邻二氮菲分光光度法测定赤泥和石灰石混匀度_李令.pdf

2009 年 8 月 August 2009 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 28，No． 4 394 ～396 收稿日期 2008- 09- 12; 修订日期 2008- 12- 29 基金项目 贵州省重点技术创新项目 赤泥综合利用技术研发资助 081016 作者简介 李令 1985 － ， 男， 湖南衡阳人， 在读硕士研究生， 主要从事资源化工、 分析化学研究。E- mail liling19851216163． com。 通讯作者 朱云勤 1951 － ， 男， 湖南衡阳人， 教授， 主要从事分析化学、 资源化工研究。E- mail qinzhu5152 sina． com。 文章编号 02545357 2009 04039403 邻二氮菲分光光度法测定赤泥和石灰石混匀度 李令1，朱云勤1*，张菊1，刘凯萍2，孟铁宏1，江鸥1 1． 贵州大学理学院，贵州 贵阳550025; 2． 贵州平坝宏大铝化工有限公司，贵州 安顺561108 摘要 用盐酸提取赤泥和石灰石的混合料后， 通过邻二氮菲分光光度法测定提取液中铁含量， 进而求得混合料中氧化铁的 质量分数， 以此来衡量混匀度。结果表明， 该法与重铬酸钾法比较， 精密度和准确度均无显著性差异， 测定混匀度的相对误 差在 2， 且方法简便、 快速、 准确、 对环境友好， 可用于生产实时监控。 关键词 邻二氮菲; 分光光度法; 赤泥; 石灰石; 混匀度 中图分类号 O657． 2文献标识码 B Determination of Mixedness Degree of Red Mud and Limestone by Spectrophotometry with 1， 10- Phenanthroline LI Ling1，ZHU Yun- qin1*，ZHANG Ju1，LIU Kai- ping2，MENG Tie- hong1，JIANG Ou1 1． College of Science，Guizhou University，Guiyang550025，China; 2． Guizhou Pingba Hongda Aluminates Chemicals Company Limited，Anshun561108，China Abstract A for the determination of mixedness degree of red mud and limestone by spectrophotometry with 1， 10- phenanthroline was developed． The mixture of red mud and limestone was dissolved by hydrochloric acid，and iron content in the sample solution was determined by spectrophotometry with 1， 10- phenanthroline． The mass fraction of Fe2O3in the mixture was calculated and used as a representation of mixedness degree． The results of the study show that the new provides similar precision and accuracy for the mixedness degree determination with the dichromate titration with relative errors of about 2． The new also provides the advantages of simple operation， more efficiency， environment- friendly and is in favor of real- time monitoring in production． Key words 1， 10- phenanthroline; spectrophotometry; red mud; limestone; mixedness degree 赤泥是氧化铝生产的碱性废弃物， 排放量大， 污染严 重， 其综合利用是一个世界性难题， 一般都是将赤泥改性后 再进行利用 ［1 －2 ］。