电感耦合等离子体发射光谱法同时测定文丘里泥中铜、铅、砷、锑、铋、碲、汞

刘芳美，甘聪，罗小兵，黄路路

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

高压浸出-卡尔多炉熔炼是目前常见实现铜阳极泥处理过程中高效回收有价元素硒、碲工艺[1-2]，其中文丘里泥作为卡尔多炉处理脱铜泥时的中间物料，年产量约为处理铜阳极泥量的10%～15%，富含铜、金、银、硒、碲以及铅、铋等有价元素，是炉前分析的重要指标[3-5]。为实现铜阳极泥处理过程中各类中间物料资源化、高值化利用，准确快速测定文丘里泥中铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞等元素有重要现实意义。

目前，文丘里泥中各元素的测定没有相关标准方法，文献中关于文丘里泥中金、银、硒测定的方法较多[4,6-7]，但缺乏铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞等其它杂质元素测定的方法。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）具有分析速度快、准确度高、可以同时测定多种元素等特点，广泛应用于重金属元素的测定[8-9]。吕茜茜[10]利用微波消解技术结合电感耦合等离子体发射光谱法同时测定冰铜试样中的砷和汞，方法简单快速、准确度高。陈祝海[11]建立了电感耦合等离子体发射光谱法同时测定金矿石中铅、锌、砷、铋、镉和汞的分析方法，结果准确，检测效率高。杨娜等[12]采用电热石墨消解方式处理样品，结合电感耦合等离子体发射光谱法可快速测定河道底泥中铬、锌、镉、镍和铜等重金属元素。笔者采用混合酸消解处理试样，建立了ICP-AES法同时测定文丘里泥中铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞分析方法。方法操作简单，检测效率高，可以有效为生产工艺提供数据指导。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：iCAP7000 型，美国热电公司。

电子分析天平：XS204 型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多公司。

盐酸、硝酸：分析纯。

逆王水：VHCl∶VHNO3=1∶3，现配现用。

酒石酸溶液：200 g/L。

氟化氢铵溶液：200 g/L。

氩气：纯度（体积分数）不小于99.99%。

铜、铅、砷、锑、铋、碲、汞单元素标准贮存溶液：质量浓度均为1 000 µg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

混合标准系列溶液：用各元素标准储备溶液混合，用体积分数为5%的逆王水溶液及4 g/L 酒石酸溶液逐级稀释，配制成如表1所示浓度。

表1 混合标准溶液 µg/mL

文丘里泥样品：粒径不大于0.098 mm，于100～105 ℃烘1 h，置于干燥器中冷却至室温，紫金铜业有限公司。

实验室用水为去离子水。

1.2 仪器工作条件

RF功率：1 150 W；泵速：50 r/min；辅助气流量：0.5 L/min；雾化气流量：0.6 L/min；观察方式：轴向；观测距离：15 mm；积分时间：2.0 s。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品预处理

准确称取0.10 g（精确至0.000 1 g）试样，置于150 mL 聚四氟乙烯烧杯中，加少量水润湿，加入10 mL逆王水溶液、l mL 氟化氢铵溶液和1 mL 酒石酸溶液，盖上表面皿，待反应停止后，置于180～300℃的电热板上加热，溶解至1～2 mL 后取下，冷却至室温，用少量水冲洗表面皿及杯壁，加入5 mL逆王水，加热溶解可溶性盐，取下冷却，将试液全部转移入100 mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀，静置澄清或过滤，于电感耦合等离子体发射光谱仪上测定目标元素。随同试样做空白试验。

1.3.2 测定

在1.2 仪器工作条件下，测定系列混合标准溶液。以目标物质量浓度为横坐标、目标物发射光谱强度为纵坐标，进行线性回归，计算得校正曲线，根据文丘里泥样品发射光谱强度计算目标物含量。

2 结果与讨论

2.1 试样分解

由于文丘里泥样品组成较为复杂，样品能否有效完全溶解是准确测定样品中汞含量的关键因素之一。分别采用以下3种方法对文丘里泥样品进行溶样试验：

方法1：将称取0.10 g（精确至0.000 1 g）样品，置于150 mL烧杯中，盖上表面皿，加入10 mL盐酸，于80～100 ℃水浴中加热数分钟除去硫化氢，再加入5 mL 硝酸，继续水浴加热15 min，冷却后移入100 mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。

