提高泡塑吸附金能力方法探讨

朱姝，张鑫

（核工业230研究所，长沙 410007）

石墨炉原子吸收分光光度法检测金灵敏度高，结果准确，广泛应用于地质样品中金的测定，但方法的应用最关键的操作在于金的富集。自20世纪70年代发现泡沫塑料（以下简称泡塑）对金属元素离子有吸附性能以来，由于这一新技术简便易行，成本低廉，因此广泛用于金的富集分离［1］。但与活性炭吸附金相比，泡塑的最大问题在于吸附率较低（约为80%）［2］，即使将标准溶液按样品分析相同的吸附程序进行处理，对于浓度较高试液中的金仍然不能完全补偿。

通过研究影响泡塑对金的吸附率的主要因素，提出了对泡塑预处理及多次吸附以提高金吸附率的方法。

1 金样分析流程

泡塑富集—石墨炉原子吸收法测定金含量的分析流程如下：称取10 g试样（精确至0.005 g）于瓷皿中，放入马弗炉，由低温升至600～650℃灼烧1～2 h。取出冷却后，将试样移入 250 mL锥瓶中，加入 1∶1王水 50 mL，在电热板上加热煮沸溶解至体积约20 mL左右，加入饱和溴水8～10滴，用水稀释至100～120 mL左右，放入泡沫塑料约0.2 g，盖塞，于振荡器上摇 30～40 min［3］，取出泡塑，洗净压干后放入10 mL瓷坩埚入马弗炉灰化，取出坩埚稍冷用王水提取再转移至10 mL比色管定容测定，本法测定金含量范围为 0.05×10-6～100×10-6［4］。

2 泡塑吸附金的机理

通常用来吸附金的泡塑为聚氨酯泡沫塑料，它是一种新型的高分子合成材料，具有多孔性、松密度（kg/m3）小、比强度较高、耐热、耐老化、抗有机溶剂浸蚀等独特性能。其主要合成基础材料是甲苯二异氰酸酯和聚醚多元醇，基团分别是异氰酸酯基（—NCO）及醚基 （—R—O—R—）。制备过程需在多元醇中加入少量水，聚合时甲苯二异氰酸酯与水作用，生成甲苯二氨和二氧化碳，如反应式（1）所示；胺基进一步与异氰酸酯基团反应生成含脲基的高聚物，如反应式（2）所示；脲基中氮原子上的氢与异氰酸酯反应形成缩二脲，如反应式 （3）所示。上述反应可概括为链增长、气体发生和交链反应。这些反应在催化剂存在下极为迅速，最后当聚合固化时，所产生的二氧化碳气泡留在高分子聚合体中，形成具有一定交链度呈海绵状的泡沫塑料［5］。

在聚氨酯泡沫塑料中，氨基官能团有一定静电能力，溶液中的金遇到吸附能力很强、交链度较大的均匀体的泡沫塑料时，在泡沫塑料膜电位上能发生很好的吸附和交换作用，吸附过程中发生金配阴离子与简单阴离子交换的情况，且一般配阴离子比简单的阴离子的离子势强，与泡塑的亲和力较大，金的配阴离子与泡塑骨架上的—CH2—O—CH2、—O—C—NHR活性基团有键合作用，键合作用使金配阴离子与泡塑的活性基团通过静电引力形成离子缔合物，有较强的亲和力，且有很大的稳定常数，与泡塑结合得比较牢固［6］。

根据泡塑的生产厂家不同，泡塑在生产过程中内部的残留物也不同，大多是脲基、脲基甲酸酯和缩二脲等，还残留有5%～10%的异氰酸酯或NCO端基及在生产时不可避免染上的油迹和污渍，更有甚者少数商家在出售泡塑时在其中撒上石灰粉以增加泡塑重量，这些就像“垃圾”一样占据了泡塑的有效吸附面积，如不将其清除，就会使泡塑的有效吸附面积减少，吸附能力下降，金吸附得越多，清洗时在外力的作用下就越容易被洗脱，造成金的回收率下降。

3 未经预处理的泡塑回收率实验

对未经预处理的泡塑进行回收率实验，于一组250 mL锥形瓶中，分别加入1×10-6、5×10-6、 10×10-6、 20×10-6、 40×10-6、 60×10-6、80×10-6和100×10-6金标准溶液，加入12 mL王水煮沸，稀释至100 mL，冷却上振荡机振荡30 min后取出泡塑灰化，再用王水提取，在原子吸收分光光度计上测定，计算回收率，结果见表1。

表1 未经预处理的泡塑吸附金标准溶液后的吸附值及回收率Table 1 The adsorption value and rate of recovery of gold standard solution by foam plastic without the adsorption pretreatment

由表1可见，未经预处理的泡塑吸附金标准溶液后的检测结果和标准值相比存在系统偏低的现象，且随着金含量的提高，绝对误差也增大，也就是说有更多的金没有被吸附，回收率平均值为83.3%。

