贵金属精炼厂废水中金属离子的离子色谱检测研究

70
科学技术
S
cience and technology
贵金属精炼厂废水中金属离子的离子色谱检测研究
薛成玉，王庆文
（山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 250104）
摘 要：
针对传统金属离子检测方法中的精准度不高、预处理环节复杂等问题，提出一种针对贵金属精炼厂废水中金属离子的离子色谱检测方法，选取适当的检测仪器，并对提取的废水样本进行预处理、离子色谱条件选择、离子交换平衡及绘制金属离子色谱图标准曲线，最后通过实验得出，该检测方法具有灵敏度高、选择性强、操作简单的优势，适用于在对金属精炼厂中对金属离子色谱的检测。

关键词：
贵金属精炼厂；废水；金属离子；离子色谱检测中图分类号：TB99 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2020）03-0070-2收稿日期：
2020-03作者简介：
薛成玉，男，生于1969年，汉族，江苏徐州人，专科，工程师，研究方向：一般固废和危险固废成分检测方法研究。

贵金属精炼厂中的废水是通过化学清洗产生的，从物体的
表面清洗的污染物通常情况下会以水溶液作为载体。

根据不同的种类、含量以及存在形式等被清洗的对象不同，废水中的金属离子也不同。

目前，对于废水中金属离子的检测方法较少，且在某些地区，贵金属精炼厂仍然沿用传统的对普通水进行检测的原子吸收光谱法对工业废水中的离子色谱检测[1]。

该方法的预处理环节复杂，且工作量巨大，不适用于对多种不同类型的离子进行检测。

同时，这种检测方法并不能有效的排除杂原子的干扰，并且无法到达痕量要求的PPb 级别。

基于此，本文提出一种贵金属精炼厂废水中金属离子的离子色谱检测方法，并通过实验证明，该方法能够准确、有效的对废水中的金属离子的离子色谱进行检测。

1 贵金属精炼厂废水中金属离子的离子色谱检测方法设计1.1 离子色谱检测仪器选择
本文设计的离子色谱检测方法主要的仪器设备以及连接的
图1 离子色谱检测方法仪器连接方式示意图
图1中各设备分别为1：废液槽；2：泵；3：第一效蒸发器；4/10/16：废液蒸汽流出口；5/11/17：废液流入口；6/12/18：加热蒸汽入口；7/13/21：加热蒸汽流出口；8/14：废液流出口；9：第二效蒸发器；15：第三效蒸发结晶器；19：蒸发残液流出口；20：结晶盐流出口；22：焚烧炉；23：废热回收炉。

以及其它超声震荡设备、快速测定系统、离子色谱仪、分离柱等。

1.2 废水样本预处理
分别取实验材料中被稀释浓度后的样本，随机选取一支预
处理小柱，并用2mL 的进样器在其中注入5次纯水，活化时间维
持在5min 以内，再利用较大容量的平头进入到预处理小柱中，并将其烘干，最后将2mL 进样器提取不同稀释浓度的废水分别添加到预处理小柱当中，完成对废水样本的提取。

选取不同标准的离子色谱检测标准溶液加入到样品当中，再利用样品准备同样的方式，对其预处理小柱进样，并记录检测过程中各金属离子的谱图，通过相应的数据计算出各金属离子的回收率[2]。

1.3 离子色谱条件选择
通常情况下，贵金属精炼厂废水中金属离子大部分阳离子的分离非常完全，而一少部分的阳离子由于停留的时间较长，导致阳离子相互之间产生了影响，影响检测结果。

因此，在对金属阳离子进行检测时，为了消除部分阳离子的干扰选择酸性较弱的溶液作为淋洗液，使得废水中的金属离子充分分离。

同时需要注意的是，由于淋洗液的酸性浓度过低，会造成金属阳离子的分
析时间延长，从而影响检测的效率[3]。

因此选用当淋洗液的浓度为25mmol/L 时，废水中的金属离子被全部分离，且分析的时间较为适宜。

1.4 离子交换平衡
假设被检测的金属离子为X，Y 为淋洗液中对应的金属，由Y 对X 的选择性系数可以得出选择性系数=淋洗液/离子交换剂交换容量，再进一步推导出交换剂离子的交换容量与淋洗液浓度之间的关系。

