鎳基物料中鐵分析方法建立

李霞 寧駿斌 李涵 劉群 李春芳

摘 要：本研究采用氫氧化鑭為載體，在pH=10的氨性緩沖溶液中共沉淀富集分離鐵，使用空氣-乙炔火焰，于原子吸收分光光度計波長248.3 nm處測定鐵。結果表明，原子吸收法測定鐵樣品的RSD在3.21%～12.85%，加標回收率為90.0%～105.0%。

關鍵詞：火焰原子吸收光譜法，鎳基物料，鐵分析方法，氫氧化鑭

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

0 引 言

金川公司是我國最大的電解鎳生產商，鎳基溶液中微量元素鐵、鋁含量是工藝控制的關鍵指標，其高低直接影響到電解鎳的質量和等級的判定。精煉中控鎳基體溶液中微量雜質元素鐵、鋁量是電解鎳產品工藝控制過程中一項重要質量控制指標，含量的高低在不同生產工序中都有明確的限量要求。對于鐵元素的分析，40多年來一直執行《硫氰酸鹽-乙酸乙酯萃取滴定比色法》分析標準，該標準穩定可靠，從制定至今在電解鎳產品生產過程中，為保證產品質量發揮了積極的作用。但該方法最低值為0.00020 g/L，車間要求零號鎳鐵的指標小于0.00020g/L，分析數據必須以真實數據報出，不能打界限值，因此，現有的分析方法不滿足零號鎳對鐵指標的要求。在鎳系統新液中鎳濃度約為50～80 g/L、鈉離子約為35～45 g/L、硫酸根約為80～200 g/L、氯離子約為60～90 g/L、銅約為0.10～5.0 g/L、鈷約為0.1～10 g/L，陰離子和陽離子都會干擾鐵的測定，鎳與鐵的比例為：1600000：1，液體物料干擾倍數約是固體物料的8倍，大量陰離子的存在也會干擾鐵的測定。采用硫氰酸鹽-乙酸乙酯滴定比色法測定時，大量鈷的存在，嚴重干擾鐵的測定，無法看到鐵與硫氰酸鹽形成的紅色絡合物，只能看到鈷與硫氰酸鹽形成的藍色絡合物，目視比色法無法消除鈷對鐵的干擾。采用原子吸收法測定時，樣品含鹽量約18%～25%。待測的微量元素含量已接近原子吸收儀器的最低檢出限量，不用稀釋（或小比例稀釋）直接測定儀器霧化系統和燃燒頭會出現積鹽和堵塞，致使原子吸收儀器無法正常連續工作，稀釋雖然解決了原子吸收儀器無法正常連續工作的問題，但使得本來很低的微量元素含量變的更低，導致儀器無法有效檢出。需要對鐵的分析方法進一步開發，滿足生產需求。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

240FS型原子吸收光譜儀（安捷倫公司）；鎳銅鐵鈷錳復合燈；氯化銨（分析純）；硝酸鑭溶液（50 g/L）；硝酸（1+1）；硝酸（1+4）；氨水（ρ0.90 g/mL）；氨水（1+10）；鹽酸（ρ1.19 g/mL）；氨性緩沖溶液：稱取70 g氯化銨溶于水中，加600 mL氨水用水稀釋至1000 mL。

鐵標準貯存溶液：稱取1.4297 g三氧化二鐵（99.90%以上）于500 mL燒杯中，加入20 mL鹽酸，蓋上表皿，低溫加熱溶解至小體積，取下冷卻，用水沖洗表皿及杯壁，移入l000 mL容量瓶中，以水定容。此溶液l mL含l mg鐵（Ⅲ）。

鐵標準溶液：移取10.00 mL鐵標準貯存溶液于200 mL容量瓶中，加入10 mL鹽酸，以水定容。此溶液1 mL含50 ug鐵[1]。

1.2 實驗方法

1.2.1 工作曲線的繪制

移取0.00、1.00、2.00、4.00、6.00 mL鐵標準溶液，置于一組100 mL容量瓶中，分別加入10 mL硝酸，以水稀釋至刻度，混勻[2]。此溶液中鐵濃度依次為0.00、0.50、1.00、2.00、3.00 mg/L，采用工作曲線法在原子吸收光譜儀上繪制工作曲線。

1.2.2 樣品分析

1.2.2.1 空白試驗

隨同試料作空白試驗。

1.2.2.2 共沉淀分離富集

按照樣品含量分取一定量的試料，將試料置于500 mL三角燒杯中，加入2 mL硝酸鑭溶液，在攪拌下，加入50 mL氨性緩沖溶液，攪拌2～3 min。將三角燒杯中共沉淀物移入玻砂漏斗中，用氨水洗滌定量轉移，真空抽濾至干，再用水沖洗玻砂漏斗壁及共沉淀物一次，真空抽濾至干。加入2 mL硝酸于玻砂漏斗中，待沉淀溶解后抽濾于25 mL比色管中，再每次用2 mL硝酸洗滌玻砂漏斗三次，洗滌液合并于25mL比色管中，以水定容、搖勻。樣品含量較高時，可進行稀釋后測定。

