硝酸钠-碘化钾-十八烷基三甲基氯化铵体系浮选分离铅(Ⅱ)

硝酸钠-碘化钾-十八烷基三甲基氯化铵体系浮选分离铅(Ⅱ)钟育均;温欣荣;涂常青;宋杏珍
【摘要】研究了硝酸钠-碘化钾-十八烷基三甲基氯化铵体系浮选分离铅(Ⅱ)的行为及其与常见离子分离的条件.结果表明,在0.5g硝酸钠存在下,当0.1 mol/L碘化钾溶液和0.03 mol/L十八烷基三甲基氯化铵(OTMAC)溶液的用量均为2.00 mL时,体系中的Pb2+以(OTMAC)2(PbI4)沉淀形式被浮选至盐水相上形成浮选固相而被定量浮选,而Co2+、Zn2+、Mn2 +、Ni2+、Al3+和Fe2+仍然留在盐水相,实现了Pb2+与这些离子的定量分离.实验方法对合成水样中微量Pb2+的定量浮选率为99.6％～102.3％.
【期刊名称】《冶金分析》
【年(卷),期】2015(035)003
【总页数】4页(P73-76)
【关键词】铅(Ⅱ);浮选分离;硝酸钠;碘化钾;十八烷基三甲基氯化铵
【作者】钟育均;温欣荣;涂常青;宋杏珍
【作者单位】嘉应学院医学院,广东梅州514031;嘉应学院化学与环境学院,广东梅州514015;嘉应学院化学与环境学院,广东梅州514015;嘉应学院化学与环境学院,广东梅州514015
【正文语种】中文
铅是一种造成环境污染的主要无机元素之一，铅进入机体后对神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等产生危害。

因此，铅的含量测定是环境监测的一个重要项
目。

为了保证测定的准确性，在测定环境中痕量铅时，通常必须预先进行分离富集，故对痕量铅分离富集的方法研究受到化学工作者的重视[1-3]。

作为一种新型有效
的分离富集体系，盐-三元缔合物-水体系用于金属离子的浮选分离已有报道[4-8]。

本文研究发现，在一定量NaNO3存在下，体系中的Pb2+以(OTMAC)2(PbI4) 不溶于水的三元缔合物形式被浮选至盐水相上形成浮选固相而与Co2+、Zn2+、
Mn2+、Ni2+、Al3+、Fe2+等常见离子定量分离。

该体系具有不使用毒害人体、污染环境、易挥发、易燃的有机溶剂，分相速度快，操作简便等非有机溶剂液-固萃取体系[9-11]的优点。

与传统的有机溶剂萃取浮选
分离及泡沫浮选[12-13]分离相比，该体系还具有相分离界面清晰、不使用复杂的
气路装置即可完成分离操作等突出优点。

二元离子与多元离子体系中Pb2+的浮选率均较高。

可见，该体系具有一定的实际意义和应用前景。

1.1 主要仪器与试剂
721型分光光度计(上海第三分析仪器厂)。

十八烷基三甲基氯化铵(OTMAC)溶液：0.03 mol/L，溶剂为水；KI溶液：0.1
mol/L；硼砂溶液：0.1 mol/L；4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚(PAR)乙醇溶液：
1.0×10-3 mol/L；Pb2+标准储备溶液(国家钢铁材料测试中心)：1.000 g/L；
Pb2+标准工作溶液：50 μg/mL，由Pb2+标准储备溶液稀释而成；其他金属离
子标准溶液和不同pH值缓冲溶液(pH 1.0 ～7.0)按文献[14] 配制。

所用试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

1.2 实验方法
将一定量的金属离子标准溶液、2.00 mL 0.1 mol/L KI溶液、2.00 mL 0.03
mol/L OTMAC溶液加至25 mL磨口比色管中，用一定量的缓冲溶液调节pH值
为3.0，稀释至10.00 mL，加入0.5 g固体NaNO3，振荡，静置片刻，移取
1.00 mL下层盐水相于另一支25 mL磨口比色管中，加入1.5 mL 1.0×10-3
mol/L PAR乙醇溶液、3.0 mL 0.1 mol/L硼砂溶液，显色定容后以试剂空白作参比，用1 cm 比色皿在波长525 nm处测定吸光度，计算留在溶液中Pb2+的含量，差量法计算Pb2+的浮选率(E/%)。

