濕法煉鋅銅渣中鎘量的測(cè)定方法與研究

武逸云

(白銀有色集團(tuán)股份有限公司 西北鉛鋅冶煉廠,甘肅 白銀 730900)

0 引言

鋅濕法冶煉過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生一定量的銅渣,由于價(jià)值較高,其產(chǎn)量、回收率及銅渣質(zhì)量等指標(biāo)倍受企業(yè)的關(guān)注。綜合回收這些有價(jià)金屬元素,不僅能綜合利用原料、保護(hù)環(huán)境,而且可以提高金屬回收率、降低生產(chǎn)成本。一般情況下,鋅精礦中的銅經(jīng)流態(tài)化焙燒以銅氧化態(tài)的形態(tài)轉(zhuǎn)入鋅焙砂,在浸出過(guò)程中又以硫酸銅的形態(tài)進(jìn)入硫酸鋅溶液,硫酸鋅溶液在凈化過(guò)程中,多采用鋅粉置換原理除去其中的銅,同時(shí)溶液中的鎘也一并進(jìn)入渣(銅鎘渣),在銅鎘渣回收系統(tǒng),銅鎘渣采用稀硫酸再浸出,銅鎘渣中鋅及鎘大部分進(jìn)入溶液,而銅則富集于渣,即銅渣。銅渣主要成分為金屬態(tài)的銅、鎘及鋅,一般銅含量在40%以上,鎘及鋅小于10%。多年來(lái),西北鉛鋅冶煉廠對(duì)銅渣中鎘量測(cè)定均借助于原子吸收分光光譜法,但誤差較大,對(duì)生產(chǎn)指導(dǎo)意義不大,導(dǎo)致銅渣指標(biāo)難以提高。為此,開(kāi)展銅渣中鎘量的測(cè)定新方法的探索和研究具有重要意義。

銅渣中鎘量的測(cè)定本方法針對(duì)于ICP-AES 法分析成本高和原子吸收分光光譜法分析結(jié)果偏差大等缺點(diǎn),以鹽酸-乙酸銨為底液,利用示波極譜儀有較高的分辨能力和抗先還原離子的干擾等特點(diǎn)測(cè)定銅渣中鎘量的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器

儀器使用JP-2c 型示波極譜儀。

1.2 試劑

(1)鹽酸:ρ1.19 g/mL。

(2)硝酸:ρ1.42 g/mL。

(3)極譜底液:稱取適量乙酸銨用蒸餾水加熱溶解,稍冷,加入適量鹽酸,待溶液冷卻后以水稀釋至1 000 mL,搖勻。分別配置成10%乙酸銨—5%鹽酸、10%乙酸銨—9%鹽酸、10%乙酸銨—10%鹽酸、10%乙酸銨—12% 鹽酸、10% 乙酸銨—15% 鹽酸、10%鹽酸—5%乙酸銨、10%鹽酸—9%乙酸銨、10%鹽酸—10%乙酸銨、10%鹽酸—15%乙酸銨、10%鹽酸—20%乙酸銨底液。

(4)抗壞血酸。

(5)鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液:取金屬鎘(99.999%)1.000 0 g 于300 mL 燒杯中,加入20 mL 硝酸(1 +1)加熱溶解至近干,加入10 mL 鹽酸(1 +1),冷卻后移入1 000 mL 容量瓶中,定容,搖勻,此標(biāo)準(zhǔn)每毫升含鎘1 mg。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.100 0 g 銅渣于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數(shù)分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,再加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干;用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽完全溶解,取下;加抗壞血酸使溶液中三價(jià)鐵的黃色完全消失并過(guò)量約0.1 g。將溶液移入盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。隨同試樣移取5.00 mL 鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/mL)于盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置備好的試樣溶液分別倒入電解杯中,進(jìn)行示波極譜儀攝圖,陽(yáng)極化,二極導(dǎo)數(shù)波,經(jīng)試驗(yàn)論證在原點(diǎn)電位-224 mV,出峰電位為-600 mv 區(qū)域,出現(xiàn)穩(wěn)定的鎘波,測(cè)其出峰峰值。純鎘的極譜波峰圖如圖1 所示,銅渣試樣的極譜波峰圖如圖2 所示,圖中橫坐標(biāo)為出峰電位(mv),縱坐標(biāo)為出峰峰值(μA)。

圖1 純鎘的極譜波峰圖

圖2 銅渣試樣的極譜波峰圖

2 結(jié)果討論

2.1 條件試驗(yàn)

