貴金屬精煉廠廢水中金屬離子的離子色譜檢測(cè)研究

薛成玉，王慶文

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟(jì)南 250104）

貴金屬精煉廠中的廢水是通過(guò)化學(xué)清洗產(chǎn)生的，從物體的表面清洗的污染物通常情況下會(huì)以水溶液作為載體。根據(jù)不同的種類、含量以及存在形式等被清洗的對(duì)象不同，廢水中的金屬離子也不同。目前，對(duì)于廢水中金屬離子的檢測(cè)方法較少，且在某些地區(qū)，貴金屬精煉廠仍然沿用傳統(tǒng)的對(duì)普通水進(jìn)行檢測(cè)的原子吸收光譜法對(duì)工業(yè)廢水中的離子色譜檢測(cè)[1]。該方法的預(yù)處理環(huán)節(jié)復(fù)雜，且工作量巨大，不適用于對(duì)多種不同類型的離子進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，這種檢測(cè)方法并不能有效的排除雜原子的干擾，并且無(wú)法到達(dá)痕量要求的PPb級(jí)別。基于此，本文提出一種貴金屬精煉廠廢水中金屬離子的離子色譜檢測(cè)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該方法能夠準(zhǔn)確、有效的對(duì)廢水中的金屬離子的離子色譜進(jìn)行檢測(cè)。

1 貴金屬精煉廠廢水中金屬離子的離子色譜檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 離子色譜檢測(cè)儀器選擇

本文設(shè)計(jì)的離子色譜檢測(cè)方法主要的儀器設(shè)備以及連接的順序如圖1所示。

圖1 中各設(shè)備分別為1：廢液槽；2：泵；3：第一效蒸發(fā)器；4/10/16：廢液蒸汽流出口；5/11/17：廢液流入口；6/12/18：加熱蒸汽入口；7/13/21：加熱蒸汽流出口；8/14：廢液流出口；9：第二效蒸發(fā)器；15：第三效蒸發(fā)結(jié)晶器；19：蒸發(fā)殘液流出口；20：結(jié)晶鹽流出口；22：焚燒爐；23：廢熱回收爐。以及其它超聲震蕩設(shè)備、快速測(cè)定系統(tǒng)、離子色譜儀、分離柱等。

1.2 廢水樣本預(yù)處理

分別取實(shí)驗(yàn)材料中被稀釋濃度后的樣本，隨機(jī)選取一支預(yù)處理小柱，并用2mL的進(jìn)樣器在其中注入5次純水，活化時(shí)間維持在5min以內(nèi)，再利用較大容量的平頭進(jìn)入到預(yù)處理小柱中，并將其烘干，最后將2mL進(jìn)樣器提取不同稀釋濃度的廢水分別添加到預(yù)處理小柱當(dāng)中，完成對(duì)廢水樣本的提取。選取不同標(biāo)準(zhǔn)的離子色譜檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到樣品當(dāng)中，再利用樣品準(zhǔn)備同樣的方式，對(duì)其預(yù)處理小柱進(jìn)樣，并記錄檢測(cè)過(guò)程中各金屬離子的譜圖，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算出各金屬離子的回收率[2]。

1.3 離子色譜條件選擇

通常情況下，貴金屬精煉廠廢水中金屬離子大部分陽(yáng)離子的分離非常完全，而一少部分的陽(yáng)離子由于停留的時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致陽(yáng)離子相互之間產(chǎn)生了影響，影響檢測(cè)結(jié)果。因此，在對(duì)金屬陽(yáng)離子進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，為了消除部分陽(yáng)離子的干擾選擇酸性較弱的溶液作為淋洗液，使得廢水中的金屬離子充分分離。同時(shí)需要注意的是，由于淋洗液的酸性濃度過(guò)低，會(huì)造成金屬陽(yáng)離子的分析時(shí)間延長(zhǎng)，從而影響檢測(cè)的效率[3]。因此選用當(dāng)淋洗液的濃度為25mmol/L時(shí)，廢水中的金屬離子被全部分離，且分析的時(shí)間較為適宜。

1.4 離子交換平衡

假設(shè)被檢測(cè)的金屬離子為X，Y為淋洗液中對(duì)應(yīng)的金屬，由Y對(duì)X的選擇性系數(shù)可以得出選擇性系數(shù)=淋洗液/離子交換劑交換容量，再進(jìn)一步推導(dǎo)出交換劑離子的交換容量與淋洗液濃度之間的關(guān)系。只有當(dāng)減少小柱的內(nèi)部體積以及交換的容量時(shí)，利用最低濃度的淋洗液才能快速的對(duì)金屬離子進(jìn)行分離。

