Na2EDTA滴定法测定铜冶炼烟尘中铋含量

胡花苗 陈娅陶 郑洪毅 华宏全 李富华 郑 武

(富民薪冶工贸有限公司，昆明650400)

前言

铜冶炼烟尘中元素含量波动范围广，以硫酸盐、氧化物、砷酸盐、硫化物为主。铜冶炼烟尘中常见元素有铜、铅、锌、铋、砷、铟、镉、锑、锡、硒、碲、铁、铝、钙、镁、汞、金、银等。由于铜冶炼烟尘贸易的需要及对企业确定回收工艺、提高烟尘的综合利用率并减轻对环境的污染，必须制定出能准确检测出铜冶炼烟尘中主要元素的含量。目前，在冶炼企业化验室和第三方检测机构中，对铜烟尘的分析都没有相应的检测方法，只能参考各元素精矿的分析方法并结合自己的经验进行检测。由于铜冶炼烟尘中元素和含量存在较大的差异，实验室采用各自的方法进行检测，检测质量争议有时在所难免。因此，有必要建立公认的、准确的检验方法，以规范检验过程，满足市场的需求。各研究设计研究院及企业经过大量的市场调研与交流，确定了乙二胺四乙酸二钠滴定法[1-2]和火焰原子吸收光谱法[3-4]测定铜冶炼烟尘中铋量。Na2EDTA滴定法测定铋，对简单试样结果准确度高，滴定终点稳定。而复杂试样通常采用氨水-氯化铵沉淀分离滴定法。铋与EDTA生成无色络合物(lgK=27.94)[5]，由于可以在pH值1～2较大酸度下滴定，所以干扰离子少。但由于铜冶炼烟尘试样组份复杂，采用常规方法时，由于硒干扰，容易返终点，终点难于判断，结果不稳定。本文研究了铜冶炼烟尘中铋含量的Na2EDTA滴定法，试料用盐酸-硝酸-高氯酸分解，用盐酸-氢溴酸除去硒、砷、锡及锑。用抗坏血酸、氟化铵及硫脲消除铁及铜的干扰，用酒石酸掩蔽微量锑及锡防止铋水解。经过反复研究试验，该方法结果稳定、精密度高、准确度好，方法易于掌握，能很好地满足企业贸易与检测机构的检测要求。

1 实验部分

1.1 方法提要

试料用盐酸、硝酸及高氯酸分解。在高氯酸存在下用盐酸-氢溴酸排砷、锑、锡及硒。用抗坏血酸、氟化铵和硫脲消除铁、铜的影响，在硝酸-酒石酸-氟化铵-硫脲介质中，用乙酸钠溶液调节试样溶液pH值为1.5，以二甲酚橙为指示剂，用Na2EDTA标准滴定溶液滴定，测定其铋量。

1.2 主要试剂及试样

除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和蒸馏水、去离子水或相当纯度的水。

盐酸、氢氟酸、硝酸、高氯酸、硫酸、氢溴酸、硝酸钾、抗坏血酸均为分析纯。硝酸(1+1)、酒石酸溶液(100 g/L)、无水乙酸钠溶液(饱和)、硫脲溶液(50 g/L)。

氟化铵溶液(100 g/L)：称取10 g氟化铵于50 mL水中溶解，用水稀释至100 mL，摇匀后保存在塑料瓶中。

乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)标准滴定溶液(约为0.005 mol/L)。

二甲酚橙：0.1 g二甲酚橙与10 g硝酸钾研磨，保存在干燥器中。

铋标准储备溶液(1.00 mg/mL)：准确称取1.000 0 g纯金属铋(wBi≥99.99%)，置于250 mL烧杯中，加入50 mL硝酸，盖上表面皿，低温加热至溶解完全，煮沸除去氮的氧化物，取下，冷却，用硝酸吹洗表面皿及杯壁，移入1000 mL容量瓶中，补加

150 mL硝酸，用水稀释至刻线，混匀。称取1.86 g Na2EDTA于500 mL烧杯中，加200 mL热水溶解，冷却，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。放置三天后标定。

样品粒度应不大于74 μm，样品应在100～105 ℃烘1 h后置于干燥器中冷却至室温。

1.3 标定

移取四份20.00 mL铋标准储备溶液于一组300 mL烧杯中，加入5 mL酒石酸溶液，0.5 mL氟化铵，加水至200 mL，加入0.1 g抗坏血酸搅拌均匀，加入5 mL硫脲搅匀，用无水乙酸钠溶液，调节pH值为1.5，加入少量(约0.05 g)二甲酚橙，用Na2EDTA标准滴定溶液滴定，溶液由紫红色变为亮黄色，即为终点。随同标定做空白实验。

