濕法煉鋅中浸上清液中全鐵含量的測定研究

龍興杰

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南 文山 663700）

鐵是濕法煉鋅電解液的重要控制指標，當濕法煉鋅電解液中鐵含量大于20μg/mL，就會對電沉積鋅產生影響，導致鋅反溶，降低電流效率[1]。然而鐵的含量在濕法煉鋅工藝中只能在凈液之前加以控制，因此，對輸送到凈液的中浸上清液中的鐵進行準確的測定對工藝控制有著重要的意義。

火焰原子吸收分光光度法和pH 在8～11 時磺基水楊酸分光光度法是測定低含量鐵的經典方法[2]。中浸上清液pH在5 左右，F(xiàn)e2+和Fe3+共存，全鐵含量在10μg/mL 左右，由于中浸上清液含有大量的硫酸鋅基體和0.80g/L 左右的Cu2+，導致用原子吸收法測定基體干擾大，加標回收率低。在堿性溶液中Fe2+雖被氧化，用磺基水楊酸顯色能測出全鐵含量，但Cu2+在pH 大于5 時也會和磺基水楊酸形成綠色配合物[3]，嚴重干擾了測定。消除Cu2+干擾方法主要有還原除銅法[4]，硫代硫酸鈉隱蔽法[5]等，而本文主要通過對顯色pH 進行控制，來避免Cu2+與磺基水楊酸配合。過氧化氫在弱酸性條件下具有很強的氧化性，能快速將Fe2+氧化為Fe3+，同時Fe3+的存在也能催化過量的過氧化氫分解，且過氧化氫的分解產物對最終顯色分析沒有干擾。本文通過用過氧化氫將Fe2+氧化為Fe3+，在顯色溶液的pH=2～3 時磺基水楊酸與Fe3+形成紫紅色的配合物[6]，以消除Cu2+的干擾，準確測定中浸上清液中全鐵的含量。通過多組平行實驗和加標回收實驗對方法的精密度和準確度進行了測試，測試結果滿足分析要求。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

1.1.1 儀器

T6 新悅可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司生產。

1.1.2 試劑

2%磺基水楊酸（西隴科學）溶液。

30%過氧化氫（西隴科學）溶液。

(1+9)硫酸（西隴科學）溶液。

pH5～6 的乙酸-乙酸鈉（西隴科學）溶液。

1000.00μg/mL 鐵標準溶液(國家鋼鐵材料測試中心)。

實驗所用玻璃器皿均用50%的硝酸浸泡48h 后用離子交換二級水洗凈，實驗所用試劑均為分析純，實驗用水均為離子交換二級水。

1.2 實驗步驟

1.2.1 樣品分析步驟

移取10.00mL 中浸上清液于100mL 小燒杯中，加入0.5mL 的過氧化氫，室溫下反應2 分鐘，于電熱板上加熱至大量氣泡消失，冷卻至室溫，轉移至50mL 比色管中，加入5mL 磺基水楊酸，加水定容至刻度，搖勻，室溫顯色5分鐘，以試劑空白為參比，于分光光度計490nm 波長處用2cm 比色皿測定吸光度，由標準工作曲線求得樣品中鐵的含量。

1.2.2 標準工作曲線繪制

將1000.00μg/mL 的鐵標準溶液稀釋為50.00μg/mL的工作標準溶液，用（1+9）的硫酸調節(jié)標準溶液的pH 在5 左右，以保證加入5mL 磺基水楊酸后顯色溶液的pH 在2～3。鐵標準系列濃度為0.00、1.00μg/mL、2.00μg/mL、3.00μg/mL、4.00μg/mL、5.00μg/mL。

2 結果與討論

2.1 試劑空白及不同吸收波長對測定結果的影響

按控制變量法對試劑空白依次進行是否加熱、改變過氧化氫用量、改變顯色pH、改變顯色劑用量和改變顯色時間的實驗，以空氣調零，在分光光度計490nm 處用2cm 比色皿測定其吸光度均為0.044，發(fā)現(xiàn)試劑空白的吸光度不因這些因素的改變而改變。

移取中浸上清液10.00mL，按樣品分析步驟進行操作，以試劑空白為參比，用2cm 比色皿在420nm～550nm 之間每隔10nm 測定一次溶液的吸光度，發(fā)現(xiàn)當波長為490nm時，樣品的吸光度最大，選用490nm 為測定波長最佳。

2.2 過氧化氫用量對測定結果的影響

由于中浸上清液加入過量的過氧化氫后，過量的過氧化氫分解會產生很多的小氣泡，小氣泡會吸附在比色皿內壁影響測定，所以加入過氧化氫反應兩分鐘后將其放于電熱板上加熱，加速過氧化氫分解，消除小氣泡對比色測定的干擾。

分別移取同一中浸上清液10.00mL，分別加入0.00、0.20mL、0.50mL、1.00mL 的過氧化氫，按樣品分析步驟操作，分別測定吸光度，用于比較過氧化氫用量對樣品吸光度的影響，如表1 所示。

表1 不同過氧化氫用量下樣品的吸光度

由表1 可知若不加入過氧化氫，樣品中的Fe2+不能被氧化為Fe3+，吸光度不能代表樣品中全鐵的含量，在過氧化氫過量的情況下，不同過氧化氫用量對樣品的吸光度不產生影響。在保證過氧化氫過量的情況下，為節(jié)約試劑成本和便于操作，選用0.50mL 過氧化氫用量最佳。

