測定銅冶煉煙灰中鉑和鈀的含量

0 引言

銅冶煉會產生大量煙灰，這些煙灰由專門的布袋收集得 來。煙灰中除了大量廢棄物以外，還含有大量有價值的金屬元 素。當然煙灰中金屬元素的成分會因為入爐原材料的不同而不 同。銅冶煉煙灰中主要金屬元素包括銅、鉛、鋅、錫，此外，銅冶 煉煙灰中還富含多種珍稀貴金屬如金銀鉑鈀等。要對銅冶煉煙 灰中的珍稀貴金屬進行回收，首先需要準確測定煙灰中貴金屬 的含量。當前針對銅冶煉煙灰中鉑鈀含量的測定方法較多，包 括原子吸收光譜法、分光光度法等，這些方法都有其優勢和不 足，其中原子吸收光譜法在測定過程中靈敏度較低，而且穩定 性較差，而分光光度法需要進行萃取分離，測定過程中需要大 量有毒試劑，而且需要進行大量實驗操作，在應用過程中存在 較大局限性。由于銅冶煉煙灰中含有多種成分，為了取得良好 測定效果，考慮采取火試金富集，同時結合電感耦合等離子體 發射光譜法科學測定銅冶煉煙灰中鉑鈀的含量。這種方法操作 簡單，所需時間少，快速準確，在實際應用過程中能夠滿足各種 需要，已經成為測定銅冶煉煙灰中鉑鈀含量的首選方法。

1 測定過程

1.1 所需測定儀器、設備和相關試劑

本次實驗所需儀器及設備：箱式電阻爐；精密天平；耐火粘土 坩堝，容積300mL；灰皿；ICP6300 電感耦合等離子體發射光譜儀。 本次實驗所需試劑有：無水碳酸鈉，工業純、粉狀；工業純 粉狀氧化鉛(PbO，黃丹)，( 含金＜0.02g/t，含銀＜2g/t)；工業純粉 狀硼砂(Na2 B4 O7 ·5H2 O)；工業純二氧化硅；面粉；工業純硝石； 硝酸(ρ1.42g/mL)，AR；硝酸溶液(1+7)；鹽酸(ρ1.19g/mL)，AR； 鹽酸(2+1)；鹽酸(1+9)；王水；冰乙酸(1+3)；氯化鈉。 鉑標準儲備液：稱取0.1000g 純金屬鉑放入100mL 燒杯中， 加入15mL 鹽酸、5mL 硝酸，將燒杯置于電熱板上，進行低溫加 熱，待其溶解完成后，加入5 滴氯化鈉溶液，蒸發干燥，進一步 使用鹽酸(2+1) 反復蒸干，這個過程的目的在于去除儲備液中 的硝酸，再次加入20mL 鹽酸(2+1)，采用鹽酸(2+1) 進行稀釋， 直到刻度，混勻。得到的溶液中1mL 含1.00mg 鉑。鈀標準儲備液：稱取0.1000g 純金屬鈀，將其放入100mL 燒杯中，加入15mL 鹽酸、5mL 硝酸，實施低溫加熱，促使鈀金屬完全溶解，加入5 滴 200g/L 的氯化鈉溶液，加入10mL 鹽酸和20mL 水，再次加熱，用 水稀釋至刻度，混勻。得到鈀標準儲備液，1mL 中含1.00mg 鈀。 鉑、鈀混合標準工作溶液：移取鉑標準儲備液和鈀標準儲 備液各10mL，注入100mL 容量瓶中，在此基礎上加入10mL 鹽 酸，用水稀釋，達到刻度以后停止，將容量瓶中液體搖勻。得到 鉑鈀混合標準溶液，1mL 中鉑和鈀的含量都是100μg。

1.2 制備相關標準溶液

移取鉑、鈀混合標準工作溶液0mL，0.20mL，0.50mL，1.00mL， 3.00mL，5.00mL 置于對應容量瓶中，加入10mL 王水，用去離子 水進行稀釋，將溶液混勻。得到鉑鈀混合標準工作溶液。