1.4 实验方法

1.4.1 称样量

按表1称取试样，精确至0.000 1 g。

表1 试料用量

1.4.2 试料前处理

将试料置于300 mL烧杯中，用少量水润湿，加10 mL盐酸及3～4滴氢氟酸(根据样品中硅含量加入)，低温加热溶解至溶液剩余5 mL左右，取下，加入5 mL硝酸，低温加热至试液剩余3～4 mL，取下稍冷，加入5 mL高氯酸，盖上表面皿，继续加热至冒烟，若有不溶物，滴加硝酸，至试料完全溶解，继续低温加热至高氯酸冒烟，取下冷却，用少量水吹洗表面皿，加入2 mL盐酸，2 mL氢溴酸，低温加热至冒烟，取下冷却，重复加入2 mL盐酸及2 mL氢溴酸，继续低温加热冒烟至近干(湿盐状，不能干涸)，取下冷却，加入1.5 mL硝酸，轻轻摇动浸润盐类，放置10 min，加入5 mL酒石酸溶液，用少量水吹洗杯壁，加热溶解盐类。

1.4.3 样品滴定

加入0.5 mL氟化铵，搅拌均匀，加水至200 mL，加入抗坏血酸，至溶液颜色不变，过量0.1 g，加入5 mL硫脲，搅匀，用无水乙酸钠溶液，调节pH值为1.5左右，加入少许(约0.05 g)二甲酚橙，用Na2EDTA标准滴定溶液滴定，溶液由紫红色变为亮黄色，即为终点。随同试料做空白实验。

2 结果及讨论

2.1 溶样方法选择

经实验，铜冶炼烟尘试样用硝酸-氯酸钾溶样时，试样不能溶解完全。使用盐酸-硝酸-高氯酸及盐酸-硝酸-硫酸溶样时试样能分解完全，在高氯酸中用盐酸-氢溴酸能除去砷、锑、锡及硒，硫酸冒烟近干后能除去硒，虽然用盐酸、硝酸浸润盐类，能溶解浸出冒烟后的试样，释放硫酸铅对铋的吸附，但硫酸冒烟近干的程度对测定结果有影响，有时结果偏低，效果不理想。故实验选择用盐酸-硝酸-高氯酸分解试样，在高氯酸分解试样后用盐酸-氢溴酸除去砷、锑、锡及硒。用硝酸浸润盐类，结果稳定。

2.2 盐酸、硝酸用量对铋浸出率的影响

试料经高氯酸冒烟近干后，使用盐酸、硝酸量对铋的浸出率及测定结果影响较大，由于铜冶炼烟尘试样含铅难以用硝酸将铋完全浸出，需放置10 min浸润盐类，才能浸取完全，1.5 mL硝酸可以使铋浸取完全，测定结果稳定。加入少量盐酸可以使沉淀溶解快速，但容易使测定结果偏低，盐酸用量超过1 mL，滴定终点不敏锐。实验选择加入1.5 mL硝酸浸取，滴定终点敏锐，结果精密度好，准确度高。实验结果见表2。

表2 盐酸-硝酸对铋的影响

2.3 酒石酸溶液用量对测定结果的影响

在硝酸浸润盐类后，加入酒石酸煮沸，浸取效果更好。Na2EDTA滴定法测定铋量分析过程中，在弱酸介质中铋存在着强烈水解倾向，水解离子很容易聚合，使Na2EDTA反应不按化学计量进行。络合滴定时酸度不够或铋浓度高时容易出现混浊，使测定结果偏低。所以应该找到滴定最佳酸浓度及络合剂。弱酸介质中络合滴定铋加入酒石酸都能防止铋水解还能掩蔽锡、锑[7]，在用二甲酚橙做指示剂时，按实验方法进行测定时的结果表明加入2～10 mL酒石酸均可得到满意结果，实验选择加入5 mL酒石酸，实验结果见表3。

表3 酒石酸加入量的影响

2.4 氟化铵用量的影响

2.4.1 不加氟化铵实验现象

准确移取一系列20.00 mL铋标准溶液于300 mL烧杯中，加入5 mL酒石酸溶液，加入22 mg Fe及10～50 mg铜，加水至200 mL，加入抗坏血酸，至溶液颜色不变过量0.1 g，加入不同量硫脲，搅匀，用无水乙酸钠溶液调节pH值为1.5，加入少许(约0.05 g)二甲酚橙，用Na2EDTA标准滴定溶液滴定，溶液由紫红色变为亮黄色，即为终点。实验结果见表4。

