黃穎怡,周愛(ài)青,周兆安,毛諳章,劉小文,李 俊
(廣東飛南資源利用股份有限公司,廣東 肇慶 526233)
冰銅是火法煉銅的中間產(chǎn)物,主要為硫化亞鐵和硫化亞銅的共熔物,同時(shí)含有較高的鎳、砷和銻等雜質(zhì)。目前,冰銅中銅含量的檢測(cè)方法可以參考銅精礦國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 3884.1-2012)[1]和冰銅分析行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YS/T 990.1-2014)[2]測(cè)定方法進(jìn)行。其中長(zhǎng)碘量法操作繁瑣;短碘量法測(cè)定時(shí),由于冰銅中硫、鐵含量高,時(shí)常出現(xiàn)試樣溶解不完全,造成測(cè)定結(jié)果偏低、重現(xiàn)性差且易超差等現(xiàn)象;此外,當(dāng)樣品含砷、銻較高時(shí),溶樣過(guò)程需要加入適量的溴。溴素容易揮發(fā),有極強(qiáng)烈的刺激性、毒害性與腐蝕性。近年來(lái),有許多研究學(xué)者提出了諸多改進(jìn)測(cè)樣方法[3-8],但仍無(wú)法滿(mǎn)足快速準(zhǔn)確分析的要求。本文結(jié)合多種溶樣方法的優(yōu)勢(shì),并與國(guó)標(biāo)方法耦合,形成下文改進(jìn)分析方法,并驗(yàn)證其準(zhǔn)確度、精確度和適用性。
本次實(shí)驗(yàn)原料分別為銅精礦標(biāo)樣ZBK338C、高硫冰銅、普通冰銅和高砷冰銅,其組成情況見(jiàn)表1所示。
表1 樣品主要組成成分Table 1 Main components of samples (wt%)
備注:銅精礦標(biāo)樣組成為標(biāo)準(zhǔn)值,高硫冰銅銅含量第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的數(shù)據(jù),作為認(rèn)定值。
主要試劑及配制:氯酸鉀、硝酸、鹽酸、溴素、碘化鉀、硫氰酸鉀、淀粉、氟化氫銨、三氯化鐵、乙酸、乙酸銨、氨水均為分析純,實(shí)驗(yàn)用水均為蒸餾水。
碘化鉀溶液(500 g/L):稱(chēng)250 g碘化鉀溶于蒸餾水中,再用蒸餾水定容至500 mL,攪勻。
淀粉溶液(10 g/L):稱(chēng)1.0 g可溶性淀粉置于250 mL的燒杯中,用少量蒸餾水水潤(rùn)濕,加入100 mL沸水使其完全溶解攪拌冷卻,現(xiàn)用時(shí)配。
硫氰酸鉀溶液(400 g/L):稱(chēng)取硫氰酸鉀200 g溶于500 mL水中攪勻,加5 mL碘化鉀,加2 mL淀粉,滴加0.04 mol/L碘液至溶液剛好呈藍(lán)色,再用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色消失。
乙酸-乙酸銨溶液(300 g/L):稱(chēng)取90 g乙酸銨,置于500 mL燒杯中,加入100 mL冰乙酸和150 mL水,用水稀釋至300 mL,攪勻,此溶液pH值為5。
三氯化鐵(100 g/L):稱(chēng)10 g三氯化鐵溶于40 mL (1+3)鹽酸,然后稀釋至100 mL。
硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液(約0.05 mol/L):稱(chēng)12.4 g五水硫代硫酸鈉于500 mL燒杯,加適量燒開(kāi)冷卻后的水溶解,加0.5 g無(wú)水碳酸鈉,定容于1000 mL棕色容量瓶,搖勻避光放置一周后標(biāo)定。
硫代硫酸鈉標(biāo)定:稱(chēng)3份0.0700金屬銅(99.99%)分別置于250 mL錐形瓶中,加10 mL硝酸(1+1),蓋上表皿,低溫溶解完全,加入1 mL三氯化鐵溶液混勻,加熱至近干。以下操作同分析步驟。
1.3.1 分析步驟
準(zhǔn)確稱(chēng)取0.20~0.30 g(精確至0.0001 g)樣品于250 mL錐形瓶中,加入1.0~1.5 g氯酸鉀,噴入約5~10 mL蒸餾水,后緩慢加入15 mL濃硝酸,蓋表面皿,于電熱板上低溫加熱溶解樣品,蒸至約5 mL時(shí),取下冷至室溫后,緩慢加入10 mL (1+1)鹽酸,于電熱板上繼續(xù)加熱至樣品溶解,并蒸至約5 mL時(shí),取下,冷卻后用40 mL水吹洗表面皿及杯壁,蓋上表面皿,置于電熱板上煮沸,使可溶鹽類(lèi)全部溶解,取下冷卻至室溫。滴加乙酸-乙酸銨溶液至氫氧化鐵沉淀完全(若含鐵量極少時(shí),需加1 mL 100 g/L的三氯化鐵溶液),并過(guò)量1~2 mL,然后滴加氟化氫銨飽和溶液至氫氧化鐵沉淀消失,并過(guò)量1 mL,搖勻。加入1~2 g碘化鉀,用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡黃色,1 mL淀粉(10 g/L)溶液,滴至近終點(diǎn),加入10 mL硫氰酸鉀(100 g/L)溶液,繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失為終點(diǎn)。同時(shí)做試劑空白。
1.3.2 分析計(jì)算
冰銅中銅的含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)wCu計(jì),數(shù)值以%表示,按式(1)計(jì)算:
(1)
式中:c——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的實(shí)際濃度,mol/L
M——銅的摩爾質(zhì)量,單位為克每摩爾(g/mol)[M(Cu)=63.546];
V1——滴定試料溶液消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,mL
V2——滴定空白液消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,mL
