EDTA滴定法測定除塵灰中鋅含量

顧 鋒 朱春要 梁婷婷 董禮男

(江蘇省沙鋼鋼鐵研究院 分析測試中心， 江蘇 張家港 215625)

EDTA滴定法測定除塵灰中鋅含量

顧 鋒 朱春要 梁婷婷 董禮男

(江蘇省沙鋼鋼鐵研究院 分析測試中心， 江蘇 張家港 215625)

采用灰化后再溶解試樣的方法，成功解決了除塵灰因碳含量過高而難于溶解的問題；將灰化后的試樣以HCl-HNO3-HF-HClO4混酸溶解，在氯酸鉀存在下，以鐵鹽作載體，用氨水沉淀分離大部分鐵、鋁、鉛等元素，以硫脲-氟化物、硫代硫酸鈉、抗壞血酸作掩蔽劑，掩蔽剩余少量銅、錫、鐵等干擾元素，在pH=5.5～6條件下，以二甲酚橙為指示劑，用EDTA標準溶液滴定得到鋅的含量。方法的相對標準偏差在0.75%～2.8%，加標回收率在98.0%～102%。方法操作簡便，且分析結果準確度、重現(xiàn)性較好，可以滿足生產(chǎn)檢驗的需要。

除塵灰；灰化；鋅；pH值；EDTA；絡合滴定

前言

在冶金過程中，從鐵前的礦石燒結和煤炭煉焦，到煉鐵、煉鋼、直至軋鋼都會產(chǎn)生大量粉塵，稱之為除塵灰。將這些粉塵由除塵設備收集起來，不僅可減少環(huán)境污染，而且其本身具有很好的經(jīng)濟價值。大多數(shù)企業(yè)將回收的除塵灰用作燒結或球團原料，但是除塵灰中的鋅等堿金屬成分嚴重地影響了燒結質(zhì)量，甚至腐蝕高爐設備[1-3]，尤其是鋅的氧化物因除塵灰的循環(huán)使用會逐漸富集，含量增高，造成結瘤而堵塞管道。因此，制定一種實用而準確的分析方法來測定除塵灰中鋅含量對其循環(huán)使用具有很好的指導作用。

除塵灰的主要成分為碳、鐵、硅、鋅、鈣、鎂和鋁的氧化物及少量鈦、錳的氧化物，其中游離碳含量較高，故采用先灰化，再將灰化后的試樣用混酸酸化溶解的方法進行分析；鐵、鋁等元素干擾鋅的測定，應先分離除去，故用氨水沉淀分離大量的鐵、鋁等干擾元素后，再以硫脲-氟化物、硫代硫酸鈉、抗壞血酸等作為掩蔽劑，掩蔽殘留的少量干擾元素，利用鋅與EDTA能形成中等穩(wěn)定的絡合物，其PKa=16.3，并且可以在pH為4.5～12的范圍內(nèi)進行螯合滴定的原理，以二甲酚橙作為指示劑，用乙二胺四乙酸二鈉標準溶液進行滴定，測定鋅含量。樣品分析表明，方法溶樣完全，簡便實用，精密度和準確度良好[4-8]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

XP204型電子天平(瑞士梅特勒-托利多公司)；N31/H型箱式電阻爐(德國納博熱公司)。

氟化鉀溶液(200 g/L)；硫代硫酸鈉溶液(100 g/L)；抗壞血酸溶液(50 g/L)；甲基橙溶液(1 g/L)；二甲酚橙(5 g/L)；乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH=5.5～6，200 g乙酸鈉溶于適量水中，再加入冰乙酸10 mL，稀釋至1 000 mL)。

鋅標準溶液(1.00 mg/mL)：準確稱取氧化鋅基準試劑1.244 9 g,加入5 mL鹽酸溶解，移入1 000 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度。

EDTA標準溶液(0.005 0 mol/L)：用1.00 mg/mL鋅標準溶液標定后使用。

氯酸鉀、乙醇、硝酸、鹽酸、氨水、硫脲等所用藥品均為分析純試劑；實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 實驗方法

