火焰原子吸收光谱法测定铜冶炼渣中镍

马丽君

(北方铜业股份有限公司 计量检验部，山西 垣曲 043700)

0 前言

镍作为合金工业的主要原料，大量用来制造各种类型的不锈钢、软磁合金和合金结构钢、耐热合金、电工合金和耐蚀合金等，用途非常广泛。

目前，合理利用矿产资源，避免金属流失是国家资源保护的一项基本措施，也是企业增产降耗的有效手段。铜冶炼渣是铜冶炼厂冶炼过程中产生的废渣，其中镍等元素含量较高。该物料，一方面金属元素含量高了外排会对环境造成污染，另一方面对评价提炼质量和改进工艺具有重要指导意义，可见铜冶炼渣中镍，具有综合回收利用的价值，因此有必要对铜冶炼渣中镍建立一种简单快速的分析方法，以指导生产。镍的测定主要针对的物料有红土镍矿[1-2]、硅钢[3]、高钙碳酸盐地质样品[4]，镍的测定通常有电感耦合等离子体原子发射光谱法[1,3]、分光光度法[5]、原子吸收光谱法[6]、原子荧光光谱法[7]，目前对于铜冶炼渣中镍的测定未见报道。本文采用原子吸收光谱法对铜冶炼渣中镍的测定进行了探讨，有效解决了样品消解方法、测定介质、酸度等一系列问题，建立了铜冶炼渣中镍的准确快速分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

S4型火焰原子吸收光谱仪(赛默飞世尔公司)，带有镍空心阴极灯。

盐酸、硝酸为优级纯，氟化氢铵、溴素为分析纯。

镍标准储备溶液(0.5 mg/mL)：称取0.500 0 g金属镍(>99.99%)，置于200 mL烧杯中，加入10 mL硝酸(1+1)，盖上表面皿，置于电热板上低温加热至完全溶解，煮沸除去氮氧化物，冷至室温。移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

镍标准溶液(100 μg/mL)：移取20.00 mL镍标准储备溶液置于100 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。

1.2 分析样品制备

取铜冶炼渣500 g于(105±5) ℃烘干，研磨至过120 μm筛。

1.3 实验方法

称取0.200 0 g试料于100 mL普通烧杯中，加入1 5 mL盐酸，盖上表面皿置于电热板上低温加热，如有沉渣，则加入少量的氟化氢铵溶解至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,低温加热除硫，溶至溶液清亮，继续加热至近干，用水冲洗表面皿及烧杯，加入5 mL硝酸于电热板上加热至溶解完全，取下冷却，移入100 mL容量瓶中，定容摇匀后静置干过滤，移取适当滤液直接或稀释后进行原子吸收光谱法测定。

1.4 工作曲线绘制

移取镍标准溶液0.00，0.25，0.50，1.00，1.50，2.00，2.50 mL置于一组100 mL容量瓶中，加入5 mL硝酸，以水稀释至刻度，混匀。此时1 mL溶液分别含0.0，0.25，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 μg镍。与测量试液相同的条件下，测量系列标准溶液的吸光度。减去系列标准溶液中“零”浓度溶液的吸光度，以镍的质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制工作曲线。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件

分别改变原子吸收光谱仪的燃烧头高度、空气乙炔流量及灯电流进行实验，以吸光度值最大时为最佳条件。通过实验确定了仪器的最佳工作状态，如表1。

表1 仪器工作条件 Table 1 Instrumental parameters

2.2 样品溶解方法的选择

铜冶炼渣是铜冶炼过程中产生的废渣，渣中二氧化硅含量较高，一般在20%～40%，硫含量为10%～20%，若直接以酸分解，会产生硅酸盐沉淀，硫磺块，将包裹样品，消解不完全，使测定结果偏低，因此实验时以盐酸、硝酸先低温消解样品，加入一定量的氟化氢铵使之与硅生产四氟化硅挥发，再加溴使之与硫生成硫化氢挥发除去，样品可以完全消解。

改变氟化氢铵加入量进行实验，当加入量为0.5～1 g时，杯底无粘稠状物体，硅被除去；改变溴加入量进行实验，当加入量为1～2 mL时，硫磺块消解干净。

因此实验中采用加入15 mL盐酸、5 mL硝酸、0.5 g氟化氢铵和1 mL溴水消解样品。

2.3 介质和用量的选择

硫酸、磷酸、高氯酸由于粘性较大，会影响测定元素的离解，本实验不予采用，选用盐酸和硝酸进行对比，测定结果没有大的变化，本实验选择硝酸介质。

硝酸用量的影响实验：移取镍标准溶液各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，以下按照实验方法进行。测定吸光度,具体结果见表2，溶液中硝酸用量在2～12 mL时，溶液测定强度值最大且变化稳定，本方法采用硝酸(5%)为测定样品的介质。

表2 硝酸用量实验 Table 2 Tests for the amount of nitrate

2.4 干扰实验

按常见铜冶炼渣中的各种杂质元素含量，结合本方法称样量，加入杂质进行单元素干扰实验和混合元素干扰实验(所有杂质都是以其水溶液形式加入)，测定吸光度。在测定镍150 μg/100mL， 相对误 差不大于5%时[10]，杂质元素允许量：Cu为2 mg/100mL；Ag，Fe，Zn，Co，Cd，Sb，Cr，As，Sn，Bi为1 mg/100mL。

2.5 检出限实验

以空白溶液11次测定值的标准偏差的3倍所对应的浓度为原子吸收光谱法测定镍的检出限为0.004 μg/mL。

2.6 精密度实验

选取5个样品，按实验方法进行了精密度实验，结果如表3，方法的相对标准偏差在0.61%～1.2%。

表 3 精密度实验结果 Table 3 Results of precision tests /%

2.7 加标回收实验

在1个样品中准确加入不同量的镍标准溶液，按本文拟定的分析步骤进行加标回收实验。结果如表4，回收率在99.6%到100.4%之间。

表4 加标回收实验 Table 4 Recovery experiments(n=5)

3 结语

火焰原子吸收光谱法测定铜冶炼渣中镍，共存元素均不干扰测定，方法简便快捷，相对标准偏差小于1.2%，加标回收率在99.5%～100.2%，结果令人满意，适用于含镍为0.01%～1.0%的铜冶炼渣的分析。

[1] 何飞顶,李华昌,冯先进.电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)法测定红土镍矿中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca 9种元素[J].中国无机分析化学,2011,1(2)：39-41.

[2] 王 彤,冯振华,徐进勇,等.分光光度法测定高铁、高镁红土镍矿中的镍[J].中国无机分析化学,2012,2(2)：20-23.

[3] 李杰,李洁,张穗忠.电感耦合等离子体质谱法测定硅钢中痕量铜和镍[J].冶金分析,2011,31(5)：16-19.

[4] 赵志飞,李丹,李策,等.高钙碳酸盐地质样品中铜镍的测定[J].岩矿测试,2010,29(2)：187-189.

[5] 庄晓娟.催化动力学光度法测定合金中镍[J].冶金分析,2011,31(7)：58-60.

[6] 刘宪彬,王小翠,沈亚红,等.火焰原子吸收光谱法测定火法冶炼镍基体料矿热炉渣中镍[J].冶金分析,2013,33(1)：65-68.

[7] 汤淑芳.原子荧光光谱法测定镉锭中锡的含量[J].中国无机分析化学,2013,3(1)：68-70.