火焰原子吸收光譜法測(cè)定拜爾法赤泥中鈉

通過(guò)該方法生產(chǎn)氧化的碳硅污泥，將其排放在1.1.1.5kg/s的白污泥中。赤泥屬?gòu)?qiáng)堿性有害固體廢棄物,含水率高、比表面積大、組成和性質(zhì)復(fù)雜,使其無(wú)害化、再資源化綜合利用已成為全世界的研究熱點(diǎn)。目前只有少量的赤泥用拜耳-低溫煅燒法實(shí)現(xiàn)了赤泥的再資源化循環(huán)利用;大量堆存的堿性赤泥仍在占用和堿化土地、污染環(huán)境和地下水源,將給人類的生存環(huán)境造成嚴(yán)重危害。另外,赤泥中含稀有金屬、稀土金屬及鋁、鐵等有價(jià)成分,開(kāi)發(fā)赤泥的無(wú)害化和充分、綜合地實(shí)現(xiàn)這一類有價(jià)值元素資源的再循環(huán)利用工藝技術(shù)將具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。而開(kāi)發(fā)、實(shí)現(xiàn)該工藝技術(shù)的基礎(chǔ)條件是必須準(zhǔn)確、快速地分析出赤泥中化學(xué)堿(Na2O)含量。赤泥中化學(xué)堿含量(鈉)通常采用X射線熒光光譜法和火焰原子吸收光譜法測(cè)定。其中X射線熒光光譜法尚未在工業(yè)化大生產(chǎn)中推廣應(yīng)用;火焰原子吸收光譜法在測(cè)量堿金屬和堿土金屬方面有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),曾用于赤泥和氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中生料、熟料中鈉含量的分析,但均采用酸溶解試樣,僅能分析出樣品中的堿性可溶物含量。為此,本研究在氫氧化鉀熔融赤泥、鹽酸溶樣的基礎(chǔ)上,以Na588.99nm譜線為分析線,測(cè)定拜耳法生產(chǎn)氧化鋁赤泥中化學(xué)堿含量,為開(kāi)發(fā)赤泥的無(wú)害化、再資源化和綜合合理利用提供分析方法和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1實(shí)驗(yàn)部分1.1鈉、鉀標(biāo)準(zhǔn)工作溶液AA-7000型火焰原子吸收分光光度計(jì)(北京東西分析儀器有限公司),鈉元素空心陰極燈(北京東西分析儀器有限公司)。鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:1000μg/mL,準(zhǔn)確稱取2.5240g經(jīng)110℃干燥2h的氯化鈉(純度的99.99%)溶于水中并定容至1000mL,保存于聚乙烯瓶中;鈉標(biāo)準(zhǔn)工作溶液:30μg/mL,準(zhǔn)確吸取3.00mL上述鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用水稀釋,定容至100mL;K+標(biāo)準(zhǔn)溶液:10000μg/mL,稱取9.5000g氯化鉀置于燒杯中,加水定容到500mL;赤泥取自山西某鋁廠。1.2燃燒高度ma測(cè)定波長(zhǎng)為588.99nm,燈電流為3mA,光譜帶寬為0.2nm,空氣流量為5L/min,乙炔氣流量為1.5L/min,燃燒器高度為10mm。1.3實(shí)驗(yàn)方法1.3.1鋪設(shè)koh、鋪設(shè)coh取三份半年以上存期不同的赤泥試樣若干,分別研磨成100目的粉末,在120℃干燥后,準(zhǔn)確稱取0.2500g置于銀坩堝中,坩堝底部已預(yù)先鋪有1.5gKOH,并在赤泥樣品上部再覆蓋約1.5gKOH。把坩堝放入電阻爐中升溫至700℃、保溫20min;熔融、冷卻至室溫,置于電熱板上加熱,并分?jǐn)?shù)次加入20mLHCl(1+1)至試樣全部溶化、冷卻,轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中,用水洗坩堝壁三次,洗滌液一并轉(zhuǎn)入250mL容量瓶中,以水定容,搖勻備用。1.3.2標(biāo)準(zhǔn)工作溶液取5.00mL上述赤泥樣品溶液于100mL容量瓶中,以水定容,備用。再分別吸取此樣品溶液各5.00mL于6個(gè)100mL容量瓶中,各加入20mLK+標(biāo)準(zhǔn)溶液,再分別加入0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL鈉標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,以水定容、搖勻。1.3.3測(cè)量按實(shí)驗(yàn)確定的儀器工作條件,以不含鈉標(biāo)液的試液為空白溶液,調(diào)零并扣除空白值后依次進(jìn)行測(cè)定。儀器自動(dòng)擬合吸收曲線并直接獲得樣品測(cè)定值。