稱取灼燒后的試樣0.2 g(精確至0.1 mg)置于250 mL聚四氟乙烯(PTFE)燒杯中，加入10 mL鹽酸，低溫加熱溶解片刻，滴加2 mL硝酸，5 mL氫氟酸，5 mL高氯酸，繼續(xù)加熱至冒高氯酸煙并蒸發(fā)至近干，取下稍冷，加入10 mL水，2.0 g氯酸鉀，繼續(xù)加熱蒸至5～6 mL，取下加水至體積為100 mL左右，逐滴加入氨水調(diào)節(jié)pH=8并過量15 mL，加熱煮沸約1 min，取下邊搖動邊加入5 mL氨水，10 mL乙醇，趁熱用中速濾紙過濾于250 mL容量瓶中，洗滌燒杯及沉淀4～5次，冷卻后定容，混勻待測。

準確移取上述濾液50.00 mL于500 mL錐形瓶中，加熱煮沸除去大部分氨(不使氫氧化鋅白色沉淀出現(xiàn)，否則再滴加適量氨水)，取下冷卻，加入10 mL飽和硫脲，10 mL氟化鉀溶液，10 mL抗壞血酸，加入一滴甲基橙指示劑，用鹽酸(1+1)中和至溶液變成紅色，再滴加稀氨水使溶液變黃，加入10 mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，搖勻，再加入2～3 mL硫代硫酸鈉溶液，搖勻，加入3滴二甲酚橙指示劑，用EDTA標準溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榱咙S色即為終點。同步進行空白實驗。

鋅含量(wZn)結果計算如式(1)。

(1)

式中：

V——滴定鋅時消耗EDTA標準溶液的體積，mL；

V0——滴定空白消耗EDTA標準溶液的體積，mL；

c——EDTA標準溶液的濃度，mol/L；

m——稱取試樣量，g；

f——分液率；

K——灼燒系數(shù) ；

65.38——鋅的摩爾質(zhì)量，g/mol。

2 結果與討論

2.1 樣品預處理

由于除塵灰中含有較高含量的碳，導致樣品很難溶解或顏色難以分辨，影響測定，故必須對樣品進行預處理。稱取除塵灰試樣1.0 g(精確至0.1 mg，105～110 ℃烘干2 h)放入(815±10) ℃灼燒恒重瓷舟中，均勻平鋪后，置于馬弗爐中，逐漸升溫至(815±10) ℃，灼燒1～2 h后至恒重，取出置于干燥器中冷卻稱重，計算灼燒系數(shù)K。

(2)

式中:

m1—灼燒后坩堝和試樣質(zhì)量，g；

m0—坩堝質(zhì)量，g；

M—試樣質(zhì)量，g。

2.2 樣品溶解

除塵灰樣品成分復雜，采用鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸冒煙的溶樣方法溶解樣品，金屬離子變成可溶性鹽。氫氟酸的加入可以將大部分硅揮發(fā)除去，降低硅的干擾。冒高氯酸煙蒸發(fā)至近干可以驅(qū)趕多余的氫氟酸，防止氫氟酸對容器造成一定的腐蝕，影響測定。

2.3 干擾離子的分離

由于溶液中Fe3+、Al3+、Ti4+、Mg2+等離子含量較高，嚴重干擾Zn2+的測定，應預先分離除去。在氨性溶液中(pH>10)，大量氨與Zn2+形成鋅氨絡離子溶于水中，而與Fe3+、Al3+、Ti4+、Mg2+則生成沉淀，故實驗中采用氨水預先將高含量的Fe3+、Al3+、Ti4+、Mg2+等離子沉淀分離，濾液直接用于鋅的定量分析。實驗表明，選擇氨水沉淀分離基體Fe3+、Al3+，保證了鋅的測定結果的準確度。

2.4 干擾元素的掩蔽

分離后的溶液中仍會存在少量Fe3+、Al3+、Ti4+、Mn2+、Cu2+、Pb2+等離子，干擾Zn2+的準確測定。通過加入抗壞血酸、硫代硫酸鈉以掩蔽Fe3+、Mg2+，加入氟化鉀掩蔽Al3+、Ti4+、Ca2+、Mn2+、Pb2+，加入硫脲掩蔽Cu2+的方式，排除干擾，方可進行鋅的準確滴定。

2.5 精密度實驗

任意選取三件除塵灰樣品，每件樣品進行了8次測量，測定結果見表1。由表1可知，該方法的相對標準偏差在0.75%～2.8%，所測數(shù)據(jù)精密度良好，重現(xiàn)性實驗結果穩(wěn)定可靠。

