镍基物料中铁分析方法建立

李霞 宁骏斌 李涵 刘群 李春芳

摘 要：本研究采用氢氧化镧为载体，在pH=10的氨性缓冲溶液中共沉淀富集分离铁，使用空气-乙炔火焰，于原子吸收分光光度计波长248.3 nm处测定铁。结果表明，原子吸收法测定铁样品的RSD在3.21%～12.85%，加标回收率为90.0%～105.0%。

关键词：火焰原子吸收光谱法，镍基物料，铁分析方法，氢氧化镧

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.07.035

0 引 言

金川公司是我国最大的电解镍生产商，镍基溶液中微量元素铁、铝含量是工艺控制的关键指标，其高低直接影响到电解镍的质量和等级的判定。精炼中控镍基体溶液中微量杂质元素铁、铝量是电解镍产品工艺控制过程中一项重要质量控制指标，含量的高低在不同生产工序中都有明确的限量要求。对于铁元素的分析，40多年来一直执行《硫氰酸盐-乙酸乙酯萃取滴定比色法》分析标准，该标准稳定可靠，从制定至今在电解镍产品生产过程中，为保证产品质量发挥了积极的作用。但该方法最低值为0.00020 g/L，车间要求零号镍铁的指标小于0.00020g/L，分析数据必须以真实数据报出，不能打界限值，因此，现有的分析方法不满足零号镍对铁指标的要求。在镍系统新液中镍浓度约为50～80 g/L、钠离子约为35～45 g/L、硫酸根约为80～200 g/L、氯离子约为60～90 g/L、铜约为0.10～5.0 g/L、钴约为0.1～10 g/L，阴离子和阳离子都会干扰铁的测定，镍与铁的比例为：1600000：1，液体物料干扰倍数约是固体物料的8倍，大量阴离子的存在也会干扰铁的测定。采用硫氰酸盐-乙酸乙酯滴定比色法测定时，大量钴的存在，严重干扰铁的测定，无法看到铁与硫氰酸盐形成的红色络合物，只能看到钴与硫氰酸盐形成的蓝色络合物，目视比色法无法消除钴对铁的干扰。采用原子吸收法测定时，样品含盐量约18%～25%。待测的微量元素含量已接近原子吸收仪器的最低检出限量，不用稀释（或小比例稀释）直接测定仪器雾化系统和燃烧头会出现积盐和堵塞，致使原子吸收仪器无法正常连续工作，稀释虽然解决了原子吸收仪器无法正常连续工作的问题，但使得本来很低的微量元素含量变的更低，导致仪器无法有效检出。需要对铁的分析方法进一步开发，满足生产需求。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

240FS型原子吸收光谱仪（安捷伦公司）；镍铜铁钴锰复合灯；氯化铵（分析纯）；硝酸镧溶液（50 g/L）；硝酸（1+1）；硝酸（1+4）；氨水（ρ0.90 g/mL）；氨水（1+10）；盐酸（ρ1.19 g/mL）；氨性缓冲溶液：称取70 g氯化铵溶于水中，加600 mL氨水用水稀释至1000 mL。

铁标准贮存溶液：称取1.4297 g三氧化二铁（99.90%以上）于500 mL烧杯中，加入20 mL盐酸，盖上表皿，低温加热溶解至小体积，取下冷却，用水冲洗表皿及杯壁，移入l000 mL容量瓶中，以水定容。此溶液l mL含l mg铁（Ⅲ）。

铁标准溶液：移取10.00 mL铁标准贮存溶液于200 mL容量瓶中，加入10 mL盐酸，以水定容。此溶液1 mL含50 ug铁[1]。

1.2 实验方法

1.2.1 工作曲线的绘制

移取0.00、1.00、2.00、4.00、6.00 mL铁标准溶液，置于一组100 mL容量瓶中，分别加入10 mL硝酸，以水稀释至刻度，混匀[2]。此溶液中铁浓度依次为0.00、0.50、1.00、2.00、3.00 mg/L，采用工作曲线法在原子吸收光谱仪上绘制工作曲线。

1.2.2 样品分析

1.2.2.1 空白试验

随同试料作空白试验。

1.2.2.2 共沉淀分离富集

按照样品含量分取一定量的试料，将试料置于500 mL三角烧杯中，加入2 mL硝酸镧溶液，在搅拌下，加入50 mL氨性缓冲溶液，搅拌2～3 min。将三角烧杯中共沉淀物移入玻砂漏斗中，用氨水洗涤定量转移，真空抽滤至干，再用水冲洗玻砂漏斗壁及共沉淀物一次，真空抽滤至干。加入2 mL硝酸于玻砂漏斗中，待沉淀溶解后抽滤于25 mL比色管中，再每次用2 mL硝酸洗涤玻砂漏斗三次，洗涤液合并于25mL比色管中，以水定容、摇匀。样品含量较高时，可进行稀释后测定。