或将过滤得到的沉淀用乙醇溶解后用同样的方
法测定Pb2+的含量，计算Pb2+浮选率。

其他金属离子的光度分析方法见文献[15]。

2.1 OTMAC溶液用量
当Pb2+用量、KI溶液用量分别为50 μg、2.00 mL时，改变OTMAC溶液用量
以考察其对Pb2+浮选率的影响。

试验表明：刚开始时，Pb2+浮选率随着OTMAC溶液用量的增加而增加，这是因为当OTMAC量刚开始增加时，反应生
成的 (OTMAC)2(PbI4)沉淀量也会随之增加，致使Pb2+的浮选率增加；当OTMAC溶液用量为2.00 mL时, Pb2+浮选率接近100%；继续增加OTMAC溶
液用量，Pb2+浮选率保持不变。

以下实验选择2.00 mL OTMAC溶液。

2.2 KI溶液用量
固定Pb2+用量为50 μg，其他按照实验方法进行操作，在0～2.50 mL 范围内改变KI溶液用量进行试验。

结果表明：当KI溶液的用量为0时，Pb2+浮选率为13.9%，这说明溶液中以离子形式存在的Pb2+在无KI存在时也会有一少部分被OTMAC浮选；随着KI的加入，反应生成的(OTMAC)2(PbI4)沉淀量随之增加，
使得Pb2+的浮选率也随之增加；当KI溶液用量为2.00～2.50 mL时，Pb2+ 的
浮选率稳定在100%左右，这是因为此时Pb2+已完全被浮选，故再增加KI量
Pb2+浮选率保持不变。

以下实验中KI溶液用量确定为2.00 mL。

2.3 浮选分离铅的机理
本课题组研究过硝酸钾-碘化钾-十八烷基三甲基溴化铵微晶吸附体系浮选分离铅的机理[16]，推测如下：由Pb2+、I-、OTMAB+形成的不溶于水的三元缔合物(OTMAB)2(PbI4)被定量吸附在OTMAB+·I-微晶物质表面从而被浮选至盐水相上，
实现了Pb2+与共存离子的定量分离。

根据上述实验结果可知，体系中同时存在OTMAC和KI时，Pb2+才能被完全被浮选。

故浮选分离Pb2+的机理可推测为：
Pb2+ + 4I- → PbI42-
(水相) (水相)
PbI42- + 2OTMAC+→(OTMAC)2(PbI4)
(水相) (浮选相)
2.4 盐的选择和用量
按照实验方法，分别采用NaCl、NaNO3、(NH4)2SO4和KBr进行试验，结果见图1。

试验现象和图1表明：上述4种盐均能使液-固分相，但采用NaNO3时体系对Pb2+的浮选率最接近100%；随着NaCl、(NH4)2SO4、KBr用量的增加，Pb2+浮选率逐渐降低，其原因可能是随着盐用量的增大，溶液中的盐效应使其阴离子与OTMAC+的缔合能力相应增大，致使 (OTMAC)2(PbI4)沉淀的生成量相应减少，另外Cl-、Br-、SO42-会与Pb2+形成PbCl2、PbBr2、PbSO4沉淀，这都会使Pb2+的浮选率下降。

由于NO3-不会与Pb2+形成络阴离子或沉淀，因而当体系中存在NaNO3时不仅不降低Pb2+的浮选率，而且可使液-固分相更快、两相界面更清晰，有利于加快Pb2+的浮选。

图1还表明，当NaNO3用量为0.5～1.5 g时，Pb2+浮选率基本稳定在100%左右。

因加入0.5 g NaNO3就能使液-固分相完全，故以下实验选择NaNO3用量为0.5 g。

2.5 酸度
控制各离子加入量为50 μg，考察了酸度对Pb2+、Co2+、Zn2+、Mn2+、
Ni2+、Al3+和Fe2+浮选率的影响，结果见图2。

由图2可知：在pH 2.0～3.0和6.0～7.0范围内，Pb2+浮选率接近100%；Al3+和Fe2+在pH 1.0～7.0范围内浮选率为0，即完全不被浮选；Co2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+在pH 3.0时浮选
率为2%～5%，均较低。