方法2：称取0.20 g（精确至0.000 1 g）试样于150 mL 烧杯中，吹少量水湿润后加入5 mL 硝酸、5 mL 酒石酸、10 mL HCl，置于电热板上，于100～200 ℃加热至沸并保持约5 min，然后继续加热至试样完全溶解，并蒸至1～2 mL。取下，冷却，用纯水冲洗杯壁约20 mL，补加10 mL 王水，加热至沸，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，定容后摇匀，静置至溶液澄清。

方法3：即1.3.1方法。

试验发现不同溶样方法溶解效果差异较大。采用方法1 溶样后有残渣，样品溶解不完全，铜、铅、砷、锑、铋、碲等测定值偏低；采用方法2溶解后溶液澄清，溶剂热效果好，但汞测定结果的相对标准偏差大于5%，精密度差；采用1.3.1 方法溶解，样品溶解完全，结果精密度好，准确度高。对比3 种溶解方式，最终选择1.3.1方法溶解试样。

2.2 分解温度

砷、汞作为易挥发性元素，分解温度过高易造成砷和汞的损失[13-15]。根据砷和汞的特性，分解温度需要满足有利于砷和汞的完全溶解及抑制其高温（砷沸点613 ℃、汞沸点357 ℃）易挥发的特性，按照实验方法，以文丘里泥1#样品为试验对象，在180～340 ℃分解温度下，考察了不同分解温度对铜、铅、砷、锑、铋、碲、汞等元素测定的影响，试验结果见表2。

表2 不同分解温度时目标元素的测定均值（n=3）

由表2 可知，在分解温度为180～300 ℃时，铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞的测定结果无明显变化；当分解温度达到340 ℃时，铜、铅、砷、锑、铋、碲的测定结果虽无明显变化，但汞的测定结果明显偏低。综合考虑，最终控制分解温度为180～300 ℃。

2.3 分析谱线

采用ICP-AES 法测定，样品的组成、目标元素含量的高低直接影响着分析谱线的选择。因此，在选择分析谱线时，要综合考虑分析线的强度、干扰情况、灵敏度，最大限度避开光谱干扰，选择光谱干扰少、背景低、信噪比高的特征谱线。文丘里泥中含有大量的金、银、硒等元素，为考察共存元素之间的干扰，根据仪器推荐波长，结合信号强度及干扰情况，对混合标液和目标样品溶液中各元素的常用谱线进行扫描，最终选择谱线见表3。

表3 目标元素分析谱线 nm

2.4 干扰试验

移取5.00 mL各组分质量浓度均为100 mg/L的铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞多元素混合标准溶液于150 mL烧杯中，进行全过程干扰试验。根据杂质元素种类，加入10倍于目标元素质量浓度的金、银、硒干扰元素，其余按照1.3实验步骤进行，目标元素测定结果见表4。

表4 干扰试验结果（n=3）

由表4 可知，目标元素回收率为97%～102%，表明金、银、硒对测定结果没有明显干扰。

2.5 校准曲线和检出限

按照1.2设定的仪器工作条件，对标准溶液系列进行测定，以元素的质量浓度为横坐标，以目标元素净发射强度为纵坐标，绘制校准工作曲线，计算线性方程和线性相关系数。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 倍标准偏差计算各元素的检出限。

7 种目标元素线性范围、线性方程、相关系数、检出限结果见表5。由表5可知，各元素校准曲线的相关系数均大于0.999。

表5 7种目标元素线性范围、线性方程、相关系数、检出限

2.6 精密度及加标回收试验

按所建方法，分别对3个文丘里泥样品进行了7次独立分析，测定铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞含量，并加入一定量单元素标准溶液进行加标回收试验，结果见表6。

由表6 可知，各元素测定结果的相对标准偏差为0.11%～3.5%，加标回收率为95.0%～106%。表明该方法精密度、准确度良好。

表6 文丘里泥样品精密度及加标回收试验结果(n=7)

3 结语

针对卡尔多工艺中间物料文丘里泥，采用逆王水、氟化氢铵溶液和酒石酸溶液分解样品，建立了电感耦合等离子体发射光谱法测定文丘里泥中铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞7种元素的含量。结果表明，酸分解样品可以实现文丘里泥中铜、铅、砷、锑、铋、碲和汞的同时测定，该方法操作简单，流程较短，检测效率较高，精密度良好，准确度较高，可满足生产的检测需求。