1.3 試樣制備

將其放入105℃烘箱中烘2h，然后進行冷卻，直到達到室 溫，備用。

1.4 測定過程

(1) 稱取試料：稱取試樣10～25g 試樣。
(2) 準備配料：將35g 碳酸鈉，200g 氧化鉛，15g 石英砂，8g 硼 砂，面粉或硝石置于粘土坩堝中，混勻后覆蓋10mm 厚度覆蓋劑。
(3) 熔融：將粘土坩堝放入熔融電爐內，熔融電爐內部溫度 為900℃，關閉爐門，調高爐內溫度，最高溫度為1100℃，這個過 程需要在一個小時內完成，當爐內溫度達到1100℃后，保持這 個溫度10min，取出坩堝。旋轉坩堝數次，在坩堝底部敲擊2～3 下，這么做的目的在于促使附著在粘土坩堝壁上的鉛珠脫離， 下一步將坩堝中的熔融物倒入鑄鐵模中，在這個過程中，需要 注意提前將鑄鐵模加熱到對應溫度。等到熔融物和鑄鐵模冷卻 后，將渣與鉛扣分離，稱重。
(4) 灰吹：將鉛扣置于鎂砂灰皿中，注意提前將鎂砂灰皿 進行加熱達到相應溫度，關閉爐門3～5min，在爐內熱度的作用 下，鉛開始熔融，等到鉛脫膜將爐門打開一部分，此時注意科學 控制爐內溫度，一般控制在880℃，當溫度達到穩定狀態就可以 實施灰吹。注意觀察，當合粒出現光輝點，灰吹完成。取出灰皿， 降溫后取出合粒。
(5) 測定：在瓷坩堝中放入合粒，加入冰乙酸，冰乙酸的加 入量控制在10mL，進一步實施加熱，當達到微沸狀態時停止加 熱，保持微沸狀態10min，然后倒出坩堝內酸液，使用自來水對 坩堝進行沖洗，烘干。將合粒敲成薄片后，放回瓷坩堝。 在瓷坩堝中加入15～20mL 熱硝酸，再次實施低溫加熱， 促使坩堝中的合粒溶解，當坩堝內反應基本停止后繼續加熱， 保持5～10min，然后倒出溶液，再次使用蒸餾水洗；此時坩堝中 出現硝酸不溶物，針對這些硝酸不溶物使用王水進行溶解，對 其進行加熱，最終杯底無黑色不溶物，將得到的溶液進行轉移， 對其進行溶縮得到對應體積，實施冷卻，將溶液定容至25mL 比 色管中，混勻，靜置；在選定的波長環境下進行等離子體光譜 鉑、鈀測定。

2 測定結果

2.1 選擇分析譜線

比較鉑、鈀各譜線的靈敏度及光譜干擾情況，找到干擾最小、背景最低、信噪比最高的分析譜線，最終得到的分析譜線為 Pt265.945nm，Pd340.458nm。

2.2 選擇介質及酸度

本次實驗分別采用硝酸、鹽酸、王水，實驗結果顯示鈀的譜 線強度會隨著硝酸用量出現一定程度下降，鹽酸、王水對鉑、鈀 的測定無明顯影響。本次實驗中使用的金粒需要使用王水，基 于以上因素，最終選擇體積分數10% 的王水體系。

2.3 共存元素干擾影響

銅冶煉煙灰中的大部分賤金屬可以在火試金過程中除去， 分金液中的銀可以氯化銀形式沉淀，這些操作大大降低了溶液 中的雜質，分析顯示，溶液中除Au、Ag 外，還有少量的Pb、Bi。本 次實驗溶液中各元素所示的共存量內不影響鉑、鈀的測定。

2.4 方法的精密度試驗

用銅冶煉煙灰1、4 號樣品，按本文擬定的試驗方法重復測 定7 次，其中1 號樣品Pt 七次測定值分別是1.22、1.19、1.25、1.26、 1.21、1.16、1.20，平均值為1.21，Pd 七次測定值分別是9.56、9.25、 9.65、9.39、9.50、9.41、9.78，平均值為9.51；4 號樣品Pt 七次測定值 分別是7.06、7.01、7.27、7.15、7.23、7.43、7.00，平均值為7.16，Pd 七 次測定值分別是0.83、0.85、0.76、0.78、0.80、0.81、0.79，平均值 為0.80。相對標準偏差(RSD/%) 為1.86%～3.79%。

2.5 方法的準確度試驗

稱取適量的1、2、4、7 號煙灰樣品，分別加入Pt、Pd 標準溶 液，按試驗方法進行測定。結果顯示鉑、鈀樣品加標回收率均在 96%～102% 之間。

3 結語

上海博迅銅冶煉會產生大量煙灰，這些煙灰中富含多種貴金屬。煙 灰是提取各種貴金屬的重要材料，為了準確檢測煙灰中各種金 屬的含量，需要采用科學方法。近年來電感耦合等離子體發射光 譜法在測定煙灰中鉑鈀含量方面得到廣泛應用，這種方法優勢 較多，首先電感耦合等離子體發射光譜法操作簡單，實驗所需時 間少，測定結果快速準確，在實際應用過程中能夠滿足各種需 要，在應用中成為測定銅冶煉煙灰中鉑鈀含量的首選方法。本次 實驗對多個標本中的鉑鈀含量進行測定，結果顯示鉑的相對標 準偏差為3.26%～3.79%，鈀的相對標準偏差為1.86%～2.19%。 檢測結果顯示，鉑和鈀加標回收率達到96%～102%。本次實驗 針對銅冶煉煙灰中鉑鈀含量的測定采用電感耦合等離子體發 射光譜法，實驗結果顯示測定結果準確快速，本方法在測定煙 灰中鉑鈀含量方面的精密度和準確度均良好，能夠滿足實際需 要，是測定銅冶煉煙灰中鉑和鈀含量的一個有效方法。