2結(jié)果與討論2.1燃燒高度對(duì)火焰穩(wěn)定效果的影響將空氣流量調(diào)節(jié)為5L/min,乙炔流量依次調(diào)節(jié)為0.5～2.5L/min進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明,隨著燃助比的增加,吸光度呈先增加后衰減的趨勢(shì),在燃助比為0.3時(shí),吸光度值最大。當(dāng)燃燒器高度為10mm時(shí),火焰穩(wěn)定、且原子化率好。本法選擇的燃助比為0.3,燃燒器高度為10mm。2.2共振線/分光光度法在燃助比為0.3時(shí),改變光譜通帶為0.10～1.00nm進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明,在光譜通帶為0.2nm時(shí)吸光度值最大且穩(wěn)定。這說(shuō)明過(guò)小的光譜通帶使可利用的光強(qiáng)度減弱,在測(cè)試中需增大負(fù)高壓,這樣會(huì)降低信噪比,影響到儀器的穩(wěn)定性及分析的精密度及準(zhǔn)確度;雖然鈉的共振線單一,但過(guò)寬的通帶寬度會(huì)增加最靠近的非共振線干擾,使線性范圍變窄,降低分析靈敏度及準(zhǔn)確度。本法選擇的光譜通帶為0.2nm。2.3堿熔劑的不溶物把赤泥試樣直接用20mLHCl(1+1)、H2SO4(1+1)和王水進(jìn)行溶解后發(fā)現(xiàn),鹽酸溶解所得試液雖然澄清,但總有少量不溶物出現(xiàn);硫酸溶解所得試液渾濁、有大量的懸浮狀不溶物;王水溶解后,其現(xiàn)象與鹽酸溶解類似。這一結(jié)果與文獻(xiàn)相同,該不溶物是赤泥中的不可溶堿性物質(zhì)。把赤泥試樣堿熔后分別再用20mLHCl(1+1)、H2SO4(1+1)和王水進(jìn)行溶解,比較后發(fā)現(xiàn),H2SO4(1+1)和王水溶解后的試液雖然較原試樣直接溶解的溶液澄清,但亦有不同程度的渾濁出現(xiàn),而鹽酸溶解后的試液因其反應(yīng)完全,試液澄清。這說(shuō)明經(jīng)堿熔的赤泥礦相中所有鈉元素已全部溶解于HCl(1+1)中,渾濁現(xiàn)象可能是某些不可溶堿性物質(zhì)所致。因此實(shí)驗(yàn)采用堿熔后再用HCl(1+1)溶解的方法處理樣品。2.4k+濃度對(duì)火焰中na基態(tài)原子原子化率的影響取6份5.00mL赤泥試液,分別加入3mL鈉標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,再分別加入0.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00mLK+標(biāo)準(zhǔn)溶液,以水定容于100mL容量瓶中,搖勻后測(cè)定Na的吸光度。結(jié)果表明,吸光度隨著抑制劑K+濃度的增加而增大,當(dāng)K+濃度達(dá)到2000μg/mL時(shí),吸光度值最大并趨于穩(wěn)定;而吸光度值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)隨K+濃度的增加逐漸變小。這是因?yàn)樵囈褐蠳a+在火焰中會(huì)發(fā)生電離,其電離程度隨K+濃度的增加而減小;當(dāng)待測(cè)試液中K+濃度達(dá)到2000μg/mL時(shí),火焰中Na基態(tài)原子的原子化率最大且穩(wěn)定。因此,實(shí)驗(yàn)選擇2000μg/mLK+溶液為抑制劑來(lái)消除Na的電離干擾。2.5鈉的質(zhì)量濃度與吸光度的關(guān)系在選定的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)鈉的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行測(cè)定,得到線性方程和相關(guān)系數(shù),見(jiàn)表1。通過(guò)試驗(yàn)得知,鈉的質(zhì)量濃度在0.01～2.0mg/L范圍內(nèi)與吸光度呈良好的線性關(guān)系。對(duì)不含鈉標(biāo)液的空白試液平行測(cè)定11次,以DL=3SD/k(DL為檢出限,SD為空白試劑測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差,k為校準(zhǔn)曲線斜率)計(jì)算,得出鈉元素的檢出限為0.0051μg/mL。2.6標(biāo)準(zhǔn)曲線法與標(biāo)準(zhǔn)曲線法實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較待測(cè)的赤泥試樣中含有Si、Al、Fe、Ca、Ti等金屬元素,它們與Na無(wú)臨近干擾線,但赤泥中Si、Al、F