表4 不加氟化铵实验现象

由表4可见，溶液中存在30 mg铜及22 mg铁，增加硫脲至4 mL，溶液出现的白色絮状沉淀会消失，终点清晰，颜色由紫红色变为亮黄色。溶液中含40～50 mg铜，不加铁时，增加硫脲至6～8 mL，溶液出现的白色絮状沉淀会消失，终点清晰敏锐，铋回收率正常。但铁量高(实验量为22 mg)时，增加抗坏血酸及硫脲用量后，溶液出现的白色絮状沉淀不会消失，加入指示剂后，溶液颜色不正常，铋回收率偏低。所以，在滴定体系中加入氟化铵，与抗坏血酸联合掩蔽铁，滴定终点敏锐，滴定后溶液不返红，结果精密度高。测定体系中70 mg铜及33 mg铁对铋量测定无影响。铜冶炼烟尘试样在选定的实验条件下加入氟化铵。

2.4.2 氟化铵用量选择

准确移取20.00 mL铋标准溶液于300 mL烧杯中，加入5 mL酒石酸溶液，再加入33 mg Fe，按实验方法进行测定，实验结果见表5。0.5～2 mL氟化铵用量对铋量测定回收率均可得到满意结果，实验选择加入0.5 mL氟化铵。

表5 氟化铵用量对测定铋结果的影响

2.5 抗坏血酸加入量的选择

由于铁(Ⅲ)及铜(II)在测定体系中干扰铋的测定，在pH值为1.5的微酸性条件下，采用抗坏血酸将铁(Ⅲ)还原为铁(II)、铜(II)还原为铜(I)，再用氟化铵及硫脲掩蔽，消除铁(Ⅲ)、铜(II)对铋测定的影响。

准确移取20.00 mL铋标准溶液于300 mL烧杯中，加入5 mL酒石酸溶液，加入33 mg Fe及70 mg Cu，以下按实验方法进行。研究抗坏血酸及氟化铵对铁(Ⅲ)的掩蔽作用，结果见表6。

表6 抗坏血酸加入量对测定铋结果的影响

由表6可见，当铁量为33 mg时，加入氟化铵时，铁(Ⅲ)黄色消失，加入抗坏血酸后铜(II)还原为铜(I)，溶液由绿色变为很浅的兰色，溶液颜色不变时，抗坏血酸过量0.1～0.3 g，铋的回收率均好。实验选择抗坏血酸加入量为溶液颜色不变过量0.1 g。

2.6 硫脲用量选择

准确移取一系列20.00 mL铋标准溶液于300 mL烧杯中，加入5 mL酒石酸溶液，加入33 mg Fe及30～70 mg铜，加入不同量硫脲，按实验方法进行测定，实验结果见表7。

由表7实验结果得知，测定体系中存在70 mg Cu，33 mg Fe时，加入4 mL硫脲，铋量测定回收率为99.9%～100%。实验选择加入5 mL硫脲。

2.7 滴定pH值确定

通常Na2EDTA滴定法测定铋量pH值为1～2。准确移取一系列20.00 mL铋标准溶液于300 mL烧杯中，按实验方法进行测定，pH=1～2时，铋的回收率正常。

准确移取20.00 mL铋标准溶液，于300 mL烧杯中，称取铜冶炼烟尘试样按实验方法进行操作，pH=1.3～1.8时，铋的回收率为99.10%～100.4%，pH=2时铋的回收率偏高，实验选择控制pH=1.5，终点敏锐，可得到满意的铋回收率。

2.8 铜冶炼烟尘共存元素的影响及消除

2.8.1 各元素对铋测定的影响

铜冶炼烟尘试样中各元素含量上限为Cu 65%、Pb 50%、Bi 16%、Au 50 g/t、Ag 1 500 g/t、Sb 7%、Sn 3%、Cd16%、Fe22%、Al2O33%、Ca 1.5%、Mg 1%、Se 1%、Te 0.1%、As 30%，按样品分析步骤对各元素加铋标准进行回收实验，确定实验方法中各元素对测定铋的影响。

准确移取20.00 mL铋标准溶液，置于300 mL烧杯中，预先加入5 mL酒石酸溶液，按表8分别加入各元素，按实验方法测定铋量，结果见表8。

表8 各元素对铋测定的影响

由表8可以得到，100 mg Pb、70 mg Cu、50 mg Zn、33 mg Fe、100 mg Cd、50 mg As、0.10 mg In、20 mg Sb、10 mg Sn、 0.30 mg Ag、1.0 mg Te、0.05 mg Au 、8 mg Mg、18 mg Ca、10 mg Al对测定20 mg Bi无影响。1 mg Se干扰铋的测定。

2.8.2 硒的干扰及消除

2.8.2.1 硒的干扰

准确移取20.00 mL铋标准溶液，置于300 mL烧杯中，预先加入5 mL酒石酸溶液，按表9加入各干扰元素，按实验方法考察硒对20.00 mg铋的测定影响情况及硒、锑、锡共存时对20.00 mg铋的测定影响，实验现象见表9。