m0——試樣稱(chēng)取的質(zhì)量,g
硝酸-氯酸鉀作為溶劑氧化劑消除樣品中硫、并氧化砷和銻,消除對(duì)測(cè)定的干擾。溶劑加入量太少,樣品溶不完全;加入量太多,增加測(cè)試成本。在冰銅的稱(chēng)樣量為0.2~0.3 g的前提下,含硫率為20%~30%的基礎(chǔ)上,考察了氯酸鉀固體加入量對(duì)溶樣過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
表2 氯酸鉀的用量實(shí)驗(yàn)Table 2 Adding amount of potassium chlorate
備注:氯酸鉀以固體加入,硝酸用量15 mL,鹽酸用量5 mL。
由表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,當(dāng)使用氯酸鉀和硝酸溶液處理樣品時(shí),氯酸鉀用量達(dá)到1.0 g之后,溶樣徹底,加鹽酸處理后溶液都能澄清,效果好,確定最佳氯酸鉀用量為1.0g,硝酸15 mL。
在溶樣過(guò)程中還要將過(guò)量的氧化劑消除,以避免對(duì)后續(xù)分析的影響。本方法采用的是蒸發(fā)減容分解硝酸,再加入鹽酸,分解過(guò)量的氯酸鉀,同時(shí)鹽酸用可以促進(jìn)樣品徹底溶解,使溶液變澄清。在空白對(duì)照,氯酸鉀用量1.0 g,硝酸用量15 mL的前提下,進(jìn)行鹽酸用量對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
表3 鹽酸用量條件實(shí)驗(yàn)Table 3 Condition experiment of Hydrochloric acid dosage
備注:半滴約為0.025 mL。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)不加入鹽酸時(shí),在pH值為3.5的緩沖體系下,滴定液的消耗量為半滴,約0.025 mL,而加入5 mL以上的鹽酸處理之后,空白對(duì)照不再消耗滴定液,同時(shí)鹽酸的加入也有利于促進(jìn)樣品的溶解,5 mL濃鹽酸可以滿(mǎn)足溶樣需求。
由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)庫(kù)中無(wú)冰銅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),故選取成分與冰銅較為相似的銅精礦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ZBK338C,按實(shí)驗(yàn)方法操作步驟分別測(cè)定9次,同時(shí)用國(guó)標(biāo)短碘量法分析測(cè)試9次,計(jì)算各自方法的相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。
表4 不同分析方法測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)樣品中銅含量Table 4 Copper content in standard samples determined by different analytical methods
表5 標(biāo)準(zhǔn)樣品中銅的測(cè)定結(jié)果 (n=9)Table 5 Analytical results of copper in standard samples (n=9)
從表5中的數(shù)據(jù)可知,本文方法測(cè)定的結(jié)果和國(guó)標(biāo)短碘量測(cè)定結(jié)果基本一致,與標(biāo)準(zhǔn)值接近,相對(duì)誤差較小,RSD%(n=9)值也僅為0.140%,方法的準(zhǔn)確度和精密度符合分析的要求[2]。
選取有代表性的3種冰銅樣品(分別為:高硫冰銅、普通冰銅和高砷冰銅),采用本文方法和國(guó)家短碘量法分別測(cè)定冰銅中銅含量,結(jié)果如表6和表7所示。
表6 不同分析方法的分析值 (n=9)Table 6 Analysis results of different analysis methods (n=9)
表7 不同分析方法結(jié)果對(duì)比(n=9)Table 7 Comparison of the results of different analytical methods (n=9)
由表6和表7可以看出,采用本方法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 3884.1-2012中的短碘量法測(cè)定冰銅中銅含量的測(cè)定結(jié)果基本吻合,本方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=9)均小于0.3%,略?xún)?yōu)于短碘量法,滿(mǎn)足分析要求。
本法試樣溶解迅速,能很好地解決硫磺包裹問(wèn)題,無(wú)需二次沉淀分離銅,分析結(jié)果準(zhǔn)確,滿(mǎn)足快速檢測(cè)的要求。
(1)實(shí)驗(yàn)方法中樣品處理過(guò)程簡(jiǎn)單,樣品溶解效果好,分析速度快,結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
(2)該方法用乙酸-乙酸銨調(diào)節(jié)pH,更好地控制酸度,氟化氫銨掩蔽鐵離子,無(wú)需繁瑣的沉淀分離,可一次完成銅含量測(cè)定,極大地提高了工作效率,滿(mǎn)足生產(chǎn)快速測(cè)定的要求。
(3)該分析方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比對(duì),結(jié)果無(wú)顯著差異,方法的精密度和準(zhǔn)確度均能滿(mǎn)足檢測(cè)要求。