磷酸二銨中水溶性磷的快速萃取

趙學(xué)武，龍 梅

(云南云天化股份有限公司紅磷分公司 云南開遠(yuǎn) 661699)

0 前言

近年來(lái)，隨著市場(chǎng)對(duì)磷酸一銨、磷酸二銨產(chǎn)品質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高，生產(chǎn)企業(yè)不斷推進(jìn)精益化成本管理，加大了對(duì)磷酸銨產(chǎn)品中水溶性磷含量的過(guò)程檢驗(yàn)。水溶性磷作為磷酸銨產(chǎn)品控制指標(biāo)之一，其檢驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《磷酸一銨、磷酸二銨的測(cè)定方法 第2部分：磷含量》(GB/T 10209.2—2010)[1]規(guī)定的方法(以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)法)進(jìn)行，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，但耗時(shí)較長(zhǎng)，約需5 h才能完成一次測(cè)定，并且需要人工反復(fù)用水進(jìn)行研磨提取，分析人員的操作差異會(huì)影響產(chǎn)品水溶磷含量的測(cè)定結(jié)果。為此，就磷酸二銨生產(chǎn)控制檢驗(yàn)開展了一系列快速測(cè)定方法試驗(yàn)，確立了采用超聲波恒溫萃取代替人工研磨提取磷酸二銨中水溶性磷的方法。

1 方法原理

超聲波作用于液體介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)分子間的平均距離會(huì)超過(guò)使液體介質(zhì)保持不變的臨界分子距離，液體介質(zhì)就會(huì)發(fā)生斷裂而形成微泡，并且可以加速溶質(zhì)的溶解，形成空化效應(yīng)。結(jié)合水溶性磷的特性，在選用合適的萃取劑的條件下，于一定的溫度下通過(guò)振蕩使水溶性磷得以完全快速萃取，萃取后的試液經(jīng)定容、過(guò)濾后再測(cè)定五氧化二磷的含量。

2 主要試劑及儀器

主要試劑為(1+1)硝酸溶液、喹鉬檸酮試劑、萃取劑、(1+1)氨水。試驗(yàn)所用試劑均為分析純，試驗(yàn)用水為實(shí)驗(yàn)室三級(jí)水。

主要儀器：SHZ- D(III)循環(huán)水式真空泵，河南鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；CSB超聲波水浴恒溫振蕩器，最高控溫溫度100 ℃，最大超聲頻率40 kHz，最大振蕩頻次300次/min，江蘇常州潤(rùn)華電器有限公司；AUY220電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；G4 30 mL玻璃砂芯坩堝，上?；茖?shí)驗(yàn)器材有限公司；恒溫干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

3 分析步驟

稱取約1 g試樣(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中，加300 mL蒸餾水，于溫度60 ℃、振蕩頻次120次/min、超聲頻率40 kHz條件下萃取30 min；將溶液冷卻至室溫，定容至500 mL，混勻后干過(guò)濾，棄去初濾液；用移液管吸取20 mL濾液于500 mL錐形瓶中，加入10 mL (1+1)硝酸溶液，用水稀釋至100 mL；在電爐上加熱至沸，沿錐形瓶斜口緩慢加入35 mL喹鉬檸酮試劑，在不斷搖動(dòng)情況下，在電熱板上微沸1 min 或置于近沸水浴保溫至沉淀分層，冷卻至室溫；用預(yù)先在(180±2) ℃干燥箱內(nèi)干燥至恒重的玻璃坩堝式濾器先過(guò)濾上層清液，然后用傾斜法洗滌沉淀1～2次，每次用水25 mL，再將沉淀移入濾器中用水洗滌，共用水125～150 mL；將沉淀連同濾器置于(180±2) ℃干燥箱內(nèi)干燥45 min 后，取出移入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后進(jìn)行稱量[2]。

水溶性磷(以P2O5計(jì))質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1按式(1)計(jì)算[1]：

(1)

式中：m1——磷鉬酸喹啉沉淀的質(zhì)量，g；

m2——空白試驗(yàn)所得磷鉬酸喹啉沉淀的質(zhì)量，g；

m——試樣質(zhì)量，g；

0.032 07——磷鉬酸喹啉質(zhì)量換算成五氧化二磷質(zhì)量的系數(shù)；

V——吸取的試樣溶液體積，mL。

4 超聲波萃取水溶性磷的條件選擇[3- 5]