因此，实验控制体系酸度为pH 3.0，此时可将Pb2+与Co2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+、Al3+和Fe2+分离。

2.6 分离试验
按照实验方法，对合成试样中Pb2+与Co2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+、Al3+和Fe2+分别进行了分离试验，结果见表1和表2。

从表1、表2可知， Pb2+在NaNO3 -KI-OTMAC体系中具有很高的浮选率，而Co2+、Zn2+、Mn2+、
Ni2+、Al3+和Fe2+在此体系中浮选率很低，从而Pb2+与这些离子得到很好的分离。

可见，该体系的研究对于建立分离富集Pb2+的新方法有一定的实用意义。

Me 表示除 Pb2+以外的其他离子。

*通讯联系人：温欣荣，男，教授；E-mail：**********************
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[1] 陈瑞战，王晓菊，刘海音. 痕量铅的液膜分离富集与火焰原子吸收光谱法的测定[J]. 冶金分析(Metallurgical Analysis)，2001，21(1)：46-47.
[2] 卢菊生，田久英，吴宏，等. 双硫腙螯合型树脂同时分离富集-火焰原子吸收光谱法测定痕量铅和镉[J]. 分析试验室(Chinese Journal of Analysis Laboratory)，2009，28(4):14-17.
[3] 施踏青，梁沛，李静，等. 纳米二氧化钛分离富集石墨炉原子吸收光谱法测定水样中痕量铅[J]. 分析化学(Chinese Journal of Analytical Chemistry)，2004，32(11)：1421-1425.
[4] 曹书勤, 郭鹏, 马万山. 溴化十六烷基吡啶-硫氰酸铵-氯化钠体系浮选分离铂研究 [J]. 冶金分析(Metallurgical Analysis)，2007，27(8)：58-61.
[5] TU C Q, WEN X R. Study on the liquid-solid flotation separation of cadmium by ammonium sulfate-potassium iodide-cetylpyridine chloride-water system [J]. Journal of the Chinese Chemical Society, 2008，55(5):1030-1033.
[6] 温欣荣. 硝酸钠存在下碘化钾-氯化十六烷基吡啶液-固浮选分离铜 [J]. 分析化学(Chinese Journal of Analytical Chemistry)，2003，31(2)：221-224.
[7] 涂常青. 氯化钠-硫氰酸铵-丁基罗丹明B体系浮选分离汞的研究[J]. 冶金分析(Metallurgical Analysis)，2010，30(6)：45-49.
[8] 温欣荣，涂常青，梁奇峰，等. 硫酸铵-碘化钾-十二烷基三甲基氯化铵微晶吸附体系浮选分离镉[J]. 冶金分析(Metallurgical Analysis)，2013，33(6)：67-71.
[9] 孙小梅，胡景，李步海. Pd、Zn、Cu、原卟啉的非有机溶剂液-固萃取分离[J]. 化学世界(Chemical World)，2007, 48(7): 390-394.
[10] 邓凡政，朱陈银，王在礼. 聚乙二醇双水相萃取光度法测定镍[J]. 化学研究与应用(Chemical Research and Application)，2009, 21(4): 534-536.
[11] 邓凡政，傅东祈，朱陈银. 离子液体双水相萃取分光光度法测定铜[J]. 冶金分析(Metallurgical Analysis)，2008, 28(6): 29-32.
[12] 朱锡海. 泡沫分离技术[J]. 分析化学(Chinese Journal of Analytical Chemistry)，1980，8(3)：280-284.
[13] 徐其亨. 浮选分离及其在分析化学中的应用[J]. 化学通报(Chemistry Online)，1981，44(11)：42-46,36.
[14] 常文保，李克安. 简明分析化学手册 [M]. 北京：北京大学出版社，1981:240，262.
[15] 潘教麦，陈亚森，严恒太. 显色剂及其在冶金分析中的应用[M]. 上海：上海科学技术出版社，1981:116.
[16] 涂常青，温欣荣. 硝酸钾-碘化钾-十八烷基三甲基溴化铵微晶吸附体系浮选分离铅[J]. 冶金分析(Metallurgical Analysis)，2012, 32(4): 70-74.。