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火焰原子吸收光谱法测定炭末中银

2022-07-05刘芳美赖秋祥廖彬玲罗小兵

中国无机分析化学 2022年3期
关键词:灰化硫酸盐酸

刘芳美 赖秋祥 廖彬玲 罗小兵 吴 彬

(紫金铜业有限公司,铜绿色生产及伴生资源综合利用福建省重点实验室,福建 上杭 364204)

黄金选冶企业生产过程中,常用活性炭吸附氰化浸出液中的金,而被称为载金炭[1-3],同时也会产生一些含金和银贵金属的报废炭末,但是报废炭末由于吸附解析性能差而不能返回氰化系统炭吸附系统提取金[4]。炭末中金和银含量的变化可用于衡量炭末的吸附、解析和再生优劣。因此,准确测定炭末中金和银量对于黄金冶炼工艺指标控制、贵金属回收和炭末贸易结算具有重要意义。

目前,关于炭末中银含量的测定方法和文献主要有火试金重量法和原子吸收光谱法。夏珍珠[2]采用直接配料-火试金重量法测定载金炭中银量,但该方法劳动强度大,对环境造成铅污染。现行有效国家标准GB/T 29509.2—2013《载金炭化学分析方法 第2部分:银量的测定 火焰原子吸收光谱法》和王菊等[5]均是采用灰化-酸处理再用原子吸收光谱法测定载金炭中的银。但该方法预处理过程长,在灰化过程中易造成样品中银挥发损失而影响测定结果和精密度,且试样中杂质含量高时无法灰化完全而造成残渣不易溶解[6]。本文采用硝酸-硫酸消解试样,然后采用原子吸收光谱法测定,避免了灰化过程中样品的损失,也节约了检测时间,提高了检测效率,更主要的是对环境友好。通过采用载金炭国家标准物质和炭末样品验证,结果满意,可用于批量测定黄金冶炼企业炭末样品中的银。

1 实验部分

1.1 仪器设备与试剂

分析天平(感量0.000 1 g);AA400型原子吸收光谱仪(美国PE公司),附银空心阴极灯,其工作参数如表1所示。

表1 原子吸收光谱仪工作参数

盐酸(分析纯)、硝酸(分析纯)、硫酸(分析纯)、王水(现配现用),乙炔(纯度≥99.99%),实验室用水为去离子水。银单元素标准储备溶液(1 000 μg/L,国家标准物质中心)。

银标准系列溶液:银质量浓度分别为0、0.30、0.50、1.00、2.00、3.00 mg/L由1 000 mg/L银的单元素标准储备溶液逐级稀释所得,介质为20%(体积分数)盐酸。

1.2 试样

使用的炭末来自紫金铜业有限公司。炭末样品粒度不大于0.074 mm。炭末主要成分为碳,极易吸湿。实验前参照《GB/T 12496.4—1999 木质活性炭试验方法 水分含量的测定》方法中烘样温度于150 ℃下烘1 h,置于干燥器中冷却至室温后按表2立即称取(精确至0.000 1 g)。

表2 试样量

1.3 实验方法

将试料置于干燥的250 mL烧杯中,加入10 mL硫酸,盖上干燥的表面皿,于高温电热板上加热至冒三氧化硫白烟后,保持0.5 h,取下稍冷。从烧杯嘴处小心缓慢滴加浓硝酸,边摇边加,每次加入1~2 mL后,于低温电热板上加热至硝酸烟冒尽,然后重复以上操作直至炭样全部氧化、溶液变清亮为止。待冒浓白烟后,半开表面皿,继续在高温下加热至硫酸烟冒尽,取下冷却。加入5 mL王水(1+1)溶解盐类至清亮,继续加热至近干,取下冷却。加入20 mL盐酸并用水冲洗表面皿和杯壁,低温加热使可溶性盐类溶解,取下冷却至室温,转移至100 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀。静置澄清待测。

2 结果与讨论

2.1 试样的前处理

炭末样品中主量为碳,按照常规矿石样品的酸溶方法处理试样无法有效消解试样。以GSB04-3093-2013、GSB04-3094-2013、GSB 04-3095-2013、GSB04-3096-2013载金炭标准样品(紫金矿业集团股份有限公司研制)为实验对象,采用以下3种方法对样品进行处理。

方法1:硝酸-高氯酸消解法。称取0.2~0.5 g(精确至0.000 1 g)试样,置于250 mL烧杯中,用少量水润湿,加10 mL硝酸,加热数分钟后取下,冷却至室温,加5 mL高氯酸,盖上表面皿于电热板上低温加热至冒白烟且溶液澄清时,取下稍冷,用纯水冲洗表面皿和杯壁,补加20 mL盐酸煮沸,取下冷却,转移至100 mL容量瓶,用水稀释至刻度,混匀,待测。

方法2:灰化后酸溶法。称取0.2~0.5 g(精确至0.000 1 g)试样,置于干燥的50 mL石英坩埚中,转移至马弗炉中。低温缓慢升温至450 ℃,稍开炉门,保温30 min,然后继续升温至650 ℃灼烧1~2 h直至样品完全灰化,取出冷却至室温。用少量水润湿试样残渣,加入10 mL盐酸,低温加热煮沸数分钟,取下稍冷,加入5 mL硝酸,继续低温加热蒸至近干,取下稍冷。加入20 mL盐酸,加热使可溶性盐类溶解,取下冷却至室温。转移至100 mL容量瓶,用水稀释至刻度,混匀,待测。

