湿法炼锌中浸上清液中全铁含量的测定研究

龙兴杰

（云锡文山锌铟冶炼有限公司，云南 文山 663700）

铁是湿法炼锌电解液的重要控制指标，当湿法炼锌电解液中铁含量大于20μg/mL，就会对电沉积锌产生影响，导致锌反溶，降低电流效率[1]。然而铁的含量在湿法炼锌工艺中只能在净液之前加以控制，因此，对输送到净液的中浸上清液中的铁进行准确的测定对工艺控制有着重要的意义。

火焰原子吸收分光光度法和pH 在8～11 时磺基水杨酸分光光度法是测定低含量铁的经典方法[2]。中浸上清液pH在5 左右，Fe2+和Fe3+共存，全铁含量在10μg/mL 左右，由于中浸上清液含有大量的硫酸锌基体和0.80g/L 左右的Cu2+，导致用原子吸收法测定基体干扰大，加标回收率低。在碱性溶液中Fe2+虽被氧化，用磺基水杨酸显色能测出全铁含量，但Cu2+在pH 大于5 时也会和磺基水杨酸形成绿色配合物[3]，严重干扰了测定。消除Cu2+干扰方法主要有还原除铜法[4]，硫代硫酸钠隐蔽法[5]等，而本文主要通过对显色pH 进行控制，来避免Cu2+与磺基水杨酸配合。过氧化氢在弱酸性条件下具有很强的氧化性，能快速将Fe2+氧化为Fe3+，同时Fe3+的存在也能催化过量的过氧化氢分解，且过氧化氢的分解产物对最终显色分析没有干扰。本文通过用过氧化氢将Fe2+氧化为Fe3+，在显色溶液的pH=2～3 时磺基水杨酸与Fe3+形成紫红色的配合物[6]，以消除Cu2+的干扰，准确测定中浸上清液中全铁的含量。通过多组平行实验和加标回收实验对方法的精密度和准确度进行了测试，测试结果满足分析要求。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

1.1.1 仪器

T6 新悦可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司生产。

1.1.2 试剂

2%磺基水杨酸（西陇科学）溶液。

30%过氧化氢（西陇科学）溶液。

(1+9)硫酸（西陇科学）溶液。

pH5～6 的乙酸-乙酸钠（西陇科学）溶液。

1000.00μg/mL 铁标准溶液(国家钢铁材料测试中心)。

实验所用玻璃器皿均用50%的硝酸浸泡48h 后用离子交换二级水洗净，实验所用试剂均为分析纯，实验用水均为离子交换二级水。

1.2 实验步骤

1.2.1 样品分析步骤

移取10.00mL 中浸上清液于100mL 小烧杯中，加入0.5mL 的过氧化氢，室温下反应2 分钟，于电热板上加热至大量气泡消失，冷却至室温，转移至50mL 比色管中，加入5mL 磺基水杨酸，加水定容至刻度，摇匀，室温显色5分钟，以试剂空白为参比，于分光光度计490nm 波长处用2cm 比色皿测定吸光度，由标准工作曲线求得样品中铁的含量。

1.2.2 标准工作曲线绘制

将1000.00μg/mL 的铁标准溶液稀释为50.00μg/mL的工作标准溶液，用（1+9）的硫酸调节标准溶液的pH 在5 左右，以保证加入5mL 磺基水杨酸后显色溶液的pH 在2～3。铁标准系列浓度为0.00、1.00μg/mL、2.00μg/mL、3.00μg/mL、4.00μg/mL、5.00μg/mL。

2 结果与讨论

2.1 试剂空白及不同吸收波长对测定结果的影响

按控制变量法对试剂空白依次进行是否加热、改变过氧化氢用量、改变显色pH、改变显色剂用量和改变显色时间的实验，以空气调零，在分光光度计490nm 处用2cm 比色皿测定其吸光度均为0.044，发现试剂空白的吸光度不因这些因素的改变而改变。

移取中浸上清液10.00mL，按样品分析步骤进行操作，以试剂空白为参比，用2cm 比色皿在420nm～550nm 之间每隔10nm 测定一次溶液的吸光度，发现当波长为490nm时，样品的吸光度最大，选用490nm 为测定波长最佳。

2.2 过氧化氢用量对测定结果的影响

由于中浸上清液加入过量的过氧化氢后，过量的过氧化氢分解会产生很多的小气泡，小气泡会吸附在比色皿内壁影响测定，所以加入过氧化氢反应两分钟后将其放于电热板上加热，加速过氧化氢分解，消除小气泡对比色测定的干扰。

分别移取同一中浸上清液10.00mL，分别加入0.00、0.20mL、0.50mL、1.00mL 的过氧化氢，按样品分析步骤操作，分别测定吸光度，用于比较过氧化氢用量对样品吸光度的影响，如表1 所示。

