碱熔分解-沉淀富集分离-电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定含铱废料中铱

安中庆 毛莹博 范兴祥 李天磊 孙丽达

(1.红河职业技术学院，云南 蒙自661199；2.云南省高校失效贵金属催化剂清洁提取与高值化工程研究中心，云南 蒙自 661199；3.中国再生资源产业技术创新战略联盟“失效贵金属催化剂循环利用联合创新实验室”，云南 蒙自 661199；4.红河学院 化学与资源工程学院，云南 蒙自 661199)

我国铂族金属资源贫乏，主要依赖国际市场，对含铂族金属二次资源的回收利用是我国推进资源全面节约和循环利用与保障资源安全供给的国家重大战略需求。铱是一种珍贵的铂族金属，是现代工业的“维他命”之一，其合金材料、铱化合物、含铱催化剂等在氢能经济、高新技术产业、军工、航天航空等尖端技术领域广泛应用，且具有不可或缺的作用。我国铱的储量较小，铱矿产资源有限，现铱矿产资源无法满足市场需求，因此从二次资源中回收铱可扩大铱的来源，调节铱的供需矛盾，故含铱废料(金属合金废料、含铱催化剂、含铱有机废液)已成为重要的铱回收资源。建立精准测定含铱废料中铱含量的方法，是保障含铱废料贵金属高效回收、考察含铱废料湿法冶金生产物料平衡的重要技术方法，对保证含铱废料买卖双方公平、公正交易具有重要的意义。

随着检测仪器发展的日新月异，铱含量的测定仪器，已由分光光度计发展到辉光放电质谱仪(GD-MS)，目前，电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)[1-3]和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)[4-5]是铱含量测定的主要仪器。铂族金属中铱是较难溶解的贵金属之一[6]，故分解铱元素的方法较多，如碱熔法[7]、金属碎化-酸溶法[8-9]、交流电化学溶解法[10]、微波加压溶解法[11]、微波密闭消解法[12]等；富集分离的方法有化学沉淀法[13]、溶剂萃取法[14]等。在上述测定仪器中，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法主要测定地质样品中铱质量分数小于50 ng/g的样品，故在含铱废料的测定中应用较少；电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法因可同时测定8种贵金属元素，且测定线性分析范围宽，检测技术成熟、干扰水平低、精密度好[15]，故该仪器是测定铂族金属含量应用较多的仪器。在分解方法中，因碱熔法可让所有铂族矿物被 Na2O2直接分解、且成本低、操作简便，故常作为铂族金属样品的分解方法。

含铱废料样品种类繁多、数量较大，且成分复杂，在分析检测方面存在样品分解困难、分析结果误差较大等问题。本文研究了用碱熔分解含铱废料样品条件，碲共沉淀富集铱与共存离子分离消除干扰，结合电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)技术，建立了一种高效的检测方法。将方法应用于含铱废料中铱含量的测定，结果满意。本法测定含铱废料中铱的结果与国标方法 GB/T 17418.4—2010《地球化学样品中贵金属分析方法》第4部分的测定值基本一致。

1 实验部分

1.1 主要仪器及工作条件

8300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司)：SCD检测器、Gem Tip Ⅱ 交叉流动雾化器、Scott雾化室。

ICP-AES工作条件：高频功率为1.3 kW，载气流量为0.9 L/min，辅助气流量为0.7 L/min，冷却气流量为15 L/min，样品提升量为1.5 mL/min，轴向观测，峰面积积分，预燃时间为30 s，积分时间为5 s。

1.2 主要试剂

铱标准储备溶液(1 000 μg/mL，国家钢铁材料测试中心)：介质为10%(v/v)盐酸溶液。

铱标准溶液(100 μg/mL)：介质为10%(v/v)盐酸溶液，移取20.00 mL铱标准储备溶液于200 mL容量瓶中定容，混匀。

次氯酸钠溶液(10 g/L)，碲沉淀溶液[2.50 mg/mL，介质为25%(v/v)盐酸溶液]，二氯化锡溶液[225.6 g/L，介质为25%(v/v)盐酸溶液]。

盐酸、硝酸、次氯酸钠、过氧化钠均为分析纯，氩气[φ(Ar)=99.99%]，实验用水为二次蒸馏水。

1.3 实验方法

1.3.1 含铱废料样品分解

称取1.0 g含铱废料样品(精确至0.000 1 g)于150 mL高铝坩埚中。于坩埚中加入5 g 过氧化钠，将坩埚置于已升温至750 ℃的马弗炉中熔融并保持25 min，冷却，将坩埚放入250 mL 烧杯中，加入 30 mL盐酸溶液(1+1)溶解碱熔融物，冲洗出坩埚，将溶液转移至100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

