入量太多,增加測試成本。在冰銅的稱樣量為0.2~0.3 g的前提下,含硫率為20%~30%的基礎上,考察了氯酸鉀固體加入量對溶樣過程的影響。實驗結(jié)果如表2所示。

        表2 氯酸鉀的用量實驗Table 2 Adding amount of potassium chlorate

        備注:氯酸鉀以固體加入,硝酸用量15 mL,鹽酸用量5 mL。

        由表2實驗結(jié)果可知,當使用氯酸鉀和硝酸溶液處理樣品時,氯酸鉀用量達到1.0 g之后,溶樣徹底,加鹽酸處理后溶液都能澄清,效果好,確定最佳氯酸鉀用量為1.0g,硝酸15 mL。

        2.2 鹽酸用量

        在溶樣過程中還要將過量的氧化劑消除,以避免對后續(xù)分析的影響。本方法采用的是蒸發(fā)減容分解硝酸,再加入鹽酸,分解過量的氯酸鉀,同時鹽酸用可以促進樣品徹底溶解,使溶液變澄清。在空白對照,氯酸鉀用量1.0 g,硝酸用量15 mL的前提下,進行鹽酸用量對比實驗。實驗結(jié)果如表3所示。

        表3 鹽酸用量條件實驗Table 3 Condition experiment of Hydrochloric acid dosage

        備注:半滴約為0.025 mL。

        實驗結(jié)果表明,當不加入鹽酸時,在pH值為3.5的緩沖體系下,滴定液的消耗量為半滴,約0.025 mL,而加入5 mL以上的鹽酸處理之后,空白對照不再消耗滴定液,同時鹽酸的加入也有利于促進樣品的溶解,5 mL濃鹽酸可以滿足溶樣需求。

        3 樣品分析

        3.1 標準樣品

        由于國家標準物質(zhì)庫中無冰銅標準物質(zhì),故選取成分與冰銅較為相似的銅精礦標準物質(zhì)ZBK338C,按實驗方法操作步驟分別測定9次,同時用國標短碘量法分析測試9次,計算各自方法的相對誤差和相對標準偏差,實驗結(jié)果見表4和表5。

        表4 不同分析方法測定的標準樣品中銅含量Table 4 Copper content in standard samples determined by different analytical methods

        表5 標準樣品中銅的測定結(jié)果 (n=9)Table 5 Analytical results of copper in standard samples (n=9)

        從表5中的數(shù)據(jù)可知,本文方法測定的結(jié)果和國標短碘量測定結(jié)果基本一致,與標準值接近,相對誤差較小,RSD%(n=9)值也僅為0.140%,方法的準確度和精密度符合分析的要求[2]。

        3.2 實際樣品

        選取有代表性的3種冰銅樣品(分別為:高硫冰銅、普通冰銅和高砷冰銅),采用本文方法和國家短碘量法分別測定冰銅中銅含量,結(jié)果如表6和表7所示。

        表6 不同分析方法的分析值 (n=9)Table 6 Analysis results of different analysis methods (n=9)

        表7 不同分析方法結(jié)果對比(n=9)Table 7 Comparison of the results of different analytical methods (n=9)

        由表6和表7可以看出,采用本方法和國家標準方法GB/T 3884.1-2012中的短碘量法測定冰銅中銅含量的測定結(jié)果基本吻合,本方法相對標準偏差(RSD,n=9)均小于0.3%,略優(yōu)于短碘量法,滿足分析要求。

        本法試樣溶解迅速,能很好地解決硫磺包裹問題,無需二次沉淀分離銅,分析結(jié)果準確,滿足快速檢測的要求。

        4 結(jié) 論

        (1)實驗方法中樣品處理過程簡單,樣品溶解效果好,分析速度快,結(jié)果準確可靠。

        (2)該方法用乙酸-乙酸銨調(diào)節(jié)pH,更好地控制酸度,氟化氫銨掩蔽鐵離子,無需繁瑣的沉淀分離,可一次完成銅含量測定,極大地提高了工作效率,滿足生產(chǎn)快速測定的要求。

        (3)該分析方法與國家標準方法測定結(jié)果進行比對,結(jié)果無顯著差異,方法的精密度和準確度均能滿足檢測要求。

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