表1 不同过氧化氢用量下样品的吸光度

由表1 可知若不加入过氧化氢，样品中的Fe2+不能被氧化为Fe3+，吸光度不能代表样品中全铁的含量，在过氧化氢过量的情况下，不同过氧化氢用量对样品的吸光度不产生影响。在保证过氧化氢过量的情况下，为节约试剂成本和便于操作，选用0.50mL 过氧化氢用量最佳。

2.3 不同显色pH 对测定结果的影响

通过实验发现当溶液pH ≥3.00 时，溶液颜色不是紫红色，不适于此分析方法。此处主要在pH ＜3.00 的前提下改变显色溶液的pH，观察其对测定结果的影响。分别移取同一中浸上清液10.00mL 于8 个100mL 小烧杯中，第一杯加入0.20mL 乙酸-乙酸钠溶液，其余7 杯分别加入0.00、0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL（1+9）硫酸，按样品分析步骤操作，分别测定吸光度和溶液pH 值，以pH 为横坐标，对应吸光度为纵坐标，绘制不同显色pH 下样品吸光度的变化趋势图，如图1 所示。

图1 不同显色pH 下样品吸光度的变化趋势图

由图1 可知在相同显色剂用量下，显色pH 在2～3 时吸光度较为稳定，pH ＜2 后吸光度随pH 的降低而降低。为保证结果稳定，显色pH 控制在2～3 时最佳。

2.4 不同显色剂用量对测定结果的影响

分别移取同一中浸上清液10.00mL 于6 个100mL 小烧杯中，分别加入2.00mL、5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL、30.00mL 磺基水杨酸，按样品分析步骤操作，分别测定吸光度和溶液pH 值，如表2 所示。

表2 不同显色剂用量下样品的吸光度

由表2 可知，当显色剂加入量为2～10mL 时，显色pH在2～3，样品吸光度不随显色剂加入量的改变而改变，当显色剂加入量超15mL 时显色溶液的pH 开始低于2，样品吸光度也越来越低。为了节约成本和保证最终显色溶液的pH在2～3，磺基水杨酸的加入选用5.00mL 最佳。

2.5 不同显色时间对测定结果的影响

移取中浸上清液10.00mL，按样品分析步骤操作，分别测定5min、10min、15min、20min、30min 时样品的吸光度，发现不同显色时间下样品吸光度变化不大，为了缩短分析耗时且保证显色完全，显色时间选5min 最佳。

2.6 工作曲线的绘制

中浸上清液中铁的含量在10μg/mL 左右，稀释5 倍后浓度在2.00μg/mL 左右，为保证待测溶液在工作曲线线性范围内，以铁浓度分别为0.00、1.00μg/mL、2.00μg/mL、3.00μg/mL、4.00μg/mL、5.00μg/mL 的标准系列绘制工作曲线。如图2 所示。

图2 标准工作曲线

由图2 可知铁含量在0～5μg/mL 范围内工作曲线具有非常好的线性相关性，线性方程为y=0.0671x+0.0003，R2=0.9998，能够满足测量要求。

2.7 不同取样体积对测定结果的影响

分别移取同一中浸上清液5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL，按样品分析步骤操作，分别测定吸光度，并结合标准工作曲线计算出铁含量，如表3所示。

表3 不同取样体积对应吸光度和铁含量

中浸上清液中含量较高的主要是硫酸锌基体和Cu2+，由表3 可知在上述几种稀释倍数下，虽然待测溶液中硫酸锌和Cu2+的含量随取样体积的改变而改变。

但测定结果基本一致，表明用此方法测定中浸上清液中全铁含量在上述稀释倍数下不受硫酸锌基体和Cu2+的干扰，采用上述几种稀释倍数均可准确的测定出样品中全铁的含量，通过对不同稀释倍数下溶液的吸光度进行对比，选用5 倍稀释吸光度最佳。

2.8 回收率及精密度实验

为验证方法的稳定性和准确性，对同一中浸上清液进行平行实验和加标回收实验，测定结果如表4 所示。

表4 回收率及精密度实验

由表4 可知回收率在100.4%～104.9%之间，相对标准偏差（RSD）为0.64%左右，表明该方法有较高准确度和精密度，此方法可以用来测定中浸上清液中全铁的含量。

2.9 样品分析结果对比

用该方法和ICP-AES 法对不同批次样品进行测定，结果如表5 所示。

表5 不同分析方法样品测定结果

由表5 可见两种分析方法的测定结果较为接近，表明用该方法测定的结果可靠性较高。

3 结论

经过上述实验分析，验证了用过氧化氢将Fe2+氧化为Fe3+，酸性条件下磺基水杨酸比色法测定湿法炼锌中浸上清液中全铁含量的分析方法，并得出了最佳的测定条件，即波长选用490nm，过氧化氢用量为0.5mL，显色剂用量为5mL，显色pH 控制在2～3，显色时间为5min，标准工作曲线线性范围为0.00～5.00μg/mL。该方法在一定程度上有效的消除了基体及Cu2+对测定的干扰，用于湿法炼锌中浸上清液中全铁含量的测定具有较高的精密度和准确度。