微波消解ICP-OES法測定陽極泥中的砷鎳銅

黃 玲，蔡宗平，方紅生，林欣森，王文祥

(廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院 重金屬污染防治與資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山 528216)

微波消解ICP-OES法測定陽極泥中的砷鎳銅

黃 玲，蔡宗平，方紅生，林欣森，王文祥

(廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院 重金屬污染防治與資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山 528216)

研究了采用電熱板和微波消解儀消解陽極泥，然后采用ICP-OES法測定其中的砷、鎳和銅。結(jié)果表明：選用合適的酸且在適宜的消解條件下，2種消解設(shè)備都能完全消解陽極泥，其中微波消解耗時(shí)短，效率高；微波消解對(duì)同一樣品中各金屬元素測定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.26%～0.48%之間，對(duì)金屬的回收率在94.01%～100.50%之間，方法精密度較高，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。此法可用于相關(guān)危險(xiǎn)固廢物的監(jiān)測和有價(jià)金屬提取工藝中。

陽極泥；微波消解；金屬；測定；ICP-OES

陽極泥是有色金屬冶煉的副產(chǎn)物,主要由陽極粗金屬中不溶于電解液的雜質(zhì)和待精煉的金屬組成[1-2]。陽極泥中含有大量可回收的有價(jià)金屬和重金屬[3]，屬于危險(xiǎn)廢棄物，需要有效回收或處置[4-6]。隨著貴重金屬資源日益減少，重金屬污染的防治和資源化已成為社會(huì)關(guān)注的研究熱點(diǎn)[7]。

在重金屬污染防治和從固體廢物中回收有價(jià)金屬過程中，都需要準(zhǔn)確測定其中的金屬含量。固廢樣品通常成分組成復(fù)雜，測定有一定難度。現(xiàn)有的固廢監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)方法中，對(duì)于金屬元素，大都采用原子吸收法或分光光度法，但這些方法在消解前處理和測定中都只針對(duì)單一元素，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)雖能同時(shí)測定多元素，但至今未見ICP-OES針對(duì)固廢樣品的多元素同時(shí)消解的相關(guān)研究報(bào)道。

試驗(yàn)采用微波消解法消解陽極泥，然后利用ICP-OES法測定陽極泥中的有價(jià)金屬鎳、銅和毒性較大的砷，并評(píng)估了方法的準(zhǔn)確度和精密度，以期為陽極泥和其他類似固廢中有價(jià)金屬的測定提供可供參考的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑

金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 g/L)，購自國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；鹽酸、氫氟酸，均為優(yōu)級(jí)純；水，超純水，電阻率為18.2 MΩ·cm。

1.2 儀器

微波消解儀，麥克斯通 ETHOS One(10 位)；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，安捷倫 ICP-OES 715。

1.3 陽極泥預(yù)處理

混勻后的陽極泥在120 ℃烘箱中干燥至恒重，研磨過150目篩，存放于磨口試劑瓶中，消解前干燥至恒重，冷卻后稱量。

1.4 樣品消解

稱取陽極泥0.100 0 g，加入消解酸，在不同體系中進(jìn)行消解。

1.5 樣品測定

1.5.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

繪制As、Ni、Cu混合標(biāo)準(zhǔn)曲線，As、Ni質(zhì)量濃度都分別為1、2、5、10 mg/L，Cu質(zhì)量濃度分別為5、10、20、50 mg/L，用5%硝酸定容。

1.5.2 儀器工作條件

測定時(shí)，ICP-OES儀器工作條件見表1。

表1 ICP-OES儀器工作條件

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 樣品消解

稱取陽極泥0.100 0 g，電熱板、微波消解結(jié)果見表2。可以看出：體系1微波消解、體系2電熱板消解都可以消解樣品；微波消解比電熱板消解耗時(shí)短5 h；微波消解中，王水、HNO3、HClO4和H3BO3用量相對(duì)較少，試劑總量也比電熱板消解用量少。相對(duì)而言，微波消解耗時(shí)短，試劑用量少，處理效率高。

微波消解是利用微波的穿透性和激活能力進(jìn)行加熱，微波產(chǎn)生的高頻交變磁場可使分子極化產(chǎn)生相互摩擦而獲得能量，使樣品與試劑接觸面積增大，大大縮短樣品處理時(shí)間，熱解效率高，節(jié)省能源[8-9]。微波消解快速、準(zhǔn)確、高效、酸耗少、污染小、對(duì)操作人員傷害小。試驗(yàn)所用陽極泥樣品消解難度較大，而采用微波加熱，消解效果較好。

表2 電熱板、微波消解過程時(shí)間及效果

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線

按1.5.1所述配制As、Ni、Cu 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在ICP-OES儀器工作條件下分別測定As、Ni、Cu 的吸光強(qiáng)度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果如圖1～3所示。

圖1 As元素標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2 Ni元素標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖3 Cu元素標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖1～3看出，As、Ni質(zhì)量濃度在0～10 mg/L范圍內(nèi)、Cu質(zhì)量濃度在0～50 mg/L范圍內(nèi)符合比爾定律。3種金屬元素線性關(guān)系較好,標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程分別為：

Asy=12.16x+7.25,r=0.999 8；

Cuy=217.89x+19.72,r=0.999 95；

Niy=1 040x+299.880,r=0.999 94。

其中，r為相關(guān)系數(shù)。

2.3 方法精密度

稱取0.100 0 g陽極泥，微波消解，平行測定As、Ni、Cu質(zhì)量濃度，測定結(jié)果見表3。

表3 方法精密度測定結(jié)果(n=4)