由于淋洗液的濃度降低，則相應(yīng)的導(dǎo)電性能降低，從而進(jìn)一步提高檢測(cè)儀器對(duì)金屬離子的靈敏度。在小柱中添加分離柱填料可以通過(guò)高壓離子色譜為表面的金屬離子提供交換劑，從而降低交換容量，使廢水中金屬離子表面的交換層變薄。因此，使用低壓的小柱分離為低壓高效的離子色譜檢測(cè)提供高靈敏度的條件，進(jìn)而完成離子的交換反映，達(dá)到離子交換平衡。

1.5 金屬離子色譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

首先選取5個(gè)干凈的50ml容量的容量瓶，將提取的貴金屬精煉廠的廢水利用移液槍分別加入到5種不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液樣本，并配制出更高濃度的該金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別提取本文經(jīng)過(guò)廢水樣本與處理的樣本溶液，并將其混合裝入到離子色譜檢測(cè)儀器當(dāng)中，并進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)樣，按照相關(guān)規(guī)定為離子色譜提供事宜的檢測(cè)環(huán)境。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果中的各金屬離子的峰面積及相應(yīng)的濃度檢測(cè)結(jié)果，利用對(duì)應(yīng)的最小二乘法計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)結(jié)果擬合成曲線圖形，得出的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于或等于99.98%。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的相應(yīng)參數(shù)，按照一定的出峰時(shí)間對(duì)金屬離子進(jìn)行定性，再利用外標(biāo)法對(duì)其進(jìn)行定量，從而獲取到最準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

同時(shí)，在對(duì)金屬離子進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確的計(jì)算出檢測(cè)儀器的下限，檢測(cè)儀器的下限是指在某一特定的分析方法中，在給定一個(gè)固定不變的置信區(qū)間時(shí)，可以進(jìn)行樣品檢測(cè)的最小待檢測(cè)物質(zhì)的量。本文設(shè)計(jì)的離子色譜檢測(cè)方法的下限可以利用信號(hào)與噪聲的比值為2：1時(shí)的金屬離子濃度表示，但在實(shí)際的貴金屬精煉廠的廢水金屬離子檢測(cè)中，計(jì)算待測(cè)物質(zhì)濃度的過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，因此，為了使本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法的操作更加快捷，選取了一個(gè)相對(duì)較低的濃度對(duì)金屬離子進(jìn)行檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析

實(shí)驗(yàn)樣本選取某貴金屬精煉廠的廢水，并將廢水的濃度稀釋到10倍、50倍、100倍、200倍、1000倍備用。分別利用傳統(tǒng)檢測(cè)方法和本文提出的檢測(cè)方法的對(duì)不同濃度的廢水進(jìn)行檢測(cè)，并將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出兩種方法的檢測(cè)靈敏度，表1為兩種方法的檢測(cè)靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)比。

表1 傳統(tǒng)方法與本文方法檢測(cè)精度對(duì)比

由實(shí)驗(yàn)過(guò)程及與傳統(tǒng)方法的檢測(cè)結(jié)果靈敏度標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)比可以看出，本文提出的檢測(cè)方法能夠更加靈敏的對(duì)廢水中的金屬離子進(jìn)行檢測(cè)，并且隨著廢液濃度的稀釋程度發(fā)生改變，不會(huì)影響本文檢測(cè)方法的靈敏度，而傳統(tǒng)檢測(cè)方法的靈敏度標(biāo)準(zhǔn)偏差會(huì)隨著廢液濃度的降低逐漸增加。同時(shí)，采用離子色譜的方法進(jìn)行對(duì)金屬離子的檢測(cè)，不需要進(jìn)行復(fù)雜的樣本處理過(guò)程，只需要通過(guò)一次的進(jìn)樣即可完成對(duì)多種不同類型金屬離子的準(zhǔn)確測(cè)定，因此操作更加簡(jiǎn)單。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)重工業(yè)發(fā)展的加快，對(duì)環(huán)境的污染情況愈發(fā)嚴(yán)峻，因此各相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)，結(jié)合本文提出的檢測(cè)方法，能夠有效的提取出工業(yè)廢水中的可回收利用金屬離子，從而在減小環(huán)境污染的同時(shí)，進(jìn)一步提高能源的使用效率。同時(shí)需要注意的是，本文提出的檢測(cè)方法在進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中選用的是預(yù)處理小柱而對(duì)于非金屬離子的廢水而言，可不進(jìn)行預(yù)處理，直接進(jìn)樣進(jìn)行檢測(cè)。