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燃烧碘量法测定铀矿浸出液中的硫酸根

2022-07-27杜林海胡凯光吴程瑞张杰威

铀矿冶 2022年3期
关键词:标准溶液回收率淀粉

杜林海,刘 硕,李 昊,胡凯光,吴程瑞,张杰威,蔡 鹏

(南华大学 资源环境与安全工程学院,湖南 衡阳 421000)

硫酸是微生物法浸铀和地浸采铀常用的浸出剂[1-5],浸出液中的硫酸根含量是判断细菌生长和铀浸出情况的重要指标[6-7]。关于硫酸根的测定,主要有重量法[8]、光度法[9]、滴定法[10]、浊度法[11]等,实际中常采用硫酸钡重量或铅盐沉淀法、分光光度法、EDTA容量法以及光度比浊法测定硫酸根。其中硫酸钡重量法准确度好,但手续繁复,操作冗长。分光光度法成本较小,但测定过程中需要反复进行冷却、过滤、比色等步骤。EDTA容量法的分析结果往往比重量法略低,且操作仍显复杂。而光度比浊法仅适用于水治分析和环境保护检测,不适用于色度、浑浊度以及硫酸根含量较高的样品。

燃烧碘量法[12-13]是测定矿物岩石等固体样品中硫酸根的方法,该法用于液体样品中硫酸根的测定目前尚未见报道。笔者探索了用燃烧碘量法测定铀浸出液中的硫酸根,拟定了简单、快速的分析流程,为高温燃烧碘量法测定液体样品中的硫酸根提供了途径。

1 试验部分

1.1 试验原理

上述反应中,HI与淀粉反应,并不显蓝色;而I2与淀粉作用,在有KI存在的条件下生成碘化淀粉而呈蓝色[14],其化学反应式为

根据以上反应原理,以淀粉为指示剂,用碘标准溶液进行滴定,即可测出溶液中的硫含量。

1.2 试验仪器

管式高温炉,电热干燥箱,瓷舟(先在稀盐酸溶液中煮沸10 min;用水洗净后,在1 200 ℃马弗炉中灼烧1 h,取出后置于干燥器中备用),20 mL移液管,250 mL锥形瓶,25 mL滴定管,1 000 mL容量瓶,加热和过滤装置。

1.3 主要试剂

主要试剂有粉状氧化铜,0.02 mol/L碘标准溶液,0.4 mg/mL三氧化二砷标准溶液,0.05%淀粉吸收液,碘标准溶液。相应试剂配制方法如下。

0.02 mol/L碘标准溶液:称取2.5 g碘和25 g碘化钾溶于少量水中,转入1 000 mL棕色容量瓶中,用水稀至刻度,经标定后备用。

0.4 mg/mL三氧化二砷标准溶液:称取0.2 g光谱纯三氧化二砷溶于10 mL 1 mol/L的氢氧化钠溶液中,加1滴酚酞指示剂。用1∶1硫酸溶液中和至无色,将溶液转入500 mL容量瓶中,加入100 mL 6%的碳酸氢钠溶液,用水稀至刻度并摇匀备用。

0.05%淀粉吸收液:称取0.5 g可溶性淀粉,置于盛有10 mL水的烧杯中,调成糊状;再加入约90 mL沸水,煮沸2 min,冷却后加入900 mL水,混匀备用。

碘标准溶液的标定:于250 mL锥形瓶中,加入50 mL 6%碳酸氢钠溶液;再加入5 mL 0.05%的淀粉溶液,用碘标准溶液滴定至浅蓝色;然后加入10 mL三氧化二砷,用三氧化二砷的质量和消耗的碘液体积计算溶液对硫酸根的滴定度。计算公式为

式中:T—标准碘液对硫酸根的滴定度,mg/mL;m—取三氧化二砷的质量,mg;V—消耗标准碘液的体积,mL;0.048 03—硫酸根每毫克分子质量;0.049 46—三氧化二砷每毫克分子质量。

