火焰原子吸收光譜法測定廢舊二次電池中鈷的含量

羅海霞

(1 北礦檢測技術(shù)有限公司，北京 102628；2 金屬礦產(chǎn)資源評價與分析檢測北京市重點實驗室，北京 102628)

前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，鐵鎳、鉻鎳、氫鎳、鋰離子電池的生產(chǎn)和使用也逐年增加。隨之產(chǎn)生大量的電池極片切削、邊角料以及報廢的舊電池。鈷是廢舊二次電池重要的有價金屬元素之一, 現(xiàn)廢舊電池中鈷回收利用的文獻(xiàn)報道比較多，如喬秀麗等[1]采用酸浸法從廢舊鋰離子電池中回收金屬鈷；申勇峰[2]從廢鋰離子電池中回收鈷等。而廢舊電池中金屬元素的測定報道較少。李煥春等[3]用萃取比色法測定鎘鎳電池正極物質(zhì)中鈷含量, 曹文忠等[4]采用標(biāo)準(zhǔn)加入-ICP-AES法同時測定廢舊電池中的鐵、鎘、鉻、鉛、錫和銅6 種元素；冉廣芬等[5]用容量法測定鋰離子電池正極材料中錳、鈷的含量。而原子吸收光譜法測定廢舊二次電池中鈷的方法目前還沒有報道。本文采用原子吸收光譜法測定廢舊二次電池中的鈷量，操作簡單, 快速, 準(zhǔn)確度高。本實驗通過加標(biāo)回收和實際樣品的測定, 結(jié)果令人滿意，表明該方法滿足廢舊二次電池中鈷的日常檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Savant AA型原子吸收光譜儀(澳大利亞GBC公司)，附鈷空心陰極燈。

鹽酸、硝酸和高氯酸均為優(yōu)級純。實驗用水為超純水(電阻率大于18.2 MΩ·cm)。

鈷標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 000 μg/mL)：購于國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院，并用此標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液配制鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 μg/mL)。

1.2 實驗方法

準(zhǔn)確稱取0.200 0 g樣品于250 mL玻璃燒杯中，加入15 mL鹽酸，5 mL硝酸、5 mL高氯酸，蓋上表面皿，在中低溫電熱板上加熱溶解，待樣品完全溶解后，繼續(xù)加熱至冒高氯酸濃煙(如有黑色殘渣，可補加3 mL硝酸，重復(fù)冒煙)，蒸至濕鹽狀，取下，冷卻。加入25 mL鹽酸，溫?zé)崛芙恹}類，取下冷卻移入250 mL容量瓶，用水稀釋至刻度，混勻。分取10 mL溶液于100 mL容量瓶中，補加5 mL鹽酸后，用水稀釋至刻度，混勻。按照同樣方法制備樣品空白溶液。在選定的儀器工作條件與標(biāo)準(zhǔn)溶液同時測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器條件的選擇

對實驗所用的原子吸收光譜儀的幾個重要參數(shù)進(jìn)行了正交實驗。主要考察了元素波長、燈電流、狹縫寬帶、燃燒器高度、乙炔流量的影響，兼顧儀器的靈敏度和穩(wěn)定性，本實驗選擇儀器的工作條件如表1所示。

表1 儀器測量參數(shù)

2.2 鹽酸濃度的選擇

實驗比較了2%～15%的鹽酸體積分?jǐn)?shù)對鈷測定的影響，結(jié)果表明，酸濃度太低，有些金屬離子可能會水解；酸濃度過大，對儀器腐蝕較大，故實驗選擇5%的鹽酸測定溶液的介質(zhì)。

2.3 基體干擾

對廢舊二次電池料中鈷的測定可能存在干擾的元素進(jìn)行了干擾實驗，實驗結(jié)果表明，對于0.50 μg/mL和2.50 μg/mL的鈷，鎳(70 μg/mL)、錳(50 μg/mL)、鋁(25 μg/mL)、鐵(15 μg/mL)、鋰(10 μg/mL)、銅(20 μg/mL)不干擾鈷的測定。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍和檢出限

鈷的含量在0.00～2.50 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，工作曲線的線性方程式為：y=0.095 9x-0.001 9；相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9。選取空白試液，連續(xù)測定11次吸光度，以其3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以工作曲線的斜率求得溶液中鈷的檢出限為0.015 μg/mL。

2.5 測定方式的選擇

在100 mL容量瓶中加入不同量的基體元素及鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成鈷濃度為0.50、1.00、1.50、2.00和2.50 μg/mL的溶液，采用氘燈扣除背景方式和不扣背景的方式分別對樣品溶液進(jìn)行了測定，相同的溶液在兩種測定方式下測定的結(jié)果見表2。

表2 不同測定方式的測定結(jié)果

結(jié)果表明，選擇氘燈扣背景的吸光度值和不扣背景的吸光度值基本一致，故本實驗選擇不扣除背景的方式進(jìn)行測定。

2.6 加標(biāo)回收和精密度實驗

在1#、2#、3#樣品中加入適量的鈷，按實驗方法制備三組樣品，在已優(yōu)化的儀器工作條件下進(jìn)行測定。結(jié)果見表3。

表3 加標(biāo)回收率和精密度

由表3可以看出，加標(biāo)回收在98.0%～105%，表明方法準(zhǔn)確度可靠，能滿足測定要求。

2.7 FAAS與ICP-OES法測定結(jié)果的對照

按實驗方法處理試樣，分別采用FAAS和電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法進(jìn)行測定，測定結(jié)果如表4所示。

表4 實驗結(jié)果比對

由表4可以看出，ICP-OES法和FAAS法測定鈷的結(jié)果基本一致，同時結(jié)合加標(biāo)回收實驗，證明FAAS法測定廢舊二次電池樣品中鈷的含量準(zhǔn)確度較高。

3 結(jié)論

采用鹽酸、硝酸和高氯酸溶解廢舊二次電池樣品，溶樣方法簡單易行。方法加標(biāo)回收率98.0%～105%，RSD小于2%，結(jié)果準(zhǔn)確度高，精密度好，且相對于ICP-OES法，所使用儀器價格便宜，運行成本更低。