電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)測(cè)定高鈦渣中的鐵、鈷、鎳的含量

郭傳華,李化全，董文戎

(1.淄博市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東 淄博 255200；2.山東東佳集團(tuán)研發(fā)中心，山東 淄博 255200)

鈦白粉(學(xué)名二氧化鈦)廣泛的應(yīng)用于涂料、塑料、造紙等行業(yè)，與人們"衣、食、住、行"密切相關(guān)，成為市場(chǎng)價(jià)值僅次于合成氨和磷化工的第三大無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品。鈦白粉工業(yè)的發(fā)展與整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著密切的關(guān)系，其消耗量的多寡，可以用來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生活水平的高低，被稱為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的"晴雨表"。鈦白粉的生產(chǎn)方法有硫酸法和氯化法兩種，國(guó)外主要是氯化法生產(chǎn)工藝，國(guó)內(nèi)主要是硫酸法生產(chǎn)工藝。隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展，鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)逐步由硫酸法工藝向氯化法工藝過(guò)度的趨勢(shì)，但是迄今為止，國(guó)內(nèi)氯化法鈦白粉企業(yè)產(chǎn)量占比不足10%，除了錦州鈦業(yè)采用熔鹽氯化實(shí)現(xiàn)了連續(xù)開(kāi)車生產(chǎn)運(yùn)行外，其他幾家均有波折。究其原因，一是氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備控制要求高，二是對(duì)原料的選擇十分苛刻，原料的選擇直接影響到能否順利開(kāi)車、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本。氯化法鈦白粉生產(chǎn)工藝技術(shù)除了美國(guó)杜邦公司(現(xiàn)在的科慕公司)采用高品位鈦礦外，其他全部為高鈦渣或者UGS渣，高鈦渣中的鐵、鈷、鎳等有色元素直接影響到鈦白粉的顏色，這也是國(guó)內(nèi)鈦白粉無(wú)法無(wú)法走向高端的主要原因之一。目前對(duì)有色元素鐵、鈷、鎳的測(cè)定一般采用原子熒光法(XRF)進(jìn)行測(cè)定1)，但是該方法樣品制備繁瑣，需要高溫熔融制備成為玻璃體后測(cè)定，雖然測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性較好，但是準(zhǔn)確度不高；或者采用金屬合量滴定法，誤差更大2，3)，而且化學(xué)分析方法操作繁瑣，分析流程長(zhǎng)。除上述方法外，其他分析測(cè)試方法目前還未見(jiàn)報(bào)道。為了解決上述方法的不足，我們采用ICP-OES 分析技術(shù)進(jìn)行高鈦渣中 Co、Fe、Ni 測(cè)定方法研究，效果良好，方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。方法簡(jiǎn)便快捷，適用于氯化法鈦白粉生產(chǎn)原料的控制。通過(guò)該方法的使用，能夠提高國(guó)內(nèi)氯化法鈦白粉企業(yè)原料控制的準(zhǔn)確性和一致性，為有效的提高氯化法鈦白粉的產(chǎn)品質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

UV-2100型電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(美國(guó)PE 公司)；高純水制備器(江蘇金壇儀器公司)；超聲波振蕩器(上海雷磁儀器公司)；WX-4000型微波消解(上海屹堯公司)；硝酸(1+1) 分析純 ；濃鹽酸 分析純 ；氫氟酸 分析純；鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000mg/L。溶解1.000g純鐵絲于50mL的1/1的硝酸中，并用去離子水稀釋到1L。

鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000mg/L。溶解1.000g金屬鈷于1/1的鹽酸中，并用1%的鹽酸稀釋到1L。

鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000mg/L。溶解1.000g金屬鎳于1/1的硝酸中，并用1%的硝酸稀釋到1L。

1.2 樣品的制備方法

高鈦渣溶液制備一般采用化學(xué)熔融法，該方法制備時(shí)間長(zhǎng)，操作不好或者初學(xué)者容易造成樣品分解不完全，直接影響測(cè)定結(jié)果。本試驗(yàn)選擇了微波消解分解樣品，效果理想，操作簡(jiǎn)單快捷。

1.2.1

精確稱取0.1000g高鈦渣樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入3mL HNO3、3mL HCl 及1mL HF，混勻，加蓋密封。