1.2.2.3 试液测定

使用空气—乙炔火焰，于原子吸收分光光度计波长248.3 nm处以水调零，测量铁的吸光度，从工作曲线上查出相应的铁的浓度，扣除空白样品的浓度，计算样品含量。

2 实验结果及讨论

2.1 共沉淀剂的选择

经查阅大量资料，共沉淀有两种方式。一是采用氨水做沉淀剂，氨水与铵盐在pH=8～10的缓冲溶液中，使铁定量沉淀[3]；二是在热的稀酸性溶液中，采用水合二氧化锰形成共沉淀富集，使铁定量沉淀[4]，与溶液中的镍、钴分离。通过加标回收率实验，两种方式均可富集铁，采用水合二氧化锰形成共沉淀富集分离后，待测溶液中含有大量的锰，约3 g/L，锰量小于2 g/L时不干扰铁的测定，大于2 g/ L时对铁的测定有影响是正干扰，而且随着锰量的增大，铁的干扰更大。因此，采用在pH=8～10时铁与氢氧化镧形成共沉淀与镍、钴分离的方法，效果令人满意。

2.2 共沉淀劑硝酸镧用量的选择

分别向镍电积新液和镍电解新液样品中，加入不同量的硝酸镧溶液[5]，测定溶液中铁的吸光度，硝酸镧的用量在1～4 mL时，样品的吸光度处于一个平台，在此选择硝酸镧用量为2 mL。

2.3 氨性缓冲溶液用量选择

分别向镍电积新液和镍电解新液样品中，加入不同量的氨性缓冲溶液，测定溶液中铁吸光度。缓冲溶液的用量在40～70 mL时，样品的吸光度处于一个平台，本文选择缓冲溶液用量为50 mL。

2.4 溶解液及其酸度的选择

对硝酸和盐酸两种溶解液进行比较，实验发现硝酸作为溶解液溶解共沉淀的速度明显优于盐酸，因此选用硝酸作为溶解液。通过实验对溶解液硝酸的浓度进行了选择。随着硝酸浓度的增加，吸光度值越高，沉淀溶解更加彻底，本实验选择硝酸浓度为（1+4）的即可满足分析要求。

2.5 稀释倍数的影响

镍基溶液中的铁含量变化较大，镍电解新液中铁的含量极低，为了保证在试验条件下铁的富集效果，在规定的试验条件下，分取不同体积的镍电解新液和混合阳极液进行分离富集后测定。镍电解新液中铁含量低，取样量小，吸光度低，取样量太大，样品结果偏低，对镍电解新液铁含量在0.000010～0.00060 g/L的样品，取样量在30.00～60.00mL均可，选择镍电解新液取样量为50.00 mL，对高含量的铁，取样量不影响结果测定，均可被富集。

2.6 分离效果

选取镍电解新液、镍电积新液、混合阳极液、萃余液，采用该方法沉淀后，对沉淀前后的溶液进行了各元素含量的比对，数据见表1。

由表1的数据可以看出，分离后溶液中含有少量的干扰元素，除杂效果明显，均不干扰原子吸收法测定铁。

2.7 方法的检出限

按实验方法，在仪器最佳工作条件下，测定试剂空白11次，以测定结果标准偏差的3倍为方法检出限，以标准偏差的10倍作为该方法的测定下限。

由表2可看出，该方法的检出限为0.042 mg/L，测定下限为0.14 mg/L。

3 试样分析

3.1 精密度试验

按照拟定的分析步骤分别对镍电解新液、镍电积新液、混合阳极液样品，测定11次，测定结果见表3。

从表3中的数据可以看出，不同的人测定11次，其RSD在6.41%～12.85%，满足分析要求。

3.2 样品加标回收试验

为了考察本方法的准确度，分别对镍电解新液、镍电积新液、混合阳极液样品，按实验方法进行加标回收试验，测定结果见表4。

从表4中的数据可以看出，样品的回收率为90.0%～105.0%，能够满足实际样品分析对准确度的要求。

3.3 方法对照试验

为了考察本方法的准确度，采用目视比色法与本方法进行对照，测定结果见表5。

从表5中的数据可以看出，两种方法对照结果吻合较好，该方法可以用于镍系统样品中铁的分析。

4 结 语

由以上试验结果可以看出，氢氧化镧沉淀富集分离镍系统样品中的铁是可行的，样品测定的RSD为3.21%～12.85%，稳定性能满足分析要求，样品加标回收率为90.0%～105.0%，准确度可满足分析要求。本方法经分离后，待测溶液中几乎无干扰离子，准确度高、精密度好，可滿足镍系统样品中铁的含量检测要求。

参考文献

[1]编委会编.化学分离富集方法与应用[M].长沙：中南工业大学出版社，1997：23.

[2]刘晓丽，潘丽娟，李希凯，等.分光光度法测定镍基物料中铝分析方法的研究[J].世界有色金属，2022（12）：135-138.

[3]韩凤扬，唐卫华，吴小玲.镍铜合金中铁元素化学分析方法[J].化学工程与装备，2021（11）：217-219.

[4]周建红.铜精矿中铁含量的不同分析方法研究[J].南方金属，2018（4）：12-14.

[5]易承学，徐茜.“化学实验技术”大赛中铁含量测定方法影响因素分析[J].镇江高专学报，2023，36（1）：113-117.

作者简介

李霞，高级工程师，研究方向为冶金矿石、金属物料等分析。

（责任编辑：张瑞洋）