磷矿专用絮凝剂中掺杂物的检测

2020-12-12何宾宾

磷肥与复肥 2020年11期

姜威，龚丽，彭桦，何宾宾

（1. 国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南昆明 650600；2. 云南省磷化工节能与新材料重点实验室，云南昆明 650600）

聚丙烯酰胺（PAM）是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得聚合物的统称，是水溶性高分子聚合物中应用最广泛的品种之一。聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基，易形成氢键，具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物，在石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业中具有广泛的应用，有“百业助剂”之称。选矿行业浓密工序一般采用大型浓密机进行浓密，为提高矿浆沉降速率，缩短浓密沉降时间，提高生产效率，需要加入絮凝剂。选矿行业一般采用阴离子型聚丙烯酰胺（HPAM）作为絮凝剂，成本较高。为保证利润，许多厂家向聚丙烯酰胺中掺杂盐类以降低成本，就需要控制其掺杂物含量，对掺杂物进行检测分析。GB/T 17514—2008《水处理剂聚丙烯酰胺》检测项目见表1。

笔者通过化学沉淀、电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES）全谱扫描确定聚丙烯酰胺中掺杂物的成分，并与化学滴定法、电位滴定法测定掺杂物氯离子含量进行对比。

表1 GB/T 17514—2008检测项目

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES），赛默飞世尔7400；自动电位滴定仪，瑞士Metrohm905 Titrando；搅拌设备，瑞士Metrohm804 Ti Stand；银-氯化物复合电极，内充液为饱和硝酸钾溶液，瑞士万通公司（Metrohm）；电子天平，AB204-S，瑞士梅特勒-托利多公司；消化炉，Lab Tech DigiBlock EHD36。

氯化钠，基准试剂；硝酸银，优级纯；硫酸，分析纯；过氧化氢，分析纯；氯化钡，分析纯；氯化钠标准溶液（0.014 1 mol/L），称取基准氯化钠（140 ℃干燥后）0.824 0 g，溶于水中，稀释至1 000 mL，氯离子质量浓度为0.5 mg/L；硝酸银标准溶液（0.014 1 mol/L），称取硝酸银2.395 g，溶于水中，稀释至1 000 mL，贮存在玻璃瓶中，避光保存，每次测定前用氯化钠标准溶液标定。

1.2 样品的制备

按GB/T 6678—2003取样、制样。必须按照GB/T 6678—2003准备样品，试样称取量必须大于2 g，才具有代表性。试样量少会导致测定结果误差极大，因为掺杂物分子量远远小于聚丙烯酰胺，运输过程中聚丙烯酰胺会沉在包装袋下部，取样时必须混匀样品。

1.3 实验方法

1.3.1样品处理

（1）称取试样2.00 g（精确至0.000 2 g）放入150 mL烧杯中，加入蒸馏水100 mL，放入电磁搅拌转子，将烧杯在电磁搅拌器上搅拌2 h，转移定容至1 000 mL容量瓶中。

（2）称取试样2.00 g（精确至0.000 2 g）于100 mL消化管中，用水润湿样品，加浓硫酸10 mL，轻轻摇匀，瓶口放置一个弯颈漏斗，在消化炉上低温缓慢加热，待硫酸分解冒白烟时逐渐升高温度，当溶液全部呈棕黑色，从消化炉上取下消解管，稍冷，逐滴加入过氧化氢10滴。加热微沸10～20 min，再加入过氧化氢5～10滴，如此反复2～3次，直至消煮液呈无色或者清亮色，再加热5～10 min，以除尽过剩的过氧化氢。取出消解管冷却，将消煮液用水定容至100 mL。

1.3.2实验步骤

（1）定性分析：①称取试样2 g，放入500 mL烧杯中，加入蒸馏水400 mL，在烧杯中放入电磁搅拌转子，在电磁搅拌器上搅拌2 h，定容至1 L。吸取2份溶液各10 mL，一份加入一定量的硝酸银溶液，再滴加一定量的溴水，观察现象；另一份加入氯化钡溶液，观察现象。②用滤纸过滤1.3.1节（2）中定容溶液，取滤液用ICP-AES进行定性与定量分析。

（2）化学滴定：吸取3份1.3.1节（1）中定容试液各10 mL于150 mL烧杯中，加入一定量的蒸馏水，加2～3滴酚酞指示剂，若显红色则用0.05 mol/L的硝酸溶液中和至无色，若不显红色则用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液中和至红色，然后以0.05 mol/L硝酸溶液回滴至恰无色，加入铬酸钾指示剂1 mL，用硝酸银标准溶液滴定至橙色，记下硝酸银标准溶液的消耗量。

（3）电位滴定：吸取3份1.3.1节（1）中定容溶液各10 mL于150 mL烧杯中，加入一定量的蒸馏水，进入自动电位滴定仪的样品操作系统，选用银-氯化物复合电极，用硝酸银标准溶液滴定至终点，记录硝酸银的用量。

2 结果与讨论

2.1 定性检测

1.3.2节定性分析中实验①现象：第一份溶液出现白色浑浊沉淀，未出现黄色沉淀，判断溶液可能存在氯离子、硫酸根离子；第二份溶液加入氯化钡未出现白色沉淀，判断溶液中存在氯离子［1］。

按照ICP-AES定性分析方法，建立一条涵盖钾、钠、钙、镁、铁、铝的标准溶液曲线，将1.3.1节（2）中定容溶液运行全谱分析，显示溶液含有钾、钠［2］。

2.2 化学滴定法与电位滴定法分析氯离子结果比较

（1）化学滴定法分析氯离子结果：因为聚丙烯酰胺是高分子溶液，具有极高黏度，溶液不易搅拌分散，终点极难判断，3次分析结果w（Cl-）分别为25.65%、22.42%、19.35%，相差极大。用该方法测定聚丙烯酰胺中氯化物含量需要分析检测人员具备较强的分析检测能力。

（2）电位滴定法分析氯离子结果：自动电位测定是通过指示电极的电位变化由仪器自动判定终点，分析时间短，消耗试剂少，自动化程度高，终点准确，3次平行测定结果分别为25.40%、25.68%、25.28%，相差不大。该方法对分析检测人员要求低，一般分析检测人员经过简单培训就能准确测定聚丙烯酰胺中氯化物含量，具有推广价值［3-5］。

2.3 电位滴定法加标回收率实验

将Cl-质量为200 mg的氯化钠标准样品加入到Cl-质量为509 mg的氯化物样品中进行电位滴定法回收实验，实验结果列于表2。

由表2可知，本方法的回收率为98%～102%，准确度较高。

表2 加标回收率实验结果

2.4 ICP-AES测定待测溶液金属元素

用滤纸过滤1.3.1节（2）中定容溶液，稀释10倍后进行ICP-AES分析。仪器工作参数如下：高频发射功率1 150 W，冷却气流量12 L/min，辅助气流量0.5 L/min，雾化器压力0.2 MPa，观测高度15 mm，冲洗泵速50 r/min，分析泵速50 r/min，样品提升量1.5 mL/min，冲洗时间30 s，积分时间长波5 s，积分时间短波7 s；Na元素分析线λ为589. 592 nm，背景校正N（右侧），检出限0.15 μg/mL；K元素分析线λ为766. 490 nm，背景校正N，检出限0.38 μg/mL。分析结果w（Na）为14.60%。