ICP-OES测定铜尾矿中的铜铅锌银

2023-11-02张玲玲

化工时刊 2023年4期

张玲玲

(云锡集团(控股)有限公司大屯锡矿,云南个旧 661018)

矿产资源是重要的自然资源,是不可再生的资源,为提高矿产资源的利用率,尾矿再利用成为推进循环经济和防止环境污染的重要手段。铜尾矿中除铁、铝外,其余金属含量较低,要准确检测出铜尾矿中的多金属含量,相比原子吸收光谱法,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)测定,不仅检出限低、线性范围宽、稳定性好,而且可以同时测定多种元素,大大提高了分析效率。本文采用氢氟酸-盐酸-硝酸分解铜尾矿样品,在10%盐酸介质中,用ICP-OES测定其中的铜、铅、锌、银4种元素,不仅分析速度快,且结果准确可靠。

1 实验部分

1.1 主要仪器

Agilent5800电感耦合等离子体发射光谱仪,美国安捷伦科技公司。仪器工作参数:泵速12 rpm,提升延迟15 s,读取时间5 s,稳定时间12 s,点火线圈(RF)功率1.20 kW,等离子体气流量12.0 L·min-1,雾化气流量0.7 L·min-1,辅助气流量1.0 L·min-1,观察模式:轴向。

1.2 试剂

盐酸(1.19 g·mL-1),硝酸(1.42 g·mL-1),氢氟酸(1.18 g·mL-1),超纯水(电阻率18 MΩ·cm)。

银标准溶液(20 μg·mL-1),铜标准溶液(100 μg·mL-1),铅标准溶液(100 μg·mL-1),锌标准溶液(100 μg·mL-1)。

铜铅锌混合标准溶液(100 μg·mL-1)。

铜铅锌银混合标准系列:以100 μg·mL-1铜铅锌混合标准溶液稀释一定倍数,加入一定量的银标准溶液、10 mL盐酸,用超纯水定容。

1.3 实验方法

称取0.2 g样品于50 mL烧杯中,加少量水润湿,加入2 mL氢氟酸、10 mL盐酸,于低温电炉上加热15 min,取下,加入3 mL硝酸,继续加热至近干,取下,沿杯壁加入10 mL盐酸,加热至盐类溶解,放置冷却后将溶液移入100 mL容量瓶,用超纯水定容、摇匀、静置,待溶液澄清后用ICP-OES测定样品中铜铅锌银的含量。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件的选择

2.1.1 试液提升延迟时间的选择

试液提升延迟时间是指待测液进入等离子体的时间。要得到稳定的结果,避免试液还未进入等离子体,仪器已经开始获取信号,故需要对延迟时间做出最佳选择。固定仪器其他条件不变,测2 μg·mL-1的铜标准溶液,改变试液提升延迟时间,得出试液提升延迟时间在5 s到20 s之间对测定结果无影响,本方法选定提升延迟时间15 s。

2.1.2 稳定时间的选择

待测元素的发射信号是否稳定影响着测定结果的准确与否,让信号稳定地传输给检测器需要的时间就是稳定时间。改变稳定时间,仪器其他条件不变,用2 μg·mL-1的铜标准溶液进行实验,稳定时间从5 s到15 s对结果无影响,为了保证测定结果的稳定性,本方法选定稳定时间为12 s。

2.1.3 雾化气流量的选择

雾化效果的好坏由雾化气流量决定,固定仪器其他参数不变,只改变雾化气流量,对2 μg·mL-1的铜标准溶液进行测定,雾化气流量在0.5～1.0 L·min-1均能得到良好的雾化效果,本方法选定雾化气流量为0.7 L·min-1。

2.1.4 RF功率的选择

RF功率直接关系着等离子体的温度,等离子体的温度影响着待测物的离解能力,离解能力的强弱对测定结果有很大影响。改变RF功率,测定2 μg·mL-1的铜标准溶液,功率在1.00～1.30 kW均可,本方法选择1.20 kW的功率。

综上,仪器选定的条件为:提升延迟15 s,稳定时间12 s,雾化气流量0.7 L·min-1,RF功率1.20 kW。

2.2 酸介质和酸度的选择

选择不同的酸和酸度对测定结果有显著的影响,在铜铅锌银混合标准溶液(其中Cu、Pb、Zn浓度均为2 μg·mL-1,Ag浓度为0.5 μg·mL-1)中加入不同酸度的盐酸、硝酸、王水介质,对混合标准溶液进行测定。通过实验发现,用5%～10%盐酸能得到较好的结果。锌在盐酸介质中能稳定地存在,银虽然会与盐酸生成沉淀,但尾矿中银含量低,在盐酸介质中不会生成沉淀。本方法选择10%盐酸介质进行实验。

2.3 共存元素的干扰

2.3.1 共存元素对单一待测元素的干扰

由于尾矿的基体较稳定,本方法主要对铜尾矿的基体干扰进行实验,干扰元素考虑砷、铋、铜、铁、铅、锌、硫。分别配制含单一待测元素的标准溶液,铜标准溶液浓度为2 μg·mL-1,铅标准溶液浓度为2 μg·mL-1,锌标准溶液浓度为2 μg·mL-1,银标准溶液浓度为0.5 μg·mL-1。在4种不同待测元素标准溶液中分别加入干扰元素,测定各个含单一待测元素的标准溶液浓度,结果见表1。

表1 共存元素的干扰Tab. 1 Interference of coexisting elements

实验表明:在低浓度的单一铜、铅、锌、银标准溶液中,共存元素不影响测定结果。

2.3.2 共存元素对混合待测元素的干扰

本方法考虑的共存干扰元素为砷、铋、铜、铁、铅、锌、硫。配制含铜铅锌银的混合标准溶液,其中含铜2 μg·mL-1,铅2 μg·mL-1,锌2 μg·mL-1,银0.5 μg·mL-1。在含有4种待测元素的混合标准溶液中分别加入干扰元素,测定混合标准溶液的浓度。结果得出,一定量的共存元素不影响铜铅锌银混合标准溶液的测定。

2.4 谱线的选择

按照实验方法测定2个不同铜尾矿样品中的铜铅锌银,每种元素选择仪器生产商推荐的2至3条不同波长较灵敏谱线进行实验,综合考虑样品中共存元素的谱线干扰情况、待测元素标准溶液的线性范围以及待测元素不同谱线的信背比,选择谱线干扰少、信背比高、精密度好的谱线作为分析线。通过对比,选择的谱线如表2所示。

表2 谱线的选择Tab. 2 Selection of spectral lines

2.5 方法检出限和线性范围

在选定的仪器条件下,与样品同时做试剂空白,连续测定试剂空白溶液11次,计算出铜铅锌银各元素的标准偏差S,选择置信因子K=3,按检出限(DL)=KS计算出各元素的检出限。再根据铜、铅、锌、银的混合标准溶液系列所需浓度,用移液管移取适量体积的铜铅锌混合标准溶液和银标准溶液于100 mL容量瓶中,加入10 mL盐酸,用超纯水定容,以此标准系列作标准工作曲线,相关线性情况、相对标准偏差限值(RSE)和DL见表3。