由表9可见，硒对铋量的测定有干扰。试液中无锑、锡时，0.4 mg硒对测定20 mg铋量无干扰，当硒、锑、锡共存时，0.2 mg硒、20 mg 锑、10 mg锡对测定20 mg铋量无干扰。

2.8.2.2 硒干扰的消除实验

硒可以H2Se、SeBr4、SeF4、SeCl4形式挥法[8]，硒的卤化物挥发性大。SeCl2沸点为133 ℃，SeCl4沸点为288 ℃，SeF4的沸点是106 ℃[9]，SeBr4沸点125 ℃，高氯酸沸点203 ℃，硒酸沸点260 ℃，硫酸沸点300 ℃，所以在高氯酸冒烟时硒不会挥发，高氯酸蒸干时会略有损失。可以利用硒的卤化物挥发性大的特点在高氯酸冒烟时加入盐酸-氢溴酸以除去其干扰。也可以根据硒酸沸点较硫酸低，在硫酸冒烟近干后，除去硒的干扰[10]。

分别准确移取20.00 mL铋标准溶液，置于四个300 mL烧杯中，分别加入硒标准0.5、1.0、2.0、4.0 mg，加入2 mL硫酸，冒烟至近干，取下稍冷，加入2 mL硝酸及1 mL盐酸，轻轻摇动浸润盐类，放置10 min，加5 mL酒石酸溶液，用少量水吹洗杯壁，加热溶解盐类。以下按实验方法进行，实验结果见表10。

另外，按实验方法称取铜冶炼烟尘2#Bi试样，分别加入硒标准0.5、1.0、2.0、4.0 mg，按样品分析步骤操作，终点敏锐，结果稳定。铋的加标回收率在99.6%～99.8%。

由于铜冶炼烟尘试样铅铜含量高时，在使用硫酸冒烟时，产生大量硫酸铅及硫酸铜沉淀，冒烟近干时温度稍高，结果容易偏低，剩余1 mL硫酸时硒挥发不完，仍然产生干扰。采用在高氯酸冒烟时加入盐酸-氢溴酸挥发除去硒，近干时盐类少，容易浸取，剩余1 mL高氯酸时，余温会使试液变为湿盐状，残留高氯酸对测定铋无影响。实验选择高氯酸-盐酸-氢溴酸挥发除去硒。

表9 硒对测定铋量的干扰

表10 硫酸挥发除去硒后铋量的回收实验

2.8.3 铟的干扰实验

按实验方法进行不同铟量对20.00 mg铋的测定影响实验。实验结果见表11。

表11 铟量对铋的测定影响实验

根据表11实验数据，当mIn>120 μg时，随着铟量增加，铋量测定值增加，铟量为250 μg时终点暗黄，终点微返。按实验称取方法分别6份铜冶炼烟尘2#Bi试样于300 mL烧杯中，分别加入20.00 mL铋标准溶液，加入铟标准0.09、0.10、0.11 mg，按实验方法操作，终点敏锐，结果稳定。铋的加标回收率在99.7%～99.8%。

2.8.4 混合干扰元素对测定铋的影响

称取铜冶炼烟尘试样2#Bi，按实验方法测定，研究了混合共存元素对20.00 mg铋的测定影响，共存元素混合加入量及实验结果如表12所示。

结果表明，本实验体系中上述共存元素在选定实验条件下对铋的测定基本没有影响。

2.9 试样加标回收实验

称取铜冶炼烟尘试样2#Bi及4#Bi试样，加入20.00 mg铋标准溶液，按照实验方法进行操作。铋的加标回收率在100%～99.9%之间。数据见表13。

2.10 精密度实验

将5个铜冶炼烟尘试样分别称取11份，按照实验方法测定铋量，结果见表14。

根据表14样品测定结果及精密度数据，方法精密度及结果均为良好。

2.11 准确度实验

按照实验方法对1#Bi 、2#Bi、4#Bi、5#Bi试样进行处理，分别用Na2EDTA滴定法与电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定铋量，测定值见表15。

表15样品准确度实验数据可见，拟定的Na2EDTA络合滴定方法与ICP-AES法测定铋量符合分析误差要求。

表12 混合离子干扰实验

表13 加标回收实验

表14 样品测定结果及精密度(n=10)

表15 样品准确度实验

3 结论

对铜冶炼烟尘试样进行多次实验，引入氟化铵与抗坏血酸及硫脲消除铜及铁干扰，可以改善实验测定条件，消除70 mg铜及33 mg铁对铋量测定的影响，滴定终点敏锐，稳定，结果精密度高，准确可靠。方法相对标准偏差RSD为0.42%～0.71%。铋的加标回收率在99.9%～100%。方法稳定、精密度高、准确，适合铜冶炼烟尘试样中铋含量5.00%～16.00%的测定。