贵州大学 － 贵州平坝宏大铝化工有限公 司技术开发中心将拜尔法赤泥和石灰石按一定配比在一定 温度下烧结改性后， 对其中的铝、 碱进行回收， 取得了很好 的成效。赤泥和石灰石混合料 简称混合料 的混合均匀 程度 简称混匀度 直接影响回收率， 因此混匀度的准确测 定对实际生产具有重要指导意义。以混合料中氧化铁的含 量 质量分数 来衡量混匀度未见文献报道。混合料中的 常量铁可采用重铬酸钾法 ［3 ］进行测定， 简便快速， 准确度 高， 但由于需要使用 HgCl2， 污染环境， 现已逐渐被无汞定铁 法、 光度法等取代 ［3 －10 ］。本文采用 1， 10 － 邻二氮菲分光光 度法测定混合料中氧化铁的含量 质量分数 以衡量混匀 度， 力求寻找一种快速、 简便、 准确、 对环境友好， 并能对生 产进行实时监控的方法。 1实验部分 1． 1仪器和主要试剂 722 型分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司 ; FA2004 分析天平。 1， 10 － 邻二氮菲 － 盐酸羟胺 － 乙酸 － 乙酸钠混合液 称取 100 g 无水乙酸钠和 5 g 盐酸羟胺， 分别溶于水; 称取 0． 25 g 1， 10 － 邻二氮菲溶于 15 mL 乙酸中， 将 3 种溶液混 合， 用水稀释至 1 L。 铁标准溶液 称取一定量经高温灼烧过的高纯 Fe2O3， 用 HCl 加热溶解， 用水稀释配制成 0． 1000 mg/mL 的标准 溶液。 所用试剂除标明外， 均为分析纯试剂。 1． 2实验方法 称取 0． 70 g 精确至 0． 0001 g 混合料 取自贵州平坝 宏大铝化工有限公司 ， 置于 250 mL 烧杯中， 加入 50 mL 493 ChaoXing 3 mol/L HCl 作为提取液， 盖上表面皿， 在电炉上微沸加热 45 min， 取下， 置于冷水中冷却， 转移至100 mL 容量瓶中， 以 酸性水 pH≈4 的 HCl 溶液 洗涤烧杯 3 次， 洗涤液并入容 量瓶， 定容， 摇匀， 放置 5 min， 干过滤 弃去最初 15 ～ 20 mL 得分析液。取 1． 00 mL 分析液置于 100 mL 容量瓶中， 加入 20 mL 1， 10 － 邻二氮菲 － 盐酸羟胺 － 乙酸 － 乙酸钠混 合液， 定容， 摇匀， 用 1 cm 比色皿， 以酸性水为参比， 于波长 510 nm 处测定吸光度， 计算混合料中 Fe2O3的含量 质量 分数 来衡量混匀度。 2结果与讨论 2． 1提取条件的选择 2． 1． 1样品称样量 考察样品称样量对吸光度测定的影响， 以确定样品称样 量的范围。称取系列不同质量赤泥， 提取后进行测定， 以吸 光度 A 对 样 品 质 量 m 作 图 见 图 1 。当 赤 泥 量 在0 ～0．70 g 时， 线性相关系数为 0． 9998， 这说明在 HCl 充 足的情况下， 赤泥中铁离子的溶出率不变。由此可以得出， 当称样量 ＜0． 70 g 时， 采用 HCl 溶样进行实验是完全可行 的， 而不必采用碱熔样或混合酸溶样; 并且在测定混匀度时， 混合料称样量应根据配比相应变化， 使混合料中赤泥质量约 为0．50 g， 此时吸光度在0．5 左右， 读数误差小， 准确度高。 图 1样品称样量对铁测定的影响 Fig．1Effect of the sample test protion weight on iron determination 2． 1． 2盐酸浓度 考察 HCl 浓度对铁离子溶出率的影响。称取0． 70 g 赤 泥13 份， 加入50 mL 不同浓度的 HCl， 提取后进行测定。图 2 结果表明， 在 HCl 浓度达到 3 mol/L 时， 吸光度趋于稳定， 说明铁离子溶出率趋于稳定。 图 2 HCl 浓度对铁测定的影响 Fig．2Effect of concentration of hydrochloric acid on iron determination 2． 1． 3盐酸用量 考察 HCl 用量对铁离子溶出率的影响。称取 0． 