離子選擇電極法測定銅電解液中的氟離子

戴秋香，陳 宇

（吉林紫金銅業有限公司中心化驗室，吉林 琿春 133300）

在銅冶煉電解系統中，當氟含量達到一定數值時，氟離子會腐蝕電解槽的陰極板。但是，由于銅電解液體系復雜，雜質元素多且含量高，氟離子的檢測一直存在較大困難。目前，氟離子的測定主要有離子色譜法、分光光度法、氟離子選擇電極法和硝酸釷容量法[1-6]。離子色譜法要求樣品透明、不含雜質；分光光度法檢測范圍較小，并且氟試劑與硝酸鑭溶液不穩定，不宜操作；容量法消耗試劑多、時間長，并且硝酸釷有放射污染而很少使用。氟離子選擇電極法具有電極結構簡單、靈敏度高、選擇性好、響應速度快、操作簡便等優點[7-10]。針對銅冶煉電解系統中復雜的電解液體系，本試驗借鑒《銅精礦化學分析方法 第五部分：氟量的測定 離子選擇電極法》（GB/T3884.5-2012）的方法，加入檸檬酸鈉和三乙醇胺掩蔽干擾元素，用氫氧化鈉調節試液產生沉淀，后用硝酸將試液調至沉淀消失，溶液清亮。此法便于觀察，處理后的待測試液pH在5～6，滿足氟離子測定的酸度條件，精密度好，加標回收試驗回收率在91.5%～93.1%。

1 試驗部分

1.1 主要儀器

PF-1-01氟離子選擇電極（上海雷磁），232-01參比電極（上海雷磁），PXSJ-216型離子計（儀電科學儀器），JB-10電磁力攪拌器（儀電科學儀器），PHS-3C pH計（儀電科學儀器）。

1.2 試驗試劑

鹽酸（ρ=1.19 g/mL）；硝酸（1+4）；氫氧化鈉溶液（200 g/L）；檸檬酸鈉溶液（294 g/L）；三乙醇胺溶液：100 mL三乙醇胺加64 mL鹽酸調至pH＝6.5～7.0，用水稀釋至500 mL，混勻；苯酚紅溶液（2 g/L）：稱取0.1 g苯酚紅，加入6 mL氫氧化鈉溶液（0.05 mol/L），用水稀釋至50 mL，混勻；氟標準溶液（10 ug/mL）：吸取氟標準儲備液（1000 ug/mL）用去離子水稀釋配制；試驗用水為去離子水。

1.3 試驗方法

1.3.1 儀器準備和操作

開啟離子計電源開關，預熱15 min，調整攪拌器轉速至溶液不產生渦流，用去離子水將電極電位值洗至最大。測定前，試液溫度達到室溫，并與標準溶液溫度一致。

1.3.2 工作曲線的繪制

移取0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、10.00 mL氟標準溶液于一組50 mL容量瓶中，加15 mL檸檬酸鈉溶液、1滴苯酚紅指示劑，用硝酸（1+4）調至溶液剛變黃。加入5 mL三乙醇胺溶液，用水稀釋至刻度，搖勻。

將溶液全部倒入干燥的100 mL燒杯中，放入攪拌子，插入氟離子電極和飽和甘汞電極，在電磁攪拌情況下，按“校準”鍵，選擇直讀濃度模式，選擇多點校準。依次將標準溶液按濃度由低到高放入電極中，當電位平衡時按下確認鍵。校準完畢后，儀器顯示K值應在-58±2。

1.3.3 分析步驟

吸取2.00 mL銅電解液試樣于50 mL容量瓶中，加入15 mL檸檬酸鈉溶液、1滴苯酚紅指示劑，用氫氧化鈉（200 g/L）調至沉淀產生，再用硝酸（1+4）調至沉淀剛好消失，試液清亮，加入5 mL三乙醇胺溶液，用水稀釋至刻度，搖勻。

將溶液全部倒入干燥的100 mL燒杯中，放入攪拌子，插入氟離子電極和飽和甘汞電極，在電磁攪拌情況下，當離子計電位平衡時按下“確認”鍵，讀取試樣濃度。

2 結果與討論

2.1 試樣取樣量

試驗同時吸取1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL和5.00 mL銅電解液，按照試驗方法進行測定。結果表明，在調節酸度過程中，試液取樣量越多，顏色越深，對酸度調節的干擾越大，調節后試液pH值波動大，無法每次都在最佳范圍（pH=5～6），具體結果如表1所示。而吸取2.00 mL的試樣，在調節酸度過程中，溶液由沉淀調至清亮時變化明顯，易于觀察，并且pH值波動小，較穩定。試驗采用2.00 mL取樣量。

表1 試液pH測定結果

2.2 調節酸度的方法對不同試樣pH的影響

試驗分別選取2個銅電解液5份進行平行測量，按照試驗方法進行處理，用pH計測量待測液的pH，結果如表2所示。

表2 試液pH測定結果

由表2可見，不同的電解液采用試驗方法對試樣進行酸度調節后，試樣的pH都在5～6，符合氟離子測定條件。

2.3 精密度試驗

采用試驗方法對兩個銅電解液樣品進行平行測定，結果如表3所示。

表3 精密度試驗結果

由表3可見，方法的相對標準偏差在0.32%～0.48%，精密度好。

2.4 加標回收試驗

按照試驗方法測定銅電解液，并進行加標回收試驗，結果如表4所示。

由表4可見，方法的加標回收率在91.5%～93.1%。

表4 回收試驗結果

2.5 干擾元素

電極法測定的是游離的氟離子，而一些高價的陽離子如Al3+、Fe3+易與氟離子形成穩定的絡合物而干擾測定。通過對大量試驗數據進行總結，筆者發現，銅電解液中雜質元素的范圍如下：硫酸為180～200 g/L；銅為46～50 g/L；鎳為11～15 g/L；砷為6～9 g/L；鐵（Ⅲ）為0.9～1.3 g/L；鋅為0.8～1.2 g/L；鉍為0.17～0.30 g/L；銻為0.12～0.28 g/L；鉛小于0.04 g/L；硒、碲、錫均小于0.001 g/L。因此，對銅電解液中氟離子的測定有干擾的元素有Fe3+、Bi3+、Sb5+（因鉛、硒、碲、錫含量非常低，其干擾可不考慮）[12]。

按照試驗方法移取2.00 mL銅電解液計算，待測試液中鐵為1.8～2.6 mg，鉍銻不高于0.6 mg。為驗證這些雜質元素氟離子測定的影響，準確移取5.00 mL 10.00 mg/L氟標準溶液，加入上述雜質元素進行試驗。

結果表明，控制相對誤差不大于±5%時，下列量（mg）的離子不干擾測定：Fe3+（5）；Bi3+（2）；Sb5+（1.2）。綜上可知，雜質元素的最大允許量遠大于實際試液中雜質元素的量，故試樣中這些元素對氟離子的測定無影響。

3 結論

在銅電解液測定氟離子的過程中，采用觀察溶液沉淀的產生與消失的方式調節溶液的pH，此方法便于操作，試驗結果精密度高，加標回收效果好，可用于日常分析。

參考文獻

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