4 预处理的泡塑回收率实验

由于泡塑内的“垃圾”很大一部分是酯类，碱性溶液能起到很好的清洁作用，使泡塑增大有效吸附面积。很多处理方法介绍，在使用泡沫塑料前，泡沫塑料用稀盐酸或稀硝酸（5%～10%）浸泡1～2 h，由于酸效应，使液膜电位差增大，使之对金的吸附能力加强［5］。并且对于泡塑中可能存在的“垃圾”如钙盐，酸比碱有更好的清洁效果。所以采用的是将剪成0.2 g小方块的泡塑先用2%的NaOH溶液煮沸30 min，用水洗至中性后，再用10%的盐酸浸泡1～2 h的方法来对泡塑进行预处理。这样做不仅可以对泡塑起到彻底清洁的作用，在前面碱煮的过程中残留于泡塑的未被水洗至完全中性的NaOH溶液在稀盐酸的溶液中也能马上被中和消除。

经过预处理的泡塑再来进行标准溶液回收率实验，结果见表2。

表2 经预处理的泡塑吸附金标准溶液后的吸附值及回收率Table 2 The adsorption value and rate of recovery of gold standard solution by foam plastic after the adsorption pretreatment

表2是进行了预处理的泡塑的检测分析结果。可以看出进行了预处理的泡塑对金的吸附效果相当好，回收率随着加入金标准的质量增高有下降趋势，但平均回收率达到96.0%，和未处理前的83.3%的回收率相比明显升高，证明预处理方法对加大泡塑对金的吸附效果是有效的。

5 实验方法对比

活性炭吸附法在金测试方法中是比较成熟的方法，和泡塑吸附相比，其最大的优势在于吸附率高，同时适用于低含量和高含量样品的检测，在活性炭足够的情况下甚至可以达到完全吸附［7］，其缺点就是使用吸附柱不管是重力过滤还是抽滤吸附时间都较长，设备占地较大，劳动强度较高。笔者将预处理过的泡塑吸附金和活性炭吸附金两种方法同时做了一组国家标准样品检测，比较结果见表 3、 4。

表3 泡塑吸附与活性炭吸附值对照表Table 3 The adsorption value control table with foam plastic adsorption and activated carbon adsorption value

表4 允许误差表Table 4 Permissible error table

由表3、4可见，两者误差值均在允许范围内，且不存在系统偏差，由此可以说明，用本法预处理后的泡塑进行原子吸收测定，具有快速、准确和重现性好的特点。

6 高含量样品的吸附

虽然金可被泡塑多层次吸附，但一定面积吸附的金越多，附着的牢固性就愈差，清洗时在外力（手搓）的作用下，金愈易被洗脱，因此当金含量较高时，可进行二次甚至三次吸附［8］，方法是在一次吸附后，把泡塑从摇瓶中取出，溶液不倒掉，从灰化后的泡塑颜色深浅程度可判断金含量的高低，若颜色显紫红至发黑，马上取另一块泡塑投入同一摇瓶中再次吸附，重复以上过程直至灰化后的泡塑颜色变为灰白色为止。此方法在泡塑未做预处理时也有一定的提高吸附率的作用。表5为未预处理泡塑一次吸附和二次吸附回收值及处理后泡塑回收值对比表。

表5 一次吸附和两次吸附对照表 （分析值单位：w（Au） ／10-6）Table 5 The adsorption value control table with once and twice adsorption （unit:w（Au） ／10-6）

由表5可见，二次吸附对一次吸附有补偿效果，随着金含量的增高，二次吸附的补偿也更加明显。在样品中金含量不太高时此方法得出的回收值可以和泡塑预处理法得到的值相当，当金含量较高时两次吸附的效果更好。

7 结论

对吸附金的泡塑采用先碱后酸的预处理方法，能有效地处理泡塑表面的“垃圾”，并且由于酸效应，液膜电位差增大，能提高吸附率。未进行预处理的泡塑采取两次吸附的方法得到的回收值在低含量样品检测中和预处理结果相当，在高含量样品检测中有更高的吸附率，两种方法（泡塑预处理法和两次吸附法）中，前者需在吸附之前预处理泡塑，后者在分析过程中会增加一定的工作量，这可以根据实验室和样品的具体情况来选择，而两者跟活性炭吸附法相比都具有快速、准确、劳动强度较轻的特点，因而实际生产中可以进一步推广。

［1］薛光.金的分析化学［M］.北京：宇航出版社，1990:174-185.

［2］艾晓军，鞠军.泡沫塑料富集分离金中几个问题的探讨［J］.黄金，2008，29（2）:46-49.

［3］岩石矿物编导小组.岩石矿物分析：第3分册（第4版）［M］.北京：地质出版社，2011:614-624.

［4］地质矿产部科学技术司实验管理处.岩石和矿石分析规程：第2分册［M］.西安：陕西科学技术出版社，1994:6-9.

［5］胡鸿儒.聚氨酯泡沫塑料吸附分离金机理的探讨［J］. 黄金，1995，16（1）:53-55.

［6］冯尚彩，余天桃，庄会荣.泡沫塑料分离富集技术的应用现状［J］.理化检验：化学分册，2000，36（11）:522-525.

［7］周运逵，叶庆国，陈学玺.活性炭吸附金的初步研究［J］. 山东化工，1996，25（2）:19-20.

［8］郑大中.聚氨酯泡沫塑料富集金若干问题的探讨［J］.黄金，1990，11（9）:48-49.