将装有含铱废溶液的坩埚置于马弗炉中，从低温(小于100 ℃)逐渐升温至700 ℃灼烧10 min，取出坩埚，冷至室温。以下操作同固体样品分解方法。

1.3.2 铱沉淀富集分离

按照表1分取适量试液于200 mL烧杯中，加入10 mL次氯酸钠溶液，于电热板上加热至近干，反复操作3次。于烧杯中加入15 mL盐酸，加水至溶液总体积约100 mL，加入10 mL碲溶液，于电热板上加热至沸腾，滴加二氯化锡溶液至产生沉淀，继续加热至沸腾并保持45 min，取下，冷至室温，用玻砂漏斗过滤，沉淀用15 mL热王水溶解，将滤液蒸至近干，用10%(v/v)盐酸溶液转移至适合的容量瓶中定容，混匀。得到待测溶液。随同试样做试剂空白实验。

表1 试液分取以及测定体积

1.3.3 铱含量的测定

移取0、0.50、1.00、5.00、10.00、20.00、25.00 mL铱标准溶液，置于7个100 mL容量瓶中，用10%(v/v)盐酸溶液定容，混匀。此标准溶液系列中铱的质量浓度为0、0.50、1.00、5.00、10.00、20.00、25.00 μg/mL。用电感耦合等离子体原子发射光仪(ICP-AES)，按照设定好的参数和程序，依次测定标准溶液、空白溶液和待测溶液。

2 结果与讨论

2.1 试样分解温度

由于含铱废料样品量较大、种类繁多，且成分复杂，加之铱金属分解较为困难，故样品的分解尤为重要，本法碱熔含铱废料实验结果见表2。由表2可知，温度为700～800 ℃时，测定值最大且恒定，当温度小于700 ℃或大于800 ℃时，测定值越来越小且不恒定，故在本方法中，选择在750 ℃时分解样品25 min。

表2 样品分解温度

2.2 铱的共沉淀富集条件

2.2.1 盐酸酸度的选择

移取15.00 μg/mL铱标准溶液，按照实验方法，改变沉淀溶液体系中盐酸酸度，测定出铱的质量浓度，结果见表3，从表3可知，当酸度小于2.0 mol/L时，测定值小于加入量；当酸度大于3.0 mol/L时，测定结果大于加入量；当盐酸酸度为2.0～3.0 mol/L时，相对误差小于±2%，故在本方法中，选择在2.5 mol/L的盐酸体系中进行沉淀富集分离。

表3 盐酸酸度的选择

2.2.2 碲沉淀剂用量选择

移取15.00 μg/mL的铱标准溶液，按照实验方法，改变碲的用量，测定出铱的质量浓度，结果见表4，从表4可知，当碲加入量小于15 mg时，测定结果小于加入量；当碲加入量为15～25 mg时，测定值趋于稳定，且相对误差小于±1%，故在本方法中，选择加入碲量为20 mg。

表4 碲沉淀剂用量选择

2.2.3 还原剂用量选择

移取15.00 μg/mL的铱标准溶液，按照实验方法，改变二氯化锡的用量，测定出铱的质量浓度，结果见表5，从表5可知，当二氯化锡的用量小于3 mL时，测定结果小于加入量；二氯化锡的用量在3～5 mL时，测定值趋于稳定，且相对误差小于±2%，故在本方法中，选择加入4 mL二氯化锡溶液。

表5 还原剂用量选择

2.3 校准曲线和检出限

按实验方法测定标准溶液系列的发射强度，以铱的质量浓度(μg/mL)为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制校准曲线；在仪器最佳工作条件下对空白溶液连续测定11次，将测定结果标准偏差的3倍作为方法的检出限，检出限的3.3倍为方法的定量限。结果见表6。

表6 校准曲线和检出限相关信息

2.4 精密度实验

选择样品编号为FL-1～3的含铱废料样品，按照实验方法测定样品中的铱含量，并进行精密度实验，结果见表7。

表7 精密度实验结果

2.5 加标回收实验

按照实验方法测定含铱废料样品中的铱含量，并进行加标回收实验，结果见表8。

表8 回收率实验结果

2.6 与国标方法的比对

将含铱废料样品铱FL-1和FL-2分别按照实验方法和GB/T 17418.4—2010方法测定铱含量，测定结果见表9。

表9 方法比对实验结果

3 结论

采用碱熔法可有效分解含铱废料样品，碲共沉淀富集分离铱后能消除共存离子的干扰，结合电感耦合等离子体原子发射光谱 (ICP-AES)法可实现铱含量的快速、准确测定，该方法的相对标准偏差在0.20%～3.6%，加标回收率在97.0%～107%；测定含铱废料样品中铱的结果与国家标准方法的测定值基本一致，能满足生产和科研的需求。