2.1.1 鹽酸用量對(duì)極譜波峰峰值的的影響

稱取0.100 0 g 銅渣5 份于100 mL 燒杯中,分別加入5、8、10、12、15 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數(shù)分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解。蒸至小體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價(jià)鐵的黃色完全消失并過(guò)量約0.1g。將溶液移入盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進(jìn)行示波極譜儀攝圖。陽(yáng)極化,二極導(dǎo)數(shù)波,原點(diǎn)電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測(cè)其出峰峰值。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 鹽酸用量對(duì)極譜波出峰峰值的的影響

從表1 可以看出鹽酸加入量在8～12 mL 時(shí)可以獲得最大、最穩(wěn)定的極譜波峰,對(duì)測(cè)結(jié)果無(wú)明顯的影響,而且此處波形良好,因此本方法選用加入鹽酸10 mL 進(jìn)行測(cè)定。

2.1.2 硝酸用量對(duì)極譜波出峰峰值的影響

稱取0.100 0 g 銅渣5 份于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數(shù)分鐘后,再分別加入1、2、3、4、5 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。以下方法同2.1.1,測(cè)其出峰峰值。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

由表2 可以看出硝酸加入量在3 mL 時(shí)即可以獲得最大、最穩(wěn)定的極譜波峰,而且此處波形良好,因此本方法采用加入硝酸3 mL 時(shí)測(cè)定效果最好。

表2 硝酸用量對(duì)極譜波出峰峰值的影響

2.1.3 底液濃度的選擇對(duì)出峰峰值的影響

稱取0.100 0 g 銅渣10 份于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數(shù)分鐘后,再分別加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,以下方法同2.1.1,將溶液分別移入預(yù)先盛有25 mL 濃度分別是10%乙酸銨—5%鹽酸、10%乙酸銨—9%鹽酸、10% 乙酸銨—10% 鹽酸、10% 乙酸銨—12% 鹽酸、10%乙酸銨—15%鹽酸、10%鹽酸—5%乙酸銨、10%鹽酸—9% 乙酸銨、10% 鹽酸—10% 乙酸銨、10%鹽酸—15%乙酸銨、10%鹽酸—20%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進(jìn)行示波極譜儀攝圖。陽(yáng)極化,二極導(dǎo)數(shù)波,原點(diǎn)電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測(cè)其出峰峰值。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 底液濃度的選擇對(duì)出峰峰值的影響

從表3 中表明固定乙酸銨的濃度為10%時(shí),僅改變鹽酸用量從5%～15%,其它按操作步驟進(jìn)行操作,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,鹽酸用量在9%～12%時(shí),極譜峰高較穩(wěn)定。本法采用10%的鹽酸用量。固定鹽酸的用量為10%時(shí),相應(yīng)的改變乙酸銨的濃度從5%～20%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,乙酸銨的濃度對(duì)銅渣的測(cè)定影響不大,因溶液粘度增大,波峰電流值稍見(jiàn)降低,故采用10%乙酸銨的濃度比較合適。

2.1.4 10%鹽酸-10%乙酸銨底液用量對(duì)出峰峰值的的影響

稱取0.100 0 g 試樣5 份于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數(shù)分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至少體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價(jià)鐵的黃色完全消失并過(guò)量約0.1 g。將溶液分別移入預(yù)先盛有15、20、25、30、35 mL的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進(jìn)行示波極譜儀攝圖。陽(yáng)極化,二極導(dǎo)數(shù)波,原點(diǎn)電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測(cè)其出峰峰值,如表4 所示。

根據(jù)表4 可知,底液用量改變時(shí)對(duì)出峰峰值有不同程度的影響,在25 mL 時(shí)波峰穩(wěn)定,故采用25 mL 底液。

表4 10%鹽酸-10%乙酸銨底液用量對(duì)出峰峰值的的影響

2.2 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)

2.2.1 純標(biāo)準(zhǔn)用量的出峰峰值的線性

做純鎘標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),分別移取濃度為1 mg/mL 的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液1、2、3、5、10 mL 到預(yù)先盛有25 mL 底液(10%鹽酸-10%乙酸銨底液)50 mL 的5 個(gè)容量瓶中,以下按試樣分析步驟進(jìn)行,將溶液倒入電解杯中,進(jìn)行示波極譜儀攝圖。陽(yáng)極化,二極導(dǎo)數(shù)波,原點(diǎn)電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測(cè)其出峰峰值。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。

