電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定釤鈷合金廢料中的釤

劉東輝，賴永炳，成 譽，葉龍云，鐘 軒，熊以俊*

（1.贛州逸豪優(yōu)美科實業(yè)有限公司，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué)材料冶金化學(xué)學(xué)部，江西 贛州 341000）

SmCo稀土磁體具有高矯頑力、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和良好的耐腐蝕性。主要包括稀土（1-5型）SmCo5和稀土（2-17型）Sm2Co17兩大類［1-2］。由于釤鈷永磁體具有磁能積高、矯頑力大、居里溫度高、溫度穩(wěn)定性好、抗腐蝕性好等特點，自20世紀90年代中期以來，使之成為航空航天、微波通訊、儀器儀表、磁力機械等領(lǐng)域不可缺少的重要金屬功能材料［3］。據(jù)報道，全球SmCo磁鐵的生產(chǎn)將在未來幾年持續(xù)增長［4］。在稀土磁體的制造過程中，由于切割、研磨和拋光，產(chǎn)生了相當數(shù)量（約占原材料的15%～30%）的廢料和殘渣［5］。毫無疑問，回收二次資源，包括這些廢料和使用的SmCo磁鐵，有利于回收有價金屬資源。

稀土金屬釤是我國的戰(zhàn)略性資源，具有特殊的物理性質(zhì)與優(yōu)異的化學(xué)性質(zhì)。釤及釤合金除了主要集中在磁性材料、電子元器件和陶瓷電容器外，釤及釤合金的許多其它用途也不斷得到開發(fā)，隨著科技的發(fā)展，其在有機合成工業(yè)、電子、核工業(yè)與醫(yī)療行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。研究釤鈷合金中釤的測定方法，更好的為釤鈷合金的生產(chǎn)監(jiān)測提供檢驗方法。在釤的測定方法中，最常用的方法主要有化學(xué)滴定法［6-7］和 X-熒光光譜法［8］。在化學(xué)法中，一般需要預(yù)先將釤和鈷元素分離，王東杰等人［9］指出，由于稀土釤、鈷與EDTA的絡(luò)合能力的差異，會對元素的測定造成嚴重干擾。而X-熒光光譜法中需采用昂貴的檢測設(shè)備，高的投資成本并未獲得廣泛應(yīng)用。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-OES）法具有快速、高效檢測的特點，在檢測金屬元素方面應(yīng)用廣泛［10］。本方法通過ICPOES法測定釤鈷合金中釤元素的含量，采用硝酸溶解樣品，通過對影響因素進行研究，建立快速準確檢測釤鈷合金中釤元素的方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 5110型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（安捷倫科技有限公司）；KL-UP-IV-20型超純水機（臺灣艾柯，成都康寧實驗專用純水設(shè)備廠）。

釤標準溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）：1 mg/mL。

1-5型釤鈷合金廢料，杭州某公司；硫酸（分析純），西隴科學(xué)股份有限公司；鹽酸（分析純），西隴科學(xué)股份有限公司；硝酸（分析純），西隴科學(xué)股份有限公司；超純水（電阻率為18.2 MΩ·cm）。

1.2 實驗步驟

1.2.1 混合標準溶液的配制

將釤元素標準溶液配制為表1所示質(zhì)量濃度的系列混合標準溶液，其中各溶液均為硝酸（1+49）介質(zhì)。

表1 系列混合標準溶液濃度Tab.1 Concentration of series mixed standardized solution

1.2.2 樣品檢測

1）樣品處理。取釤鈷合金廢料進行研磨，過200目篩；精確稱量1.0000 g試樣粉末于燒杯中，加入10 mL硝酸，在電爐上低溫加熱至樣品溶解完全，冷卻，加入超純水20～30 mL，加熱至沸騰，冷卻至室溫，將試樣溶液移入100 mL容量瓶中，加水定容并搖勻，隨后移取2.00 mL試液于100 mL容量瓶中，用硝酸（1+49）定容并搖勻。

2）測定。等離子體原子發(fā)射光譜儀運行參數(shù)，等離子體氣流量12 L/min，霧化氣流量0.7 L/min，輔助氣流量1.0 L/min，補償氣流量1.0 L/min，RF功率1.2 kW，進樣量流速8 mL/min，積分時間15 s，測量次數(shù)為3次。首先在等離子體原子發(fā)射光譜儀上測試系列混合標準溶液，隨后建立標準曲線，最后在測定樣品試液獲得釤元素的含量。同時進行空白實驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸介質(zhì)的選擇

本試驗采用不同的無機酸對釤鈷合金廢料作為溶解對比實驗，檢測溶解樣品的酸主要采用H2SO4、HCl、HNO3。測試結(jié)果見表2。

表2 不同酸溶解試樣測試結(jié)果Tab.2 Results of samples dissolved by different acids

從表2看出，采用不同的酸溶解釤鈷合金樣品時，硫酸溶液中有微量的沉淀物，這是由于釤的硫酸鹽溶解度小，溶解后產(chǎn)生了硫酸釤沉淀。同時，由于硫酸根離子基團大，基體效應(yīng)明顯，因此，硫酸不宜用于鈷釤合金作溶解介質(zhì)。而采用鹽酸和硝酸溶解試樣的溶液中未發(fā)現(xiàn)殘渣，測試結(jié)果基本一致。為了與標準液介質(zhì)匹配，本試驗選擇硝酸作為溶解樣品的酸介質(zhì)。

2.2 標準工作曲線的建立

按照上述所設(shè)定的參數(shù)，釤波長選443.43 nm，根據(jù)表1列出標準溶液系列，測定釤系列混合標準溶液的工作曲線，測試結(jié)果見圖1。從圖1看出，釤元素的相關(guān)系數(shù)R2為0.9992，這表明釤元素在標準系列濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

圖1 釤標準曲線Fig.1 Standard curve of Sm

2.3 精密度實驗

為了評估本方法的精密度，采用硝酸對三組不同含量的釤鈷試樣進行溶解，對已知含量的釤鈷合金廢料進行連續(xù)測定11次，計算其平均值，偏差與標準偏差，測試結(jié)果見表3。

表3 精密度試驗結(jié)果Tab.3 Precision experiment results

通過標準偏差可以判斷實驗結(jié)果的精密度，以上數(shù)據(jù)顯示，釤元素的相對標準偏差（RSD）在0.31～0.69，說明本方法的精密度高，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。

2.4 加標回收實驗

為了考察數(shù)據(jù)的可靠性，按試驗方法對釤元素進行加標回收實驗，測定三組不同含量的樣品，測定結(jié)果見表4。結(jié)果表明，加標回收率為98.80%～100.88%，結(jié)果準確、可靠。

表4 加標回收率結(jié)果Tab.4 Results of recovery rate

2.5 方法對比結(jié)果

選擇三組不同含量的釤鈷合金樣品，采用X-熒光光譜儀進行測定，然后與本方法結(jié)果進行對比，測試結(jié)果如表5所示。

表5 不同測試方法對比結(jié)果Tab.5 Comparison results with different test methods

從表5看出，采用X-熒光光譜法、重量法和ICP-OES法測試三組不同成分的釤鈷試樣，測試結(jié)果相近。由此表明本方法結(jié)果準確，檢測方便快捷。

3 結(jié)論

本文探究了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-OES）分析方法測定釤鈷合金中釤元素的含量。該方法具有靈敏度高、準確性較好等優(yōu)點。與X-熒光光譜法測定結(jié)果較為一致，具有良好的精密度和準確度，能夠滿足行業(yè)釤鈷合金中釤元素含量的測定要求。