基于电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定电池废料中的钴含量

王树辉

(吉林市生态环境监控中心，吉林 吉林 132012)

近年来，工业固废尤其是以电池污染的重金属问题日益突出，废旧电池中大量包含诸如的钴等重金属元素，具有难降解、污染大、危害重等特性，准确测定其重金属含量对于废弃电池的回收和治理来说具有重要意义[1]。电池废料中的钴含量可能为0%～60%，一般含量在1%以上可满足回收再利用的要求，可以进入回收体系。

对于电池废料行业中钴含量的测定，通常使用电位滴定法和火焰原子吸收光谱法测定，其他方法主要有电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法等[2]。通常电位滴定法测定范围为5.0%～60.0%，同步测定滤液中的锰元素和滤渣中的钴元素，通过计算得到最终钴含量，测试过程和计算较为复杂；火焰原子吸收光谱法测定线性范围较窄，对于较高含量的样品需要稀释，干扰测定；电感耦合等离子体质谱法对于痕量元素具有较大优势，而废电池中Co含量在ppm级，需要稀释几百倍进行测试，会造成结果偏离[3-5]。

电感耦合等离子体原子发射光谱法具有线性范围宽、抗干扰能力强、分析速度快的优势[6]，本文建立了ICP-AES法测定电池废料中的钴含量，通过采取一系列技术手段达到高效准确分析的目的，适用于工业化生产的日常分析。

1 实验部分

1.1 仪器及工作参数

Optima8000电感耦合等离子体发射光谱仪(美国铂金埃尔默公司)，PE同心玻璃雾化器(Type C1)，蠕动泵进样。仪器工作参数见表1。

表1 仪器工作参数

1.2 主要试剂

钴(Co)标准储备液(100 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中GNM-M45751-2013溶液)。

硝酸、盐酸均为分析纯；硝酸(1+1)；分析用水为二次蒸馏水。

1.3 实验方法

将废弃电池剥开、粉碎至粉末状，烘干至水分殆尽，称取0.20 g(精确至0.000 1 g)样品4份，编号1#～4#，分别放入100 mL的小烧杯中，加入20 mL新配制的王水，盖表面皿煮沸，蒸至湿盐状，取下冷至室温。加入3 mL王水，用水冲洗表面皿及烧杯内壁，煮沸取下，冷却。把溶液分别移入100 mL容量瓶中，定容，摇匀，待测。

按照1.1的仪器工作条件，待仪器运行稳定后，依次走标准曲线、试剂空白、试样溶液。

1.4 标准溶液的配制

采用质量法通过逐级稀释配制溶液，元素钴(Co)浓度为0、20、40、60、80 μg/mL。

2 实验讨论

2.1 分析谱线的选择

谱线的选择一方面要考虑灵敏度，一方面要考虑干扰。Co元素共有分析谱线五条，其中Co 228.616 nm和Co 236.380 nm受Fe的光谱干扰，Co 230.786 nm和Co 238.892 nm受镍光谱干扰，基于废弃电池中主要赋存重金属元素为镍、钴、锰、锂的考虑，选择201.153Co nm作为分析谱线。

2.2 曲线中间点校正漂移

校准曲线测定完成后，40 μg/mL的中间点作为校准液进行回测，然后再测定样品溶液，每间隔3个待测溶液回测一个中间点，测定值与标准值相差应小于2%，若超出则应查找原因，重新测定。若发生漂移，需要按照标准试验流程重新走标准曲线。

2.3 酸浓度的影响试验

表2 酸浓度的影响

选择优级纯HNO3作为样品溶液介质，配制硝酸体积分数分别为1%、2%、4%、6%、10%的5瓶50 μg/mL钴标准溶液，实验考察酸浓度对测定结果的影响，实验数据见表2。

结果表明，硝酸体积分数从1%升高至10%的过程中，钴元素的测定结果误差都小于1%，因此判定硝酸浓度对测定基本无影响，故本实验选择体积分数为2%的硝酸。

2.4 标准工作曲线

如图1所示，曲线相关系数r大于0.999 9。

图1 标准曲线

2.5 精密度试验

对1#、2#、3#、4#样品连续测定11次，进行精密度试验，结果如表3所示，RSD小于1.1%，精密度良好。

表3 精密度试验

2.6 加标回收试验

分别对空白加标、全过程空白加标、全过程样品加标和定容时样品加标等4个样品进行加标回收试验，测定结果和加标回收率见表4。从表4可以看出，本方法的加标回收率为97%～107%，满足要求。

表4 加标回收试验

2.7 方法对比结果

基于火焰原子吸收光谱法测定1#和2#样品；3#和4#样品采用电位滴定法测定，与电感耦合等离子体发射光谱法比对结果见表5。

表 5 比对试验

3 结论

结果表明，基于ICP-AES法测定电池废料中的钴含量，具有简单、高效、快速、准确的特点，能够满足工业化生产的日常分析要求，值得推广。