70 g 赤 泥10 份， 加入不同体积的 3 mol/L HCl， 提取后进行测定。 表1结果表明， 在3 mol/L HCl 体积达到30 mL 的情况下， 吸 光度趋于稳定， 说明此时铁离子溶出率趋于稳定。为防止在 煮沸过程中造成酸蒸发过多而导致产生胶状物影响过滤并 对铁离子产生吸附， 所以本实验选取 HCl 用量为50 mL。 表 1 HCl 用量对铁测定的影响 Table 1Effect of volume of hydrochloric acid on iron determination V HCl /mL吸光度 AV HCl /mL吸光度 A 150． 719400． 728 200． 718450． 724 250． 711500． 727 300． 724550． 725 350． 730600． 729 2． 1． 4提取温度 考察提取温度对铁离子溶出率的影响。称取0．70 g 赤泥 3 份， 一份在常温下 25 5 ℃ 放置搅拌 45 min， 一份置于 50 5 ℃电炉上微热搅拌45 min， 一份置于电炉上微沸 45 min， 提取后进行测定， 铁的吸光度分别为 0． 344、 0． 438、 0．726。这表明为了使铁离子充分溶出， 必须在加热煮沸的情 况下进行提取; 否则测定结果严重偏低， 导致对混匀度误判。 2． 1． 5提取时间 考察提取时间对铁离子溶出率的影响。称取 0． 70 g 赤 泥6 份， 提取后进行测定。表 2 结果表明， 在提取时间达到 45 min 时， 吸光度基本趋于稳定， 铁离子的溶出率趋于稳定。 为了达到快速测定的效果， 提取时间控制为45 min 即可。 表 2提取时间对铁测定的影响 Table 2Effect of dissolving time on iron determination t提取/min 吸光度 At提取/min 吸光度 A 150． 702600． 726 300． 719750． 732 450． 730900． 734 2． 2石灰石量的影响 测定混匀度时， 若固定混合料称样量， 则混合料配比不 同时， 石灰石的量也不同， 故有必要考察石灰石量对铁离子 溶出的影响。 固定赤泥称样量为 0． 50 g， 加入不同量的石灰石， 提取 后进行测定， 计算赤泥中 Fe2O3的含量 质量分数 。表 3 结果表明， 测定 Fe 的精密度为 0． 63， 结果稳定， 故当 m赤泥∶ m石灰石在 1 ∶ 0． 2 ～1 ∶ 0． 6 时， 石灰石不影响赤泥中铁 离子的溶出。 2． 3线性范围 取 0． 1000 mg/mL 铁标准溶液1、 2、 3、 4、 5、 6 mL 分别置 于一系列 100 mL 容量瓶中， 以蒸馏水为参比， 进行测定。 593 第 4 期李令等 邻二氮菲分光光度法测定赤泥和石灰石混匀度第 28 卷 ChaoXing 回归方程为 A 0． 1339ρ 0． 0036， r 0． 9999， 线性范围为 0 ～0． 006 mg/mL。 表 3石灰石量对铁测定的影响 Table 3Effect of limestone dosage on iron determination m赤泥∶ m石灰石w Fe2O3 /m赤泥∶ m石灰石w Fe2O3 / 1 ∶ 0． 27． 751 ∶ 0． 57． 81 1 ∶ 0． 37． 731 ∶ 0． 67． 84 1 ∶ 0． 47． 75 2． 4精密度和准确度 人工制取混合料 0． 50 g 赤泥 0． 20 g 石灰石 5 份， 提取后采用重铬酸钾法和本法分别进行测定， 结果见表 4。 测定数据通过 F、 t 检验 ［4 ］可知， 两种方法的精密度、 准确度 均无显著性差异。 表 4分析结果对照 Table 4Comparison of analytical results 测定方法 w Fe2O3 / 分次测定值平均值 RSD/ 本法7． 827． 727． 827． 817． 757． 780． 62 重铬酸钾法7． 767． 687． 757． 747． 707． 730． 45 2． 5回收率 表 5 加标回收试验结果表明， 本法用于混合料中铁的 测定， 准确度完全达到要求。 表 5加标回收试验 Table 5Recovery tests of the m试样/mg 加标量测定量 回收率 R/ m试样/mg 加标量测定量 回收率 R/ 0． 