只有当减少小柱的内部体积以及交换的容量时，利用最低浓度的淋洗液才能快速的对金属离子进行分离。

由于淋洗液的浓度降低，则相应的导电性能降低，从而进一步提高检测仪器对金属离子的灵敏度。

在小柱中添加分离柱填料可以通过高压离子色谱为表面的金属离子提供交换剂，从而降低交换容量，使废水中金属离子表面的交换层变薄。

因此，使用低压的小柱分离为低压高效的离子色谱检测提供高灵敏度的条件，进而完成离子的交换反映，达到离子交换平衡。

1.5 金属离子色谱图标准曲线绘制
首先选取5个干净的50ml 容量的容量瓶，将提取的贵金属精炼厂的废水利用移液枪分别加入到5种不同浓度的标准溶液样本，并配制出更高浓度的该金属元素的标准溶液。

分别提取本文经过废水样本与处理的样本溶液，并将其混合装入到离子色谱检测仪器当中，并进行自动进样，按照相关规定为离子色谱提供事宜的检测环境。

根据检测结果中的各金属离子的峰面积及相应的浓度检测结果，利用对应的最小二乘法计算出相应的数据，并将数据结果拟合成曲线图形，得出的标准曲线的线性相关系数应当大于或等于99.98%。

根据标准曲线的相应参数，按照一定的出峰时间对金属离子进行定性，再利用外标法对其进行定量，从而获取到最准确的检测结果。

同时，在对金属离子进行检测的过程中还应当准确的计算
科学技术
S cience and technology
出检测仪器的下限，检测仪器的下限是指在某一特定的分析方法中，在给定一个固定不变的置信区间时，可以进行样品检测的最小待检测物质的量。

本文设计的离子色谱检测方法的下限可以利用信号与噪声的比值为2：1时的金属离子浓度表示，但在实际的贵金属精炼厂的废水金属离子检测中，计算待测物质浓度的过程过于复杂，因此，为了使本文设计的检测方法的操作更加快捷，选取了一个相对较低的浓度对金属离子进行检测。

2实验结论分析
实验样本选取某贵金属精炼厂的废水，并将废水的浓度稀释到10倍、50倍、100倍、200倍、1000倍备用。

分别利用传统检测方法和本文提出的检测方法的对不同浓度的废水进行检测，并将实验过程中产生的数据信息进行记录，通过实验数据计算出两种方法的检测灵敏度，表1为两种方法的检测灵敏度的标准偏差对比。

表1 传统方法与本文方法检测精度对比
废液浓度本文检测灵敏度标准偏差传统检测灵敏度标准偏差
10倍 1.25%21.28%
50倍 3.58%22.39%
100倍 5.28%23.58%
200倍 2.58%24.58%
1000倍 3.58%26.28%
由实验过程及与传统方法的检测结果灵敏度标准偏差对比可以看出，本文提出的检测方法能够更加灵敏的对废水中的金属离子进行检测，并且随着废液浓度的稀释程度发生改变，不会影响本文检测方法的灵敏度，而传统检测方法的灵敏度标准偏差会随着废液浓度的降低逐渐增加。

同时，采用离子色谱的方法进行对金属离子的检测，不需要进行复杂的样本处理过程，只需要通过一次的进样即可完成对多种不同类型金属离子的准确测定，因此操作更加简单。

3 结语
随着我国重工业发展的加快，对环境的污染情况愈发严峻，因此各相关部门应加强对环境的保护意识，结合本文提出的检测方法，能够有效的提取出工业废水中的可回收利用金属离子，从而在减小环境污染的同时，进一步提高能源的使用效率。