2.3 不同顯色pH 對測定結果的影響

通過實驗發(fā)現(xiàn)當溶液pH ≥3.00 時，溶液顏色不是紫紅色，不適于此分析方法。此處主要在pH ＜3.00 的前提下改變顯色溶液的pH，觀察其對測定結果的影響。分別移取同一中浸上清液10.00mL 于8 個100mL 小燒杯中，第一杯加入0.20mL 乙酸-乙酸鈉溶液，其余7 杯分別加入0.00、0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL（1+9）硫酸，按樣品分析步驟操作，分別測定吸光度和溶液pH 值，以pH 為橫坐標，對應吸光度為縱坐標，繪制不同顯色pH 下樣品吸光度的變化趨勢圖，如圖1 所示。

圖1 不同顯色pH 下樣品吸光度的變化趨勢圖

由圖1 可知在相同顯色劑用量下，顯色pH 在2～3 時吸光度較為穩(wěn)定，pH ＜2 后吸光度隨pH 的降低而降低。為保證結果穩(wěn)定，顯色pH 控制在2～3 時最佳。

2.4 不同顯色劑用量對測定結果的影響

分別移取同一中浸上清液10.00mL 于6 個100mL 小燒杯中，分別加入2.00mL、5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL、30.00mL 磺基水楊酸，按樣品分析步驟操作，分別測定吸光度和溶液pH 值，如表2 所示。

表2 不同顯色劑用量下樣品的吸光度

由表2 可知，當顯色劑加入量為2～10mL 時，顯色pH在2～3，樣品吸光度不隨顯色劑加入量的改變而改變，當顯色劑加入量超15mL 時顯色溶液的pH 開始低于2，樣品吸光度也越來越低。為了節(jié)約成本和保證最終顯色溶液的pH在2～3，磺基水楊酸的加入選用5.00mL 最佳。

2.5 不同顯色時間對測定結果的影響

移取中浸上清液10.00mL，按樣品分析步驟操作，分別測定5min、10min、15min、20min、30min 時樣品的吸光度，發(fā)現(xiàn)不同顯色時間下樣品吸光度變化不大，為了縮短分析耗時且保證顯色完全，顯色時間選5min 最佳。

2.6 工作曲線的繪制

中浸上清液中鐵的含量在10μg/mL 左右，稀釋5 倍后濃度在2.00μg/mL 左右，為保證待測溶液在工作曲線線性范圍內，以鐵濃度分別為0.00、1.00μg/mL、2.00μg/mL、3.00μg/mL、4.00μg/mL、5.00μg/mL 的標準系列繪制工作曲線。如圖2 所示。

圖2 標準工作曲線

由圖2 可知鐵含量在0～5μg/mL 范圍內工作曲線具有非常好的線性相關性，線性方程為y=0.0671x+0.0003，R2=0.9998，能夠滿足測量要求。

2.7 不同取樣體積對測定結果的影響

分別移取同一中浸上清液5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL，按樣品分析步驟操作，分別測定吸光度，并結合標準工作曲線計算出鐵含量，如表3所示。

表3 不同取樣體積對應吸光度和鐵含量

中浸上清液中含量較高的主要是硫酸鋅基體和Cu2+，由表3 可知在上述幾種稀釋倍數下，雖然待測溶液中硫酸鋅和Cu2+的含量隨取樣體積的改變而改變。

但測定結果基本一致，表明用此方法測定中浸上清液中全鐵含量在上述稀釋倍數下不受硫酸鋅基體和Cu2+的干擾，采用上述幾種稀釋倍數均可準確的測定出樣品中全鐵的含量，通過對不同稀釋倍數下溶液的吸光度進行對比，選用5 倍稀釋吸光度最佳。

2.8 回收率及精密度實驗

為驗證方法的穩(wěn)定性和準確性，對同一中浸上清液進行平行實驗和加標回收實驗，測定結果如表4 所示。

表4 回收率及精密度實驗

由表4 可知回收率在100.4%～104.9%之間，相對標準偏差（RSD）為0.64%左右，表明該方法有較高準確度和精密度，此方法可以用來測定中浸上清液中全鐵的含量。

2.9 樣品分析結果對比

用該方法和ICP-AES 法對不同批次樣品進行測定，結果如表5 所示。

表5 不同分析方法樣品測定結果

由表5 可見兩種分析方法的測定結果較為接近，表明用該方法測定的結果可靠性較高。

3 結論

經過上述實驗分析，驗證了用過氧化氫將Fe2+氧化為Fe3+，酸性條件下磺基水楊酸比色法測定濕法煉鋅中浸上清液中全鐵含量的分析方法，并得出了最佳的測定條件，即波長選用490nm，過氧化氫用量為0.5mL，顯色劑用量為5mL，顯色pH 控制在2～3，顯色時間為5min，標準工作曲線線性范圍為0.00～5.00μg/mL。該方法在一定程度上有效的消除了基體及Cu2+對測定的干擾，用于濕法煉鋅中浸上清液中全鐵含量的測定具有較高的精密度和準確度。