方法3:采用本实验方法溶解样品。经过3种方法处理后银结果见表3。由表3可见:采用方法1和方法2处理样品,测定结果明显偏低;采用方法3处理样品,测定结果与标准值吻合。采用方法1直接用高氯酸溶解试样易造成有机质与高氯酸剧烈反应而使样品飞溅,此外有机质可能会包裹含银矿物使试样不能完全消解,部分试样可能会漂浮于酸液表面并随着反应的进行黏附于烧杯壁而不能被完全消解,从而导致结果偏低,与邱红绪等[7]结论一致。方法2采用高温灰化法除炭对灰化温度、时间控制要求高,且高温灰化过程中易导致样品损失从而造成结果偏低。采用方法3处理样品,利用硫酸和硝酸除碳完全,操作简单,结果稳定。

表3 不同方法处理后样品中银测定结果

2.2 硫酸用量的选择

试样主要利用硫酸与碳反应进行除碳,然后加入硝酸加快硫酸与碳反应速率,因此,硫酸用量至关重要。若硫酸用量过少,易造成碳残留吸附银导致消解不完全进而使银测定结果偏低;若硫酸用量过多,延长消解时间,增加检测成本。按照实验方法,改变硫酸用量(分别为5、10、15 mL),其他条件不变,以GSB04-3093-2013、GSB04-3094-2013、GSB 04-3095-2013、GSB04-3096-2013载金炭标准样品(紫金矿业集团股份有限公司研制)为实验对象,考察了硫酸用量对测定结果的影响,结果见表4。结果表明,当硫酸用量为5 mL时,试样无法全部炭化,有部分黑色物质残余,溶液不清亮,且各标准样品银测定结果明显低于标准值。当硫酸用量为10和15 mL,试样可以全部炭化,溶液颜色清亮,各标准样品银测定结果均在标准值范围内;但是,硫酸用量为15 mL时样品消解时间远超硫酸用量为10 mL的消解时间。因此,从试样消解情况、溶样时间和成本考虑,实验选择硫酸用量为10 mL。

表4 不同硫酸用量实验结果

2.3 测定介质

在FAAS测银的文献中其待测液的介质有盐酸介质[8-9]。在相同实验条件下,比较在5%、10%、15%、20%(体积分数)盐酸介质下对GSB04-3096-2013载金炭标准样品银测定结果,结果见表5。结果表明,在5%和10%盐酸介质下,部分待测液有少量氯化银析出,测定结果明显低于标准值;在15%和20%盐酸介质下,试样测定结果在标准值范围内。为了确保准确测定更高品位炭末试样中银量,实验选择20%盐酸作为测定介质。

表5 测定介质对银结果的影响

2.4 共存元素干扰实验

样品前处理时,炭末中碳已用硫酸除去,不考虑碳元素对银测定的影响。根据炭末样品中各元素调研情况,炭末中共存元素及其最高质量分数分别为金0.5%、硅1.5%、锌1.5%、硫0.5%、锰0.2%、铝0.1%,以及钛、磷等元素均小于0.01%。以最大试样量0.50 g,定容至100 mL容量瓶计算,按上述共存元素最高含量的2倍加入各杂质元素标准溶液至GSB04-3093-2013、GSB04-3094-2013、GSB04-3095-2013和GSB04-3096-2013载金炭标准样品(紫金矿业集团股份有限公司研制)进行单元素干扰实验和混合元素干扰实验。结果表明,待测溶液中共存的5 mg金、15 mg硅、15 mg锌、5 mg SO42-、2 mg锰、1 mg铝、0.1 mg钛、0.1 mg PO43-均不干扰载金炭标准样品中银的测定,各载金炭标准样品测定结果均在标准值允差范围内。

2.5 校准曲线和检出限

按照表1设定的仪器工作条件,对标准溶液系列进行测定,以银质量浓度为横坐标,以吸光度为纵坐标,绘制校准曲线。银质量浓度在0.30~3.00 μg/mL范围内符合比尔定律,线性回归方程为A=0.1287ρ+0.0074,相关系数r=0.9999。在仪器最佳工作条件下对空白溶液连续测定11次,以测定结果的3倍标准偏差计算银的检出限,以空白标准偏差的10倍计算定量检出限。银的检出限和定量检出限分别为0.004 μg/mL和0.013 μg/mL。

2.6 样品分析

本法选择6个来自紫金铜业有限公司的炭末实际样品和GSB04-3093-2013、GSB04-3094-2013、GSB04-3095-2013、GSB04-3096-2013载金炭标准样品进行精密度实验,并与GB/T 29509.2—2013 方法进行比对,考察炭末中银测定的准确度,结果见表6和表7。实验结果表明,两种方法测定炭末和载金炭标准样品中银的结果相对标准偏差(RSD,n=7)均小于5%,且两种方法测定结果一致,均在GB/T 29509.2—2013方法规定允差内。

表6 炭末试样对比结果

表7 载金炭标准样品中银的测定结果

3 结论

确定了FAAS准确测定炭末中银的实验条件,包括试样前处理方法、硫酸用量以及测定介质等,测定结果具有良好的准确度和重现性。为冶炼企业提供了很好的检测批量炭末中银的分析方法。

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