同时需要注意的是，本文提出的检测方法在进行检测的过程中选用的是预处理小柱而对于非金属离子的废水而言，可不进行预处理，直接进样进行检测。

参考文献
[1] 粟贵,刘雁鸣,龙海燕,赵勇,谢莹莹.离子色谱法测定木糖醇中氯离子、
硫酸根离子和磷酸根离子及不同级别产品质量状况的评价[J].中南药学,2019,17(01):102-104.
[2] 苏新霞,张欣.硝酸银容量法与离子色谱法测定农村饮用水中氯化物含量的
方法比较[J].河南预防医学杂志,2019,30(06):423-425.
[3] 任青.离子色谱法和硝酸银滴定法测定土壤中可溶性氯离子的对比研究[J].世
界有色金属,2019，24(10):180-181.
（上接69页）
下表为硫酸溶液对镁合金材料腐蚀面积。

表3 硫酸溶液对镁合金材料腐蚀面积
12345
腐蚀面积占比/% 1.65 1.84 2.640.97 1.12
3 实验结论分析
3.1 低压铸造对镁合金材料组织影响分析
结合上述图1与表2分析低压铸造对镁合金材料组织的影响。

从图1可得知，低压铸造后，镁合金材料组织结构紧密，主要呈网状结构分布在金属晶界上，特别是在多晶体交界处[5]。

从表2可以看出，低压铸造后无论是镁金属含量还是Gd、Yd、Zh等中金合金含量，具存在明显提成，尤其镁金属元素含量比铸造前提成越90%左右，说明低压铸造对镁合金材料组织能起到强化作用，提高材料内金属材料成分，使镁合金材料组织更加稳定和牢固。

3.2 低压铸造对镁合金材料耐腐蚀性能影响分析
结合上述表3分析低压铸造对镁合金材料耐腐蚀性能影响，从表3可以看出，经过低压铸造后的镁合金材料具有良好的耐腐蚀性。

在经过浓度较高硫酸溶液的喷洒，镁合金材料最大的腐蚀面积仅占2.64%，最小腐蚀面积只占整个合金材料面积的0.97。

由于镁合金材料经过低压铸造后，合金会形成大量过饱和固溶体，这种固溶体会增强镁合金材料的强度和硬度，一定程度上改变了镁合金材料的可塑性，从而提升镁合金材料的耐腐蚀性能[6]。

综上，低压铸造对镁合金材料无论是组织结构还是耐腐蚀性能，都具有明显提升。

经检测，经过低压铸造后，镁合金材料组织抗拉强度与屈服强度达到264.7MPa和321.4MPa，并且镁合金材料耐腐蚀性能提高45%左右。

4 结束语
此次通过实验分析了低压铸造对镁合金材料组织及耐腐蚀性能影响，为镁合金材料低压铸造工艺应用提供了理论依据，由于研究时间及个人能力有限，对于此次研究还存在一些不足之处，今后还需要对其进行深入研究，为低压铸造工艺的应用提供参考依据。

参考文献
[1] 张伟,魏修亭,杜平,张恭运,刘志兰,单既强,韩桂强,李志永. 铝镁合金轮胎
模具低压铸造收缩率研究[J]. 现代制造技术与装备,2017,36(04):1-2+11. [2] 余国康,王小冬,张方敏,张娜,罗建,秦守益,张旭亮,吴晓松,游辉辉,沈新辉.
镁合金铸件的安全生产[J]. 铸造技术,2017,38(10):2541-2544.
[3] 廖可,舒惠明,万慧,高翔,李旭勇,李燕平. 低压铸造在大型复杂薄壁结构铝
合金铸件的工艺研究[J]. 科技创新与应用,2017,47(30):78-79+81.
[4] 李占佳,杜林奇,任传斌,徐麒,沈梅杰,李扩,盛晓菲,顿亚鹏,魏啟金.低压
铸造AlSi9Cu1Mg-T6合金组织性能分析[J].科技创新与应用,2019,35(34):25-29+32.
[5] 王狂飞,张锦志,许广涛,周志杰,米国发.镁合金石膏型低压铸造组织与性能
研究[J].热加工工艺,2015,44(07):103-104+107.
[6] 周中波,何益可,林琳,李小军,黄旗.低压铸造ZL210A合金铸件流线缺陷研
究[J].特种铸造及有色合金,2019,39(08):828-831.
71。