1.2.2

將消解罐置于WX-4000型微波快速消解系統(tǒng)中，并確認(rèn)溫度罐和壓力罐已分別與溫度傳感器和壓力傳感器連接。

1.2.3 消解系統(tǒng)參數(shù)

消解系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 消解系統(tǒng)參數(shù)

1.2.4

待冷卻至低于80℃后取出消解罐，并轉(zhuǎn)移至容量瓶稀釋定容。

1.2.5

準(zhǔn)確吸取上述溶液5 mL 試液于100 mL 塑料瓶中，搖勻待測(cè)。

1.3 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的系列

移取適量鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液，按表2 所示，配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

表2 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列 μg/mL

2 結(jié)果與討論

2.1 分析譜線選擇及鈦基體影響考察

因?yàn)楦哜佋械闹饕厥氢?，所以考察了基體鈦對(duì)其他元素的干擾。分別對(duì)濃度為10、20、30μg/mL 的純鐵溶液、純鈷、純鎳溶液及混和標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行掃描，結(jié)果表明，Ti的334.904 譜線對(duì)鐵的372.0存在對(duì)有干擾，Ti的399.0 譜線對(duì)鐵的372.0無(wú)影響。為了使基體與試驗(yàn)樣品一致，我們還是進(jìn)行了基體匹配，試驗(yàn)選擇了Co的345.4、Fe的372.0、Ni的341.5、Ti的339.0作為分析譜線。

2.2 共存元素之間相互影響

采用單一元素溶液在被測(cè)元素分析線處掃描，考察了Si、Mn、Al、Cu、P 對(duì)Co的345.4、Fe的372.0、Ni的341.5、Ti的339.0 分析譜線的光譜干擾情況。試驗(yàn)結(jié)果表明：溶液中硅、錳、鋁、銅、磷共存量在100μg/mL 對(duì)10μg/mL鐵、鈷、鎳的測(cè)定均不產(chǎn)生干擾。

2.3 ICP-OES 工作參數(shù)選擇

高頻功率、載氣流量、觀測(cè)高度及冷卻氣流量是ICP-OES 的主要參數(shù)，直接影響元素測(cè)定，不同的元素要求的工作參數(shù)也不同，必須逐一試驗(yàn)加以選擇。根據(jù)PE公司配備的TCP儀器工作工作程序，我們把氣流量、載氣流量、觀測(cè)高度、提升量設(shè)定為表3所示結(jié)果。

表3 功率對(duì)測(cè)定的影響

2.4 方法精密度試驗(yàn)

按樣品處理方法分解高鈦渣標(biāo)準(zhǔn)樣品，按相同的測(cè)試條件，對(duì)同一試樣分別進(jìn)行六次測(cè)定，計(jì)算出測(cè)定結(jié)果的平均值及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(見(jiàn)表4)。試驗(yàn)結(jié)果表明：各分析譜線測(cè)定精密度均較好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%

表4 精密度試驗(yàn)

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

按樣品處理方法分解高鈦渣樣品。在試液中加入適量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定元素含量，計(jì)算回收率，元素回收率在99%～102%之間。數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 回收試驗(yàn)

3 結(jié)論

高鈦渣試樣經(jīng)硝酸、氫氟酸、鹽酸微波消解后，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜ICP-OES分析技術(shù)測(cè)定其微量元素鐵、鈷、鎳含量 ，方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)為2.43%～4.11%，加標(biāo)回收率在99.33%～102.12%之間，而且方法簡(jiǎn)便快速、分

析數(shù)據(jù)可靠，方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。適用于氯化法鈦白粉生產(chǎn)原料的控制，該方法的使用，能夠提高國(guó)內(nèi)氯化法鈦白粉企業(yè)原料控制的準(zhǔn)確性和一致性。

[1] 劉 錚，王學(xué)燕.催化動(dòng)力學(xué)測(cè)定鉻的機(jī)理[J].分析化學(xué),1996，24(2)：164.

[2] 寧明遠(yuǎn).催化動(dòng)力學(xué)測(cè)定鐵的研究[J]. 理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè))，1998，34(4)：167-168.

[3] 李化全.催化動(dòng)力學(xué)測(cè)定微量銅[J]. 涂料工業(yè)，2004，64(1)：63-65.