基于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定電池廢料中的鈷含量

王樹輝

(吉林市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，吉林 吉林 132012)

近年來(lái)，工業(yè)固廢尤其是以電池污染的重金屬問(wèn)題日益突出，廢舊電池中大量包含諸如的鈷等重金屬元素，具有難降解、污染大、危害重等特性，準(zhǔn)確測(cè)定其重金屬含量對(duì)于廢棄電池的回收和治理來(lái)說(shuō)具有重要意義[1]。電池廢料中的鈷含量可能為0%～60%，一般含量在1%以上可滿足回收再利用的要求，可以進(jìn)入回收體系。

對(duì)于電池廢料行業(yè)中鈷含量的測(cè)定，通常使用電位滴定法和火焰原子吸收光譜法測(cè)定，其他方法主要有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法等[2]。通常電位滴定法測(cè)定范圍為5.0%～60.0%，同步測(cè)定濾液中的錳元素和濾渣中的鈷元素，通過(guò)計(jì)算得到最終鈷含量，測(cè)試過(guò)程和計(jì)算較為復(fù)雜；火焰原子吸收光譜法測(cè)定線性范圍較窄，對(duì)于較高含量的樣品需要稀釋，干擾測(cè)定；電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)于痕量元素具有較大優(yōu)勢(shì)，而廢電池中Co含量在ppm級(jí)，需要稀釋幾百倍進(jìn)行測(cè)試，會(huì)造成結(jié)果偏離[3-5]。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有線性范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、分析速度快的優(yōu)勢(shì)[6]，本文建立了ICP-AES法測(cè)定電池廢料中的鈷含量，通過(guò)采取一系列技術(shù)手段達(dá)到高效準(zhǔn)確分析的目的，適用于工業(yè)化生產(chǎn)的日常分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作參數(shù)

Optima8000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)鉑金埃爾默公司)，PE同心玻璃霧化器(Type C1)，蠕動(dòng)泵進(jìn)樣。儀器工作參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 儀器工作參數(shù)

1.2 主要試劑

鈷(Co)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(100 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中GNM-M45751-2013溶液)。

硝酸、鹽酸均為分析純；硝酸(1+1)；分析用水為二次蒸餾水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將廢棄電池剝開、粉碎至粉末狀，烘干至水分殆盡，稱取0.20 g(精確至0.000 1 g)樣品4份，編號(hào)1#～4#，分別放入100 mL的小燒杯中，加入20 mL新配制的王水，蓋表面皿煮沸，蒸至濕鹽狀，取下冷至室溫。加入3 mL王水，用水沖洗表面皿及燒杯內(nèi)壁，煮沸取下，冷卻。把溶液分別移入100 mL容量瓶中，定容，搖勻，待測(cè)。

按照1.1的儀器工作條件，待儀器運(yùn)行穩(wěn)定后，依次走標(biāo)準(zhǔn)曲線、試劑空白、試樣溶液。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

采用質(zhì)量法通過(guò)逐級(jí)稀釋配制溶液，元素鈷(Co)濃度為0、20、40、60、80 μg/mL。

2 實(shí)驗(yàn)討論

2.1 分析譜線的選擇

譜線的選擇一方面要考慮靈敏度，一方面要考慮干擾。Co元素共有分析譜線五條，其中Co 228.616 nm和Co 236.380 nm受Fe的光譜干擾，Co 230.786 nm和Co 238.892 nm受鎳光譜干擾，基于廢棄電池中主要賦存重金屬元素為鎳、鈷、錳、鋰的考慮，選擇201.153Co nm作為分析譜線。

2.2 曲線中間點(diǎn)校正漂移

校準(zhǔn)曲線測(cè)定完成后，40 μg/mL的中間點(diǎn)作為校準(zhǔn)液進(jìn)行回測(cè)，然后再測(cè)定樣品溶液，每間隔3個(gè)待測(cè)溶液回測(cè)一個(gè)中間點(diǎn)，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值相差應(yīng)小于2%，若超出則應(yīng)查找原因，重新測(cè)定。若發(fā)生漂移，需要按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)流程重新走標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.3 酸濃度的影響試驗(yàn)

表2 酸濃度的影響

選擇優(yōu)級(jí)純HNO3作為樣品溶液介質(zhì)，配制硝酸體積分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、4%、6%、10%的5瓶50 μg/mL鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液，實(shí)驗(yàn)考察酸濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

結(jié)果表明，硝酸體積分?jǐn)?shù)從1%升高至10%的過(guò)程中，鈷元素的測(cè)定結(jié)果誤差都小于1%，因此判定硝酸濃度對(duì)測(cè)定基本無(wú)影響，故本實(shí)驗(yàn)選擇體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

如圖1所示，曲線相關(guān)系數(shù)r大于0.999 9。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.5 精密度試驗(yàn)

對(duì)1#、2#、3#、4#樣品連續(xù)測(cè)定11次，進(jìn)行精密度試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示，RSD小于1.1%，精密度良好。

表3 精密度試驗(yàn)

2.6 加標(biāo)回收試驗(yàn)

分別對(duì)空白加標(biāo)、全過(guò)程空白加標(biāo)、全過(guò)程樣品加標(biāo)和定容時(shí)樣品加標(biāo)等4個(gè)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果和加標(biāo)回收率見(jiàn)表4。從表4可以看出，本方法的加標(biāo)回收率為97%～107%，滿足要求。

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)

2.7 方法對(duì)比結(jié)果

基于火焰原子吸收光譜法測(cè)定1#和2#樣品；3#和4#樣品采用電位滴定法測(cè)定，與電感耦合等離子體發(fā)射光譜法比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表 5 比對(duì)試驗(yàn)

3 結(jié)論

結(jié)果表明，基于ICP-AES法測(cè)定電池廢料中的鈷含量，具有簡(jiǎn)單、高效、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)的日常分析要求，值得推廣。