4.1 超聲時(shí)間的選擇

稱取試樣約1 g(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中，加入300 mL蒸餾水，在溫度為60 ℃、振蕩頻次為120次/min、超聲頻率為40 kHz 的條件下，不同超聲時(shí)間的水溶性磷萃取結(jié)果(表1)表明：超聲時(shí)間超過(guò)20 min后，萃取結(jié)果穩(wěn)定，繼續(xù)延長(zhǎng)超聲時(shí)間對(duì)水溶性磷萃取結(jié)果的影響不大，但測(cè)定結(jié)果與國(guó)標(biāo)法存在一定差異。

表1 超聲時(shí)間對(duì)水溶性磷萃取結(jié)果的影響

超聲時(shí)間/minw(P2O5)/%1037.862038.123038.154038.145038.176038.20

注：采用國(guó)標(biāo)法測(cè)得的w(P2O5)為39.04%，下同

4.2 萃取劑的選擇

稱取試樣約1 g(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中,分別加入4種不同的萃取劑,在溫度為60 ℃、振蕩頻次為120次/min、超聲頻率為40 kHz的條件下超聲30 min，不同萃取劑的水溶性磷萃取結(jié)果(表2)表明萃取劑3的萃取結(jié)果與國(guó)標(biāo)法一致。

表2 不同萃取劑對(duì)水溶性磷萃取結(jié)果的影響

萃取劑w(P2O5)/%萃取劑138.25萃取劑240.25萃取劑339.11萃取劑438.76

4.3 萃取溫度的選擇

稱取試樣約1 g(精確至±0.000 2 g)于500 mL 容量瓶中,加入萃取劑3，在振蕩頻次為120次/min、超聲頻率40 kHz的條件下超聲30 min，結(jié)果(表3)表明萃取溫度在50～70 ℃時(shí)的水溶性磷測(cè)定結(jié)果與國(guó)標(biāo)法接近， 且在此溫度范圍內(nèi)水溶性磷的測(cè)定結(jié)果波動(dòng)不大，最終選定萃取溫度為60 ℃。

5 精密度試驗(yàn)

采用快速萃取法對(duì)5組磷酸二銨樣品進(jìn)行平行測(cè)定，由精密度試驗(yàn)結(jié)果(表4)可知，該方法對(duì)不同組次磷酸二銨樣品測(cè)定的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.5%，測(cè)定結(jié)果的重現(xiàn)性能滿足要求。

表3 不同萃取溫度對(duì)水溶性磷測(cè)定結(jié)果的影響

萃取溫度/℃w(P2O5)/%5038.916039.107038.99

表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

6 方法對(duì)比試驗(yàn)

采用快速萃取法和國(guó)標(biāo)法測(cè)定上述樣品，結(jié)果(表5)2種方法測(cè)定結(jié)果的偏差≤0.25%，表明快速萃取法完全能滿足磷酸銨生產(chǎn)過(guò)程中控分析的要求。

表5 2種方法測(cè)定結(jié)果對(duì)比 %

7 結(jié)語(yǔ)

(1) 普通蒸餾水很難實(shí)現(xiàn)水溶性磷的完全萃取，依據(jù)水溶性和枸溶性磷的特性，配制了水溶性磷的萃取劑。

(2) 在過(guò)濾過(guò)程中，因?yàn)V紙?jiān)虬l(fā)生溶液穿濾而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高或發(fā)現(xiàn)濾液有混濁現(xiàn)象時(shí)，需重新過(guò)濾。

(3) 萃取過(guò)程中需進(jìn)行反復(fù)振蕩，為防止溶液濺出，萃取劑用量控制在300 mL左右，并塞緊帶孔橡膠塞或采取其他的防濺措施。

(4) 應(yīng)同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)，在計(jì)算P2O5含量時(shí)進(jìn)行校正。

(5) 為確保萃取完全及樣品均勻有代表性，試樣必須全部通過(guò)180 μm(80目)試驗(yàn)篩。

(6) 與國(guó)標(biāo)法相比，快速萃取法可縮短測(cè)定時(shí)間1.5 h左右。