05000． 048897． 70． 20000． 2012100． 1 0． 10000． 1041104． 10． 25000． 244597． 8 0． 15000． 1512100． 1 3混匀度的测定 在例行分析中， 批量赤泥中 Fe2O3的质量分数存在一 个相对固定值 w。为使混匀度测定快速， 计算方便， 固定混 合料称样量为 m， 当测得混合料中 Fe2O3含量 质量分数 w时， 可以推出配比计算公式 m赤泥 m石灰石 w m w m － w m w w w － w 1 将配比转换为 m赤泥∶ m石灰石1 ∶ x 形式， 则 x w w －1 2 由于本实验对赤泥改性采用的配比m赤泥∶ m石灰石 1 ∶ 0．4， 为使赤泥量约0．50 g， 故在测定混匀度时， 将混合料 称样量固定为0．70 g， 提取后测定， 计算出混合料中Fe2O3质 量分数 w。以式 2 计算出 x， 从而确定混匀度， 指导生产。 为检验式 2 的准确性， 人工制取 5 份赤泥和石灰石不 同配比的混合料， 提取后测定， 计算 w。以表 4 光度法测定 结果 7． 78 作为 w， 采用式 2 计算 x， 进行对比。表 6 结果 表明， 该法衡量混匀度的相对误差 RE 在 2， 完全满足 赤泥和石灰石配料精度要求， 所以该方法可用来进行生产 实时监控。 表 6混匀度测定 Table 6Analytical results of mixedness degree 配比 m赤泥/gm石灰石/g Awx 相对误差 RE/ 1 ∶ 0． 300． 53850． 16150． 5565． 970． 3031． 06 1 ∶ 0． 350． 51850． 18150． 5345． 740． 3551． 54 1 ∶ 0． 400． 50000． 20000． 5195． 580． 394－1． 43 1 ∶ 0． 450． 48280． 21720． 5005． 370． 449－0． 27 1 ∶ 0． 500． 46670． 23330． 4865． 220． 490－1． 92 4结语 采用 1， 10 － 邻二氮菲光度法测定混合料中铁的含量 来衡量混匀度， 方法操作简便、 快速， 精密度高， 结果准确， 而且可以同时测定多个样品。1， 10 － 邻二氮菲光度法代替 重铬酸钾有汞定铁法， 消除了使用 HgCl2带来的环境污染。 1， 10 － 邻二氮菲光度法衡量混匀度能对生产进行实时监 控， 满足配料精度要求， 是一种切实可行的有效方法。 5参考文献 ［ 1］韩毅， 王京刚， 唐明述． 用改性赤泥吸附废水中的六价铬 ［ J］ ． 化工环保， 2005， 25 2 132 －136． ［ 2］于华通， 陈明， 谭科艳， 冯流， 曹晓娟． 用赤泥去除酸性矿井水 中重金属污染物的初步研究［J］ ． 岩矿测试， 2006， 25 1 45 －48． ［ 3］武汉大学． 分析化学实验［M］． 北京 人民教育出版社， 1978 89 －91， 92 －94． ［ 4］武汉大学． 分析化学［M］ ． 4 版． 北京 高等教育出版社， 2000 162， 251 －254． ［ 5］杜超， 申德君， 龙星宇， 陆安会．“重铬酸钾法测定铁矿石中 铁的含量” 实验的改进［J］ ． 贵阳学院学报 自然科学版， 2006 1 34 －35． ［ 6］刘琴琴， 李又红， 冯永兰， 莫运春， 屈景年． 亚硫酸钠 － 硫酸铈 滴定法测铁及小型化学实验探讨［J］ ． 大学化学， 2006， 21 5 37 －40． ［ 7］王瑞斌． 无汞定铁新方法［J］． 新技术新工艺， 1993 4 39 －40． ［ 8］王瑞斌． 盐酸羟胺 － 重铬酸钾无汞滴定法测定铁矿石中铁 ［ J］ ． 冶金分析， 2005， 25 4 89 －90． ［ 9］潘涵香， 胡超涌， 王红梅， 马仲武． 邻二氮菲分光光度法测定 碳酸盐相中微量亚铁［ J］ ． 岩矿测试， 2007， 26 3 89 －90． ［ 10］黄兰芳， 汪炳武． 全差示光度法测定水土壤沉积物中铁［J］． 理化检验 化学分册， 1997， 33 7 324 －325． 693 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2009 年 ChaoXing