1.2.2.3 試液測定

使用空氣—乙炔火焰，于原子吸收分光光度計波長248.3 nm處以水調零，測量鐵的吸光度，從工作曲線上查出相應的鐵的濃度，扣除空白樣品的濃度，計算樣品含量。

2 實驗結果及討論

2.1 共沉淀劑的選擇

經查閱大量資料，共沉淀有兩種方式。一是采用氨水做沉淀劑，氨水與銨鹽在pH=8～10的緩沖溶液中，使鐵定量沉淀[3]；二是在熱的稀酸性溶液中，采用水合二氧化錳形成共沉淀富集，使鐵定量沉淀[4]，與溶液中的鎳、鈷分離。通過加標回收率實驗，兩種方式均可富集鐵，采用水合二氧化錳形成共沉淀富集分離后，待測溶液中含有大量的錳，約3 g/L，錳量小于2 g/L時不干擾鐵的測定，大于2 g/ L時對鐵的測定有影響是正干擾，而且隨著錳量的增大，鐵的干擾更大。因此，采用在pH=8～10時鐵與氫氧化鑭形成共沉淀與鎳、鈷分離的方法，效果令人滿意。

2.2 共沉淀劑硝酸鑭用量的選擇

分別向鎳電積新液和鎳電解新液樣品中，加入不同量的硝酸鑭溶液[5]，測定溶液中鐵的吸光度，硝酸鑭的用量在1～4 mL時，樣品的吸光度處于一個平臺，在此選擇硝酸鑭用量為2 mL。

2.3 氨性緩沖溶液用量選擇

分別向鎳電積新液和鎳電解新液樣品中，加入不同量的氨性緩沖溶液，測定溶液中鐵吸光度。緩沖溶液的用量在40～70 mL時，樣品的吸光度處于一個平臺，本文選擇緩沖溶液用量為50 mL。

2.4 溶解液及其酸度的選擇

對硝酸和鹽酸兩種溶解液進行比較，實驗發現硝酸作為溶解液溶解共沉淀的速度明顯優于鹽酸，因此選用硝酸作為溶解液。通過實驗對溶解液硝酸的濃度進行了選擇。隨著硝酸濃度的增加，吸光度值越高，沉淀溶解更加徹底，本實驗選擇硝酸濃度為（1+4）的即可滿足分析要求。

2.5 稀釋倍數的影響

鎳基溶液中的鐵含量變化較大，鎳電解新液中鐵的含量極低，為了保證在試驗條件下鐵的富集效果，在規定的試驗條件下，分取不同體積的鎳電解新液和混合陽極液進行分離富集后測定。鎳電解新液中鐵含量低，取樣量小，吸光度低，取樣量太大，樣品結果偏低，對鎳電解新液鐵含量在0.000010～0.00060 g/L的樣品，取樣量在30.00～60.00mL均可，選擇鎳電解新液取樣量為50.00 mL，對高含量的鐵，取樣量不影響結果測定，均可被富集。

2.6 分離效果

選取鎳電解新液、鎳電積新液、混合陽極液、萃余液，采用該方法沉淀后，對沉淀前后的溶液進行了各元素含量的比對，數據見表1。

由表1的數據可以看出，分離后溶液中含有少量的干擾元素，除雜效果明顯，均不干擾原子吸收法測定鐵。

2.7 方法的檢出限

按實驗方法，在儀器最佳工作條件下，測定試劑空白11次，以測定結果標準偏差的3倍為方法檢出限，以標準偏差的10倍作為該方法的測定下限。

由表2可看出，該方法的檢出限為0.042 mg/L，測定下限為0.14 mg/L。

3 試樣分析

3.1 精密度試驗

按照擬定的分析步驟分別對鎳電解新液、鎳電積新液、混合陽極液樣品，測定11次，測定結果見表3。

從表3中的數據可以看出，不同的人測定11次，其RSD在6.41%～12.85%，滿足分析要求。

3.2 樣品加標回收試驗

為了考察本方法的準確度，分別對鎳電解新液、鎳電積新液、混合陽極液樣品，按實驗方法進行加標回收試驗，測定結果見表4。

從表4中的數據可以看出，樣品的回收率為90.0%～105.0%，能夠滿足實際樣品分析對準確度的要求。

3.3 方法對照試驗

為了考察本方法的準確度，采用目視比色法與本方法進行對照，測定結果見表5。

從表5中的數據可以看出，兩種方法對照結果吻合較好，該方法可以用于鎳系統樣品中鐵的分析。

4 結 語

由以上試驗結果可以看出，氫氧化鑭沉淀富集分離鎳系統樣品中的鐵是可行的，樣品測定的RSD為3.21%～12.85%，穩定性能滿足分析要求，樣品加標回收率為90.0%～105.0%，準確度可滿足分析要求。本方法經分離后，待測溶液中幾乎無干擾離子，準確度高、精密度好，可滿足鎳系統樣品中鐵的含量檢測要求。

參考文獻

[1]編委會編.化學分離富集方法與應用[M].長沙：中南工業大學出版社，1997：23.

[2]劉曉麗，潘麗娟，李希凱，等.分光光度法測定鎳基物料中鋁分析方法的研究[J].世界有色金屬，2022（12）：135-138.

[3]韓鳳揚，唐衛華，吳小玲.鎳銅合金中鐵元素化學分析方法[J].化學工程與裝備，2021（11）：217-219.

[4]周建紅.銅精礦中鐵含量的不同分析方法研究[J].南方金屬，2018（4）：12-14.

[5]易承學，徐茜.“化學實驗技術”大賽中鐵含量測定方法影響因素分析[J].鎮江高專學報，2023，36（1）：113-117.

作者簡介

李霞，高級工程師，研究方向為冶金礦石、金屬物料等分析。

（責任編輯：張瑞洋）