1.4 分析步骤

取0.1~0.5 mL样品溶液于瓷舟中,加入约0.5 g粉状氧化铜;置于电热干燥箱中,升温至120 ℃,再烘0.5 h,取出待测。将管式炉升温至1 250 ℃,检查测试装置密封情况。于吸收管中加入50 mL淀粉吸收液,通气吸收,用标准碘液滴至浅蓝色不变,记录滴定空白样消耗的碘液。把已烘干的样品瓷舟推入管式炉高温区,塞紧塞子,以每秒3~5个气泡的速度抽气,使分解逸出的SO2被淀粉溶液充分吸收。边吸收边滴定,直至浅蓝色保持不变,此时为滴定终点。根据消耗碘液的体积,计算浸出液中硫酸根浓度。计算公式为

2 试验结果与讨论

2.1 标准硫酸根回收结果

为探究硫酸根存在形式对回收率的测定影响,按1.4所述的分析步骤,分别加入不同量的H2SO4或K2SO4,进行硫酸根回收试验。测定结果见表1。

表1 标准硫酸根的回收Table 1 Recovery of standard sulfate

从表1可见,无论是以硫酸还是硫酸根形式加入,硫酸根的回收情况均良好。硫酸根存在形式对回收率测定影响较小。

2.2 样品烘干温度对硫酸根回收率的影响

在样品烘干过程中硫酸根是否会损失,是本试验成败的关键。为此开展了烘干温度影响试验。取3 mg标准硫酸形式溶液于瓷舟中,加入0.5 g氧化铜后,在不同温度下进行烘干,烘干时间均为30 min,探究烘干温度对硫酸根回收率的影响。按1.4的分析步骤进行测定,结果如图1所示。

图1 样品烘干温度对硫酸根回收率的影响Fig. 1 Effect of sample drying temperature on sulfate recovery

由图1可知,烘干温度在100~200 ℃范围内,硫酸根回收率均在97%以上,可不考虑硫酸根损失问题。当烘干温度低于100 ℃时,由于温度较低,在残留水分逸出时会吸附少量SO2气体,并附于管道壁上,导致硫酸根回收率略低。因此,选择烘干温度以120 ℃为宜。

2.3 样品烘干时间对硫酸根回收率的影响

取3 mg标准硫酸溶液于瓷舟中,加入0.5 g氧化铜后,在120 ℃条件下下烘干不同时间,开展烘干时间对硫酸根回收率的影响试验。按1.4的分析步骤进行测定,测定结果如图2所示。可以看出,烘干时间在10~60 min内,烘干时间对硫酸根回收率基本无影响。因此,综合考虑能耗和试验效率,选择烘干时间为30 min。

图2 样品烘干时间对硫酸根回收率的影响Fig. 2 Effect of sample drying time on sulfate recovery

2.4 样品测定对比结果

按1.4的分析步骤,对5组样品分别进行5组平行试验,并与硫酸钡重量法的测定结果进行比对,结果见表2。可以看出,燃烧碘量法与硫酸钡重量法的测定结果基本一致,5个样品各测定5次的平均变异系数为1.34%。

表2 样品分析结果比对Table 2 Comparison of sample analysis results

3 结论

1)燃烧碘量法分析精度高,对5个样品各测定5次的平均变异系数为1.34%(0.48%~2.56%)。烘干温度和烘干时间对测定硫酸根回收率基本没有影响,样品在100~200 ℃烘干30 min时,硫酸根回收率均在97%以上。该分析方法受硫酸根质量浓度(14~85 mg/mL)及存在形式影响小,检测结果稳定性高,应用范围广泛。

2)燃烧碘量法与硫酸钡重量法的分析结果吻合;但燃烧碘量法分析流程更简单、快速,适用于铀矿工艺浸出液中硫酸根的控制分析。

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