根據(jù)表5 可知,鎘標(biāo)準(zhǔn)加入量在1～10 mL 之間,標(biāo)準(zhǔn)線性好。

表5 純標(biāo)準(zhǔn)用量的出峰峰值的線性

2.2.2 測(cè)定步驟

稱取0.100 0 g 銅渣于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數(shù)分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,再加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽完全溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價(jià)鐵的黃色完全消失并過(guò)量約0.1 g。將溶液移入盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。將上述配置好的試樣溶液倒入電解杯中,進(jìn)行示波極譜儀攝圖,陽(yáng)極化,二極導(dǎo)數(shù)波,原點(diǎn)電位-224 mV,出峰電位為-600 mV 左右,測(cè)其出峰峰值,隨同試樣移取5.00 mL 鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/mL)于盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,以下按試樣分析步驟進(jìn)行操作,測(cè)其出峰峰值;用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法根據(jù)鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和出峰峰值計(jì)算出試樣溶液的鎘含量,進(jìn)一步得出銅渣試樣的含鎘量。

2.2.3 分析結(jié)果的計(jì)算

式中 M—所測(cè)試樣濃度,μg;

M—試樣質(zhì)量,g。

例如銅渣樣品0.100 0 g 按以上測(cè)定步驟的測(cè)定結(jié)果顯示如表6 所示。

表6 一銅渣樣品0.100 0 g 測(cè)定結(jié)果表

根據(jù)以上公式計(jì)算Cd(%)=6.22%。

2.2.4 純標(biāo)準(zhǔn)用量對(duì)銅渣結(jié)果的影響

分別稱取0.100 0 g 銅渣1#、2#于100 mL 燒杯中,加入10 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)加熱數(shù)分鐘后,再加3 mL 硝酸(ρ1.42 g/mL)使試樣完全分解,蒸至小體積,加3～5 mL 鹽酸(ρ1.19 g/mL)蒸至近干。用水吹洗表皿和杯壁,微沸使可溶鹽溶解。取下,加抗壞血酸使溶液中三價(jià)鐵的黃色完全消失并過(guò)量約0.1 g。將溶液移入預(yù)先盛有25 mL 的10%鹽酸-10%乙酸銨底液的50 mL 容量瓶中,洗凈燒杯,并稀釋至刻度,搖勻,備用。隨同試樣做純鎘標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),分別移取濃度為1 mg/mL 的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液1、2、3、5、10 mL 到預(yù)先盛有25 mL 底液(10%鹽酸-10%乙酸銨底液)50 mL 的5 個(gè)容量瓶中,以下按試樣分析步驟進(jìn)行,將溶液倒入電解杯中,進(jìn)行示波極譜儀攝圖。陽(yáng)極化,二極導(dǎo)數(shù)波,原點(diǎn)電位-224 mV,出峰電位-600 mV 左右,測(cè)其含量。分析結(jié)果按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法計(jì)算如表7 所示。

表7 隔標(biāo)準(zhǔn)加入量對(duì)結(jié)果的影響

由表5、6、7 可知,加入鎘準(zhǔn)溶液(1 mg/mL),1 mL 到10 mL 都比較穩(wěn)定,本方法中加入鎘準(zhǔn)溶液5 mL 測(cè)定時(shí)的量程與出峰峰值與樣品更為接近,可有效地減少測(cè)定誤差,故選用加入5 mL 的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.3 方法的精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)

2.3.1 方法的精密度

將同一樣品1#、2#按以上2.2.2 測(cè)定步驟平行做11 次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8 所示。

表8 精密度

2.3.2 方法的準(zhǔn)確度

與ICP-AES 測(cè)定結(jié)果比較如表9 所示。

表9 示波極譜法測(cè)定結(jié)果與ICP-AES 測(cè)定結(jié)果比較

2.3.3 回收率

稱取0.100 0 g 的銅渣1#、2#各2 份,處理好樣品后分別移入預(yù)先盛有25 mL 底液(10%鹽酸-10%乙酸銨底液)的50 mL 的四個(gè)容量瓶中,向后兩個(gè)容量瓶中1#、2#分別加入2.00 mL 鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/mL),隨同試樣做純標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn),以下按試樣分析步驟進(jìn)行操作。分析結(jié)果按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法計(jì)算結(jié)果,回收率如表10 所示。

表10 回收率

回收率在99.30%～100.50%,符合分析要求。

3 結(jié)論

該方法研究了高銅物料銅渣中鎘量的測(cè)定方法,此方法與經(jīng)典的鹽酸底液法、氨性底液法相比較,具有波形穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高、成本低的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也免除了氨氣對(duì)人體的傷害。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知,本方法較原子吸收分光光譜法和ICP-AES 法準(zhǔn)確度和精密度較高、回收率好、分析速度快、成本低,可以準(zhǔn)確可靠的測(cè)定銅渣中的鎘量,在實(shí)際應(yīng)用中效果好。因此,該分析方法無(wú)論是從分析結(jié)果的可靠程度、成本控制還是長(zhǎng)期生產(chǎn)應(yīng)用考慮,優(yōu)先選用該方法是科學(xué)合理的,不僅在生產(chǎn)工藝流程中起到了很好的指導(dǎo)作用,而且具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。