表1 實驗方法的精密度

2.6 準確度實驗

由于無除塵灰標準樣品，選擇現(xiàn)有的4個鋅含量范圍較寬的除塵灰試樣，采用EDTA滴定法對其中的鋅量進行測定，并與常規(guī)XRF法和ICP-AES測定方法進行比較，以其3次測定結果的平均值作為測定值，測定結果見表2。由表2可知，本方法測定結果與XRF、ICP-AES測定結果一致。

表2 實驗方法準確度

2.7 加標回收實驗

對1#、2#樣品進行加標回收實驗，同實驗方法，稱取試樣后，在杯中加入不同體積的1.00 mg/mL鋅標準溶液，用EDTA滴定法測定其溶液中所含鋅量，計算出鋅的加標回收率，結果如表3所示。由表3可知，方法的加標回收率在98.0%～102%，說明本方法準確可靠。

表3 加標回收實驗

3 結語

在鹽酸、硝酸、氫氟酸介質(zhì)中溶解樣品，高氯酸驅(qū)盡多余的氫氟酸，氨水分離鐵、鋁等干擾離子，硫脲、硫代硫酸鈉、氟化鉀可掩蔽銅、鐵、鉛等干擾元素，從而準確測定鋅含量。此方法操作簡便，且分析結果準確度、重現(xiàn)性較好，可以滿足分析檢測的需要。

[1] 苑興庭,徐輝,王慶義,等.高爐噴吹除塵灰研究[J].材料與冶金學報(JournalofMaterialsandMetallurgy),2008,7(2):81-84.

[2] 王瑋,孟令和.除塵灰綜合利用技術的開發(fā)與應用[J].中國資源綜合利用(ChinaResourcesComprehensiveUtilization),2011,29(2):23-26.

[3] 馮婕,韓京增,李祎,等.煉鐵除塵灰綜合回收試驗研究[J].礦產(chǎn)綜合利用(MultipurposeUtilizationofMineralResources),2012(1):29-31.

[4] 蒯麗君.Na2EDTA滴定法測定錫陽極泥中的鉍量[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2016,6(3):81-86.

[5] 章偉,常海東,陳海燕,等.EDTA滴定法聯(lián)合測定高爐煤氣除塵中鋅鈣鎂[J].理化檢驗-化學分冊(PhysicalTestingandChemicalAnalysisPartB:ChemicalAnalysis),2004,20(3):170-171.

[6] 楊理勤,馮亮.EDTA滴定法連續(xù)測定鉛精礦中鉛和鋅[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(2):22-24.

[7] 盧業(yè)友,楊芬.EDTA滴定法測定鉛鋅礦中鋅的不確定度評定[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2011,31(3):79-82.

[8] 楊春林,陳潮炎.EDTA絡合滴定法測定選鐵尾礦中CaF2含量[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2016,6(2):20-24.

Determination of Zinc Content in Dust by EDTA Titration Method

GU Feng, ZHU Chunyao, LIANG Tingting, DONG Linan

(AnalysisandCharacterizationCenter,InstituteofResearchofIronandSteel,JiangsuSha-Steel,Zhangjiagang,Jiangsu215625,China)

By using sample ashing method together with sample dissolution method, the problem that the dust is difficult to be dissolved because of high carbon content in the dust has been solved. The ashed samples were dissolved by the mixed acids of hydrochloric acid, nitric acid, hydrofluoric acid and perchloric acid. In the presence of potassium chlorate, iron salts being used as the carriers, most of iron, aluminum, lead were separated by ammonia. Thiourea-fluoride, sodium thiosulfate and ascorbic acid were used as masking agents to mask the remaining small amount of copper, tin, iron and other interfering elements.Under the condition of pH 5.5 to 6, zinc was titrated by EDTA standard solution when xylenol orange was as indicator. The relative standard deviation and standard recovery rate of the method was 0.75% to 2.8% and 98.0% to 102%, respectively. This method is simple. By this method, analytical results are accurate and repeatability is good, which can meet the needs for manufacturing inspection.

dust; ashing; zinc; pH value; EDTA; complexometric titration

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.02.012

2016-08-03

2016-09-26

顧鋒，女，助理工程師，主要從事冶金分析研究。E-mail: 13962264891@163.com

O655.2

A

2095-1035(2017)02-0046-04

本文引用格式：顧鋒,朱春要,梁婷婷,等. EDTA滴定法測定除塵灰中鋅含量[J].中國無機分析化學,2017,7(2):46-49. GU Feng, ZHU Chunyao, LIANG Tingting,et al.Determination of Zinc Content in Dust by EDTA Titration Method[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry,2017,7(2):46-49.