火焰原子吸收光谱法测定拜尔法赤泥中钠

火焰原子吸收光谱法测定拜尔法赤泥中钠

通过该方法生产氧化的碳硅污泥，将其排放在1.1.1.5kg/s的白污泥中。赤泥属强碱性有害固体废弃物,含水率高、比表面积大、组成和性质复杂,使其无害化、再资源化综合利用已成为全世界的研究热点。目前只有少量的赤泥用拜耳-低温煅烧法实现了赤泥的再资源化循环利用;大量堆存的碱性赤泥仍在占用和碱化土地、污染环境和地下水源,将给人类的生存环境造成严重危害。另外,赤泥中含稀有金属、稀土金属及铝、铁等有价成分,开发赤泥的无害化和充分、综合地实现这一类有价值元素资源的再循环利用工艺技术将具有重要的经济价值和社会意义。而开发、实现该工艺技术的基础条件是必须准确、快速地分析出赤泥中化学碱(Na2O)含量。赤泥中化学碱含量(钠)通常采用X射线荧光光谱法和火焰原子吸收光谱法测定。其中X射线荧光光谱法尚未在工业化大生产中推广应用;火焰原子吸收光谱法在测量碱金属和碱土金属方面有独特的技术优势,曾用于赤泥和氧化铝生产过程中生料、熟料中钠含量的分析,但均采用酸溶解试样,仅能分析出样品中的碱性可溶物含量。为此,本研究在氢氧化钾熔融赤泥、盐酸溶样的基础上,以Na588.99nm谱线为分析线,测定拜耳法生产氧化铝赤泥中化学碱含量,为开发赤泥的无害化、再资源化和综合合理利用提供分析方法和基础实验数据。1实验部分1.1钠、钾标准工作溶液AA-7000型火焰原子吸收分光光度计(北京东西分析仪器有限公司),钠元素空心阴极灯(北京东西分析仪器有限公司)。钠标准储备液:1000μg/mL,准确称取2.5240g经110℃干燥2h的氯化钠(纯度的99.99%)溶于水中并定容至1000mL,保存于聚乙烯瓶中;钠标准工作溶液:30μg/mL,准确吸取3.00mL上述钠标准储备液用水稀释,定容至100mL;K+标准溶液:10000μg/mL,称取9.5000g氯化钾置于烧杯中,加水定容到500mL;赤泥取自山西某铝厂。1.2燃烧高度ma测定波长为588.99nm,灯电流为3mA,光谱带宽为0.2nm,空气流量为5L/min,乙炔气流量为1.5L/min,燃烧器高度为10mm。1.3实验方法1.3.1铺设koh、铺设coh取三份半年以上存期不同的赤泥试样若干,分别研磨成100目的粉末,在120℃干燥后,准确称取0.2500g置于银坩埚中,坩埚底部已预先铺有1.5gKOH,并在赤泥样品上部再覆盖约1.5gKOH。把坩埚放入电阻炉中升温至700℃、保温20min;熔融、冷却至室温,置于电热板上加热,并分数次加入20mLHCl(1+1)至试样全部溶化、冷却,转移至250mL容量瓶中,用水洗坩埚壁三次,洗涤液一并转入250mL容量瓶中,以水定容,摇匀备用。1.3.2标准工作溶液取5.00mL上述赤泥样品溶液于100mL容量瓶中,以水定容,备用。再分别吸取此样品溶液各5.00mL于6个100mL容量瓶中,各加入20mLK+标准溶液,再分别加入0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL钠标准工作溶液,以水定容、摇匀。1.3.3测量按实验确定的仪器工作条件,以不含钠标液的试液为空白溶液,调零并扣除空白值后依次进行测定。仪器自动拟合吸收曲线并直接获得样品测定值。2结果与讨论2.1燃烧高度对火焰稳定效果的影响将空气流量调节为5L/min,乙炔流量依次调节为0.5～2.5L/min进行试验。结果表明,随着燃助比的增加,吸光度呈先增加后衰减的趋势,在燃助比为0.3时,吸光度值最大。当燃烧器高度为10mm时,火焰稳定、且原子化率好。本法选择的燃助比为0.3,燃烧器高度为10mm。2.2共振线/分光光度法在燃助比为0.3时,改变光谱通带为0.10～1.00nm进行试验。结果表明,在光谱通带为0.2nm时吸光度值最大且稳定。这说明过小的光谱通带使可利用的光强度减弱,在测试中需增大负高压,这样会降低信噪比,影响到仪器的稳定性及分析的精密度及准确度;虽然钠的共振线单一,但过宽的通带宽度会增加最靠近的非共振线干扰,使线性范围变窄,降低分析灵敏度及准确度。本法选择的光谱通带为0.2nm。2.3碱熔剂的不溶物把赤泥试样直接用20mLHCl(1+1)、H2SO4(1+1)和王水进行溶解后发现,盐酸溶解所得试液虽然澄清,但总有少量不溶物出现;硫酸溶解所得试液浑浊、有大量的悬浮状不溶物;王水溶解后,其现象与盐酸溶解类似。这一结果与文献相同,该不溶物是赤泥中的不可溶碱性物质。把赤泥试样碱熔后分别再用20mLHCl(1+1)、H2SO4(1+1)和王水进行溶解,比较后发现,H2SO4(1+1)和王水溶解后的试液虽然较原试样直接溶解的溶液澄清,但亦有不同程度的浑浊出现,而盐酸溶解后的试液因其反应完全,试液澄清。这说明经碱熔的赤泥矿相中所有钠元素已全部溶解于HCl(1+1)中,浑浊现象可能是某些不可溶碱性物质所致。因此实验采用碱熔后再用HCl(1+1)溶解的方法处理样品。2.4k+浓度对火焰中na基态原子原子化率的影响取6份5.00mL赤泥试液,分别加入3mL钠标准工作溶液,再分别加入0.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00mLK+标准溶液,以水定容于100mL容量瓶中,摇匀后测定Na的吸光度。结果表明,吸光度随着抑制剂K+浓度的增加而增大,当K+浓度达到2000μg/mL时,吸光度值最大并趋于稳定;而吸光度值的相对标准偏差(RSD,n=5)随K+浓度的增加逐渐变小。这是因为试液中Na+在火焰中会发生电离,其电离程度随K+浓度的增加而减小;当待测试液中K+浓度达到2000μg/mL时,火焰中Na基态原子的原子化率最大且稳定。因此,实验选择2000μg/mLK+溶液为抑制剂来消除Na的电离干扰。2.5钠的质量浓度与吸光度的关系在选定的实验条件下对钠的标准系列溶液进行测定,得到线性方程和相关系数,见表1。通过试验得知,钠的质量浓度在0.01～2.0mg/L范围内与吸光度呈良好的线性关系。对不含钠标液的空白试液平行测定11次,以DL=3SD/k(DL为检出限,SD为空白试剂测定的标准偏差,k为校准曲线斜率)计算,得出钠元素的检出限为0.0051μg/mL。2.6标准曲线法与标准曲线法实验结果比较待测的赤泥试样中含有Si、Al、Fe、Ca、Ti等金属元素,它们与Na无临近干扰线,但赤泥中Si、Al、F