由表3看出：采用微波消解，同一樣品的測定相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差介于0.26%～0.48%之間，方法精密度較好。微波消解在密閉設(shè)備中進(jìn)行，過程更易控制，可控性好。

2.4 方法回收率

采用加標(biāo)回收法可以判定分析結(jié)果的準(zhǔn)確度[10-11]。各金屬加標(biāo)量為樣品中相應(yīng)金屬量的0.5～1.5倍。消解樣品定容至100 mL，用ICP-OES法測定每種元素3次，加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

從表4看出：微波消解法對(duì)各金屬的回收率在94.01%～100.50%之間，說明測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，符合要求。

2.5 樣品測定結(jié)果比對(duì)

將本方法As測定結(jié)果與企業(yè)As測定結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，每個(gè)樣品進(jìn)行3次以上測定，預(yù)處理樣品質(zhì)量為0.1 g，定容體積為0.1 L。

表5 As元素測定結(jié)果比對(duì)

由表5看出：對(duì)于相同樣品，2種方法的測定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.16%和0.23%，均符合測定要求，表明測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

1)微波消解和電熱板消解都能完全消解陽極泥，但電熱板用硝酸、鹽酸、高氯酸和氫氟酸，而微波消解僅用鹽酸和氫氟酸，而且可一步消解完成，試劑用量少，消解時(shí)間短，樣品前處理效率高。

2)微波消解同一樣品，測定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.26%～0.48%之間，金屬回收率在94.01%～100.50%之間，方法精密度高，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3)選用合適的酸且在適宜的消解條件下，微波消解法能完全消解陽極泥，保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度。

[1] 鄭雅杰,汪蓓,史建遠(yuǎn),等.銅陽極泥預(yù)處理富集金銀的研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,41(3):865-870.

[2] 方奕文.ICP-AES法直接測定陽極泥中的金和銀[J].光譜實(shí)驗(yàn)室,2001,18(4)：479-480.

[3] 賈輝，王興，崔家友，等.從鉛陽極泥中濕法提取鉍、銻試驗(yàn)研究[J].濕法冶金，2014，33(5):368-370.

[4] 國家環(huán)保總局.危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn):GB5085.3—2007[S]北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[5] HUBER M,WELKER A,HELMREICH B.Critical review of heavy metal pollution of traffic area runoff：Occurrence,influencing factors,and partitioning[J].Science of the Total Environment,2016,541：895-919.

[6] LIU R,WANG M,CHEN W P,et al.Spatial pattern of heavy metals accumulation risk in urban soils of Beijing and its influencing factors[J].Environ Pollut,2016,210：174-181.

[7] 朱紅兵,李秀,柳凌云,等.城市生活垃圾無害化處理工藝 [J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2002,25(5):8-10.

[8] 黃智偉,王憲,邱海源,等.土壤重金屬含量的微波法與電熱板消解法測定的應(yīng)用比較 [J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,46(1):103-106.

[9] 陳浩,左薇,田禹,等.微波熱解污泥燃?xì)忉尫庞绊懸蛩丶盁峤鈩?dòng)力學(xué)分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2014,37(11):90-93.

[10] 伍云卿,涂杰峰,范超,等.加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)方案探討 [J].福建分析測試,2010,19(3):68-71.

[11] 馮秀芳.微波消解—ICP-MS法同時(shí)測定小麥籽粒中的鉛、鎘、砷[J].濕法冶金，2016,35(3)：268-270.

Determination of As,Ni,Cu in Anode Mud by Microwave Decomposition ICP-OES

HUANG Ling,CAI Zongping,FANG Hongsheng,LIN Xinsen,WANG Wenxiang

(KeyLaboratoryofHeavyMetalPollutionPreventionandComprehensiveUtilizationofResources,GuangdongPolytechnicofEnvironmentalProtectionEngineering,Foshan528216,China)

The digestion of anode mud by hot plate and microwave digestion instrument for determining As,Ni,Cu by ICP-OES were researched.The results show that the anode mud can be digested by the two methods at the appropriate acidity and conditions,but the microwave digestion take shorter time and has better digestion efficiency.The relative standard deviations of determination results by microwave digestion for the metal elements in a same sample are in the range of 0.26%-0.48%，the recoveries are in the range of 94.01%-100.50%.The method meets the determination requirements,and can be used in the process of monitor relevant hazardous wastes and extracting valuable metals from solid wastes.

anode mud；microwave digestion;metal；determination；ICP-OES

2016-09-13

2015年廣東省級(jí)環(huán)保專項(xiàng)資金專題研究項(xiàng)目(粵財(cái)工[2015]318號(hào));2015年廣東省級(jí)財(cái)政技術(shù)研究與開發(fā)補(bǔ)助費(fèi)用項(xiàng)目(粵財(cái)工[2015]639號(hào));2016年廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(粵財(cái)教[2016]65號(hào))；2015年佛山市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015AB004322)；廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院科研項(xiàng)目2013年度院長基金課題(KY201301001，KY201302001)。

黃玲(1973-),女,湖北武漢人，碩士，高級(jí)講師,主要研究方向?yàn)榉治龌瘜W(xué)和環(huán)境檢測。E-mail：534106694@qq.com。

王文祥(1972-)，男，安徽安慶人，博士研究生，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楣腆w廢棄物資源綜合利用、重金屬污染防治與環(huán)境修復(fù)。E-mail:wwxiang110@163.com。

O657.31

A

1009-2617(2017)03-0247-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.03.019