ICP-OES法测定钴白合金中主元素含量*

刘东辉，钟 轩，熊以俊

(1 赣州逸豪优美科实业有限公司，江西 赣州 341000； 2 江西理工大学材料冶金化学学部，江西 赣州 341000)

钴白合金是铜冶炼过程中产生的一种中间产品，此类原料从国外如赞比亚等国家进口我国，成为一种重要的钴资源。该合金为转炉的水淬产物，主要含有钴、铜、铁、镍和锰5种金属元素，其中含铁量较高，并伴有少量铝、锌、铅、钙、镁等元素[1-3]。中国是一个贫钴国家，又是一个钴消费大国[4-5]。研究钴白合金中金属元素的测定方法，有利于为回收钴资源提供有效的数据支持。目前对钴、铜和铁各元素成分进行检测通常采用经典的化学分析法，如EDTA滴定法[6]、碘量法[7]、电位滴定法[8]与重量法[9]等。因为钴白合金中钴、铜、铁、镍和锰各元素对EDTA的络合能力相近，需要对溶解样品进行预先分离，每次只能单独测定单个元素，试剂消耗大，检测周期长，测试结果准确度不高。而X-荧光光谱法中需采用昂贵的检测设备，在工业中并未获得广泛应用[10]。电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)法具有快速、高效检测元素的特点，该方法检测金属元素具有灵敏度高、准确度好、检出限低、线性范围宽以及具有多元素可以同时检测等优点[11-13]。通过文献分析，采用ICP-OES法的同时测定钴白合金中多种金属元素，目前未见相关文献报道。为了更方便快捷检测钴白合金主元素成分，本方法通过ICP-OES法同时测定钴白合金中钴、铜、铁、镍和锰5种金属元素的含量，采用混酸解溶解样品，对影响检测的主要因素进行系统研究，建立快速准确检测钴白合金中金属元素的方法。

1 实 验

1.1 材料与试剂

钴白合金(颗粒状，小于8 mm)，金川某公司；硫酸(分析纯)，西陇科学股份有限公司；盐酸(分析纯)，西陇科学股份有限公司；硝酸(分析纯)，西陇科学股份有限公司；氢氟酸(分析纯)，西陇科学股份有限公司；高氯酸(分析纯)，天津市鑫源化工有限公司；钴、铜、铁、镍和锰标准溶液(1 mg·mL-1)，国家有色金属及电子材料分析测试中心；超纯水，艾柯超纯水机制备。

1.2 仪器与设备

Agilent 5110 ICP-OES电感耦合等离子体原子发射光谱仪，安捷伦科技有限公司。

1.3 样品分析

1.3.1 样品检测

称量一定量的钴白合金，球磨后过200目筛；称取1.0000 g钴白合金粉末转入聚四氟乙烯烧杯中，加入5 mL氢氟酸，低温溶解至近干，补加入3 mL硝酸和2 mL高氯酸，置于电炉上加热至试液白烟冒尽，随后冷却至常温，再补加20 mL浓盐酸溶解，补加10 mL浓硝酸后加热溶解。将试样溶液移入200 mL容量瓶中，加水定容并摇匀，随后移取2.00 mL试液于100 mL容量瓶中，补加2 mL硝酸，以水定容并摇匀。运行等离子体原子发射光谱仪，测试系列混合标准溶液从而建立标准曲线，测定样品试液获得钴、铜、铁、镍和锰各元素含量。

1.3.2 混合标准溶液的配制

将钴、铜、铁、镍和锰各元素标准溶液配制为如表1所示浓度的系列混合标准溶液，其中各溶液均为硝酸(1+49)介质。

表1 系列混合标准溶液浓度

2 结果与讨论

2.1 酸介质的选择

本试验采用不同的酸介质对钴白合金作溶解对比实验，检测溶解样品的酸主要采用硫酸、硝酸、王水与混酸(王水+氢氟酸+高氯酸)。试验测试结果见表2。

从表2可以看出，采用不同的酸溶解钴白合金样品时，硫酸溶液中残留渣量较多，硝酸、王水次之，混酸(王水+氢氟酸+高氯酸)试样溶液存渣量最少。溶解过程中还发现，硫酸、硝酸与王水溶解试样时，溶解速度较慢。文献[14]报道由于钴白合金主要呈椭圆粒状、大多数为不规则状，各元素熔融互相嵌连、包裹，一般的酸很难将它完全溶解，即使经碾磨过筛后也是如此，它以合金固溶形式存在。表2中不同酸溶样品测试结果也表明，采用硫酸作为酸溶介质时，各元素结果偏低，而采用混酸的结果较大。根据以上分析，选择混酸(王水+氢氟酸+高氯酸)作为溶解钴白合金试样的介质最为合适。

表2 不同酸溶解钴白合金样测试结果

2.2 分析谱线的选择

ICP-OES具有能够多条分析谱线同时测试的特点，但在ICP-OES法的分析过程中，不同谱线之间会出现干扰和峰形偏移的情况，从而导致分析数据出现偏差。因此在分析检测过程中，选取峰形合适干扰小，稳定性好，信号强度高，信背比高的元素分析谱线。通过试验观察各元素附近的背景及干扰情况与各条谱线强度和信背比值综合因素。得出本方法最佳分析谱线见表3。

表3 各元素分析线波长

2.3 标准工作曲线

按照表1列出标准溶液系列，测定钴、铜、铁、镍和锰系列混合标准溶液的工作曲线。从图1可以看出，各测定元素的相关系数R2在0.99958～0.99991之间，说明各元素在标准系列浓度范围内线性关系良好。

图1 元素的线性回归方程和线性系数

2.4 精密度实验

为了评估本方法的精密度，采用混酸将已知含量的钴白合金试样进行溶解，按分析步骤测定11次，测试结果见表4。

表4 精密度试验结果

以上数据显示，精密度试验结果也较好，各元素的相对标准偏差(RSD)均不大于2.81%，说明本方法的精密度和准确度高。

2.5 加标回收实验

选择已知含量钴白合金样品采用本实验方法进行加标回收实验，测定三组不同含量的样品，测定结果见表5。结果表明，加标回收率为97.80%～102.31%，结果准确、可靠。

表5 加标回收率结果

续表5

2.6 方法对比结果

选择三组不同含量的钴白合金样品，采用X-荧光光谱仪进行测定，然后与本方法结果进行对比，测试结果如表6所示。

表6 不同测试方法对比结果

从表6测试结果可以看出，采用X-荧光光谱法和ICP-OES法测试三组不同成分的钴白合金试样，测试结果相近。由此表明本方法结果准确，检测方便快捷。

3 结 论

本文探究了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)分析方法测定钴白合金中的主要元素钴、铜、铁、镍和锰5种元素的含量。该方法各元素的线性系数接近1，标加回收率在97.80%～102.31%之间，RSD均不大于2.81%。该方法具有灵敏度高、准确性较好等优点。与X-荧光光谱法测定结果较为一致，具有良好的精密度和准确度，能够满足钴白合金主元素含量的测定要求。