氟硅酸中P2O5的快速測定

2021-04-07 01:51:18陳鑫

磷肥與復肥 2021年1期

陳鑫

（云南三環中化化肥有限公司質管研發部，云南昆明 650000）

0 引言

氟硅酸為濕法磷酸生產中釋放出的四氟化硅經水吸收的副產品，是制備氟硅酸鹽和冰晶石的主要原料。目前，工業氟硅酸行業標準HG/T 2832—2008質量指標要求優等品、一等品w（P2O5）≤0.10%，合格品w（P2O5）≤0.15%［1］，檢驗方法采用磷鉬藍分光光度法，但操作過程較煩瑣，耗時較長，無法滿足生產過程控制的分析要求。筆者采用磷酸根分析儀測定氟硅酸中的磷含量，簡化了操作步驟，縮短了分析時間，分析結果準確，精密度高，對氟硅酸中磷含量分析有較強的實用性和推廣應用前景。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：磷酸根分析儀，HK-208 型實驗室磷表（量程0 ～50 mg/L）；BT223S 電子精密天平；塑料燒杯、容量瓶、刻度吸管或移液管。

試劑：除鹽水，25 ℃時電導率小于0.2 μS/cm；硼酸飽和溶液；釩鉬酸銨溶液，稱取鉬酸銨50.0 g和偏釩酸銨2.5 g溶于400 mL除鹽水中得溶液a，量取濃硫酸195 mL 在不斷攪拌下緩緩加入250 mL 除鹽水中，冷卻至室溫，得溶液b，將溶液b倒入溶液a中，用除鹽水稀釋至1 L；磷標準溶液（ρ（PO43-）1 mg/mL），稱取在105 ℃下烘干至恒質量的KH2PO41.439 g 溶于少量除鹽水中，移入1 000 mL 容量瓶中，稀釋至刻度。

1.2 實驗原理

試樣以硼酸絡合氟，在酸性條件下，磷酸鹽與釩鉬酸銨反應，生成穩定的黃色磷釩鉬酸配合物［2-3］。磷酸根分析儀利用光電比色原理測定溶液中磷酸鹽（PO43-）質量濃度。

1.3 實驗方法

1.3.1 磷酸根分析儀空白校準

在主菜單中選擇“空白校準”菜單，然后向分析儀中倒入2 ～3次除鹽水，數值穩定后存儲。

1.3.2 曲線校準

分別吸取1 mg/mL 的磷標準溶液0、1、2、3、4 mL 于100 mL 容量瓶中，加除鹽水稀釋至刻度，搖勻。將容量瓶中100 mL 溶液全部轉移至塑料燒杯中，加入釩鉬酸銨溶液10 mL，混勻后放置3 min。

在主菜單中，選擇“曲線校準”菜單，以除鹽水進行空白水樣校驗，倒入零點（ρ（PO43-）0.00 mg/L）顯色液進行初始零點校準，按光標自動跳轉進行“標一（ρ（PO43-）10.00 mg/L）、標二（ρ（PO43-）20.00 mg/L）、標三（ρ（PO43-）30.00 mg/L）、標四（ρ（PO43-）40.00 mg/L）”校準，標準顯色液顯示的電壓值穩定后，按“存儲”鍵保存，依次完成測量曲線校準。初次使用、更換化學試劑及長時間停用后均需要進行曲線校準。

1.3.3 樣品測定

稱取試樣1 g （精確至0.000 2 g）于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入硼酸飽和溶液10 mL，于水浴中加熱至溶液澄清（5 ～6 min），冷卻，轉移至100 mL容量瓶中，用除鹽水稀釋至刻度，搖勻。將容量瓶中100 mL溶液全部轉移至原燒杯中，加入釩鉬酸銨溶液10 mL，混勻后放置3 min。

磷酸根分析儀進行空白校準后，在儀器處于測量畫面狀態下，分2次倒入顯色后的待測樣品，待儀器顯示數值穩定后，讀取器顯示當前測量樣品的磷酸鹽（PO43-）質量濃度，分析結果以第二次顯示數值為準。

1.4 結果計算

試樣P2O5質量分數按下式計算：

式中 ρ——磷酸根分析儀測定試樣磷酸鹽（PO43-）質量濃度，mg/L；

V——試樣液體積，mL；

m——樣品質量，g；

2 結果和討論

2.1 樣品處理

硼酸在水中的溶解度很小，20 ℃下100 g 水中僅能溶解硼酸5 g。根據HG/T 2832—2008，0.5 g試樣中加入硼酸1 g，于水浴中加熱，硼酸溶解不完全，因試樣中的水分蒸發而呈現糊狀，無法使溶液清亮。故筆者在樣品中加入室溫下的硼酸飽和溶液，通過加熱使硼酸的溶解度增大，使試樣變清亮，既能絡和氟硅酸中的氟，又可防止試樣因過飽和生成凝膠狀沉淀，導致分光光度法檢測結果偏高。

2.2 顯色劑的配制和加入量

嚴格按釩鉬酸銨溶液的配制要求配制顯色劑，把控硫酸加入量、混合比例和稀釋體積，此關鍵環節的誤差會妨礙磷酸根的正常顯色。氟硅酸中含有大量的硅酸根，嚴格把控顯色劑的配制和加入量，可防止硅酸根形成黃色絡合物。

2.3 量程選擇

由于生產工藝中氟吸收用水的來源不同，試樣中P2O5含量范圍波動較大，進行樣品測定時，為保證測量結果的準確性，應保證測量結果在0 ～50 mg/L 范圍內，如果超出此范圍，應對試樣進行稀釋。

2.4 顯色時間和溫度

顯色溫度以20 ～40 ℃為宜，一般3 min 左右可顯色完全。

2.5 曲線校準

如更換試劑，必須重新進行曲線校準，零點標準空白ρ（PO43-）讀數相差0.4 mg/L 以上須重建曲線；測量過程中數值若有異常，須用已知質量濃度的磷標準溶液進行校驗，若讀數偏離較大（0.4 mg/L以上），須重建曲線。

曲線校準：按磷酸根分析儀設定的標準點測量不同濃度磷標準顯色液的電壓值，進行曲線校準。當磷標準顯色液對應的電壓值在合理范圍內，電壓值自動存儲依次跳轉至下一個校準點進行校準；超出合理范圍將停留在此校準點，不能跳轉下一步操作，也不能對此校準點進行存儲。所有設置校準點完成校準后，選擇保存功能，曲線校準成功。

曲線校準后，對已知質量濃度的標準樣進行檢驗，驗證新曲線，結果見表1。