酸泥廢渣中金屬元素含量的測定★

程 浩

（山西省化工研究所（有限公司），山西 太原 030021）

1 酸洗污泥概述

不銹鋼作為一種金屬合金材料在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]，在不銹鋼件的加工過程中，會使用到含有鐵、鉻、鎳等金屬元素的材料[2]，所以，在其加工過程中在不銹鋼表面會粘上含有這些金屬雜質(zhì)的油污、毛刺和氧化物等形成不銹鋼表面缺陷，在后序的處理過程中需要使用酸洗處理工藝將表面的雜質(zhì)進(jìn)行處理[3]，但是，在酸洗過程會產(chǎn)生大量的化學(xué)污水，這些污水需要經(jīng)蒸發(fā)或者加入石灰來對于其進(jìn)行處理，經(jīng)過長時間的積累，在酸洗廢水中含有的有毒有害物質(zhì)，如果直接傾倒在地面上，會對地下水產(chǎn)生污染[4]，同時，由于不銹鋼生產(chǎn)工藝的不同，其產(chǎn)生的酸洗廢水中含有的有害成分也不同，由此導(dǎo)致在后續(xù)的廢水處理時所采用的工藝也就有所不同[5]，目前，國外酸泥廢渣根據(jù)成分不同采取了還原法、固化法、綜合利用法等處理方式。同時，在不銹鋼的生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)工藝的不同，酸泥廢渣的組成成分差別很大，為了選取恰當(dāng)?shù)膹U渣處理方式，剖析其成分便成為了十分重要的一環(huán)。

目前，國內(nèi)外關(guān)于不銹鋼酸泥廢渣的成分研究，僅限于鎳、鉻、鐵等主要元素，隨著固廢處理的要求日趨嚴(yán)格，不銹鋼企業(yè)對其進(jìn)行分析研究，確定組分并采取有效的無害化處理方式或回收利用勢在必行。這將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。所以，對于酸洗污泥中的金屬元素，尤其是有毒有害物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析就變得十分重要。本文利用濕法消解-原子吸收分光光度法對于酸泥廢渣中的K、Na、Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb 等11 種金屬元素含量進(jìn)行了測定，以便對酸泥廢渣的下一步處理提供數(shù)據(jù)支撐。

2 實驗部分

2.1 主要原料

濃鹽酸、濃硝酸、高氯酸、氫氟酸、雙氧水，均為分析純；K、Na、Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

2.2 設(shè)備及測試儀器

原子吸收光譜儀（配備空心陰極燈）；石墨濕法消解爐；萬分之一天平；聚四氟乙烯消解管。

2.3 樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱取混勻后的樣品50 g 于100 mL 烘干的瓷蒸發(fā)皿中，并置于烘箱內(nèi)，105 ℃烘2 h。取出后放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h 至常溫，重復(fù)操作幾次后，于干燥器中冷卻至常溫。將干燥后的酸泥廢渣粉碎至100 目（0.15 mm）以下，待測。用天平稱取干燥后的粉末樣品適量（依據(jù)待測元素種類在方法中的檢出限稱取相應(yīng)質(zhì)量樣品）于聚四氟乙烯消解管中，加入5 mL硝酸、3 mL 高氯酸、2 mL 氫氟酸，輕輕搖勻，置于消解儀中，170 ℃消解3 h，待固體樣品消失，轉(zhuǎn)化為棕黑色均一溶液后，沿消解管壁緩慢滴加0.5 mL 硝酸，繼續(xù)消解1 h，滴加雙氧水至溶液變白或淡黃色。取出冷卻，用水轉(zhuǎn)移定容至250 mL，搖勻備用。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

按照GB 602—2002 中K、Na、Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法，分別配制上述11種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度均為0.1 mol/L。

2.5 儀器參數(shù)

本實驗中使用原子吸收分光光度計的測定參數(shù)見下頁表1。

表1 原子吸收光譜儀測定參數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取5 只100 mL 容量瓶，分別加入待測金屬的標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1、2、3、4 mL，各加入25 mL 硝酸溶液，用水稀釋至刻度，搖勻。0 mL 為標(biāo)準(zhǔn)空白。

在原子吸收分光光度計上，選擇待測元素，自動執(zhí)行譜線搜索以獲得待測元素的最大吸收波長，按儀器工作條件，用空氣-乙炔火焰，以標(biāo)準(zhǔn)空白調(diào)零，在待測元素的波長處測定溶液的吸光度。

以上述溶液中各待測金屬元素的質(zhì)量為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線，得到線性回歸方程。K、Na、Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb 等11 種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線見表2。

表2 金屬元素測定線性回歸方程

3.2 酸泥廢渣中金屬元素含量測定

在原子吸收分光光度計上，按儀器工作條件，用空氣-乙炔火焰，以標(biāo)準(zhǔn)空白調(diào)零，將消解好的樣品在待測元素的波長處測定溶液的吸光度。根據(jù)試液的吸光度值從工作曲線上儀器自動計算出待測溶液中金屬元素的含量。表3 結(jié)果表明，酸泥廢渣中含有大量的Ca、Fe 以及Cr，而Ni 與Cd 的含量較低，其中Cr如果直接排放會對環(huán)境造成危害，所以，通過測定Cr的含量對于下一步處理Cr 提供了較為準(zhǔn)確的理論支持。

表3 樣品測定結(jié)果

3.3 加標(biāo)回收率及精密度結(jié)果測定

為了驗證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，對酸泥廢渣中的11 種金屬元素進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，各元素加標(biāo)量見表4。根據(jù)表1 中儀器的參數(shù)條件進(jìn)行測定，K、Na、Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb 的加標(biāo)回收率測定結(jié)果見表4。由表4 結(jié)果可知，符合實驗的要求。

表4 加標(biāo)回收測定值

4 結(jié)語

隨著全球鋼鐵行業(yè)發(fā)展步伐的不斷加速，酸洗酸泥的產(chǎn)量也在快速增加，在本文中，通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，采用濕法消解-原子吸收光譜法進(jìn)行酸泥廢渣中金屬元素的檢測時，前期消解過程簡單快速，原子吸收光譜儀檢測的11 種金屬的加標(biāo)回收率為96.0%～105%，均符合實驗要求，因此，本實驗方法可以作為不銹鋼酸泥廢渣中金屬元素含量檢測的一種方法。

但是，酸泥廢渣中金屬元素的前處理和檢測方法有很多種，包括前處理中的濕法消解法、干灰化法、微波消解法等。檢測方法有原子吸收分光光度法、原子熒光分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等。不同的方法有各自相應(yīng)的適用性，尤其是要考慮到酸泥廢渣的產(chǎn)生過程的多樣性等因素，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法，以達(dá)到對不銹鋼酸泥廢渣中金屬元素含量準(zhǔn)確測定的目的。