火焰原子吸收光谱法测定废旧二次电池中钴的含量

罗海霞

(1 北矿检测技术有限公司，北京 102628；2 金属矿产资源评价与分析检测北京市重点实验室，北京 102628)

前言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，铁镍、铬镍、氢镍、锂离子电池的生产和使用也逐年增加。随之产生大量的电池极片切削、边角料以及报废的旧电池。钴是废旧二次电池重要的有价金属元素之一, 现废旧电池中钴回收利用的文献报道比较多，如乔秀丽等[1]采用酸浸法从废旧锂离子电池中回收金属钴；申勇峰[2]从废锂离子电池中回收钴等。而废旧电池中金属元素的测定报道较少。李焕春等[3]用萃取比色法测定镉镍电池正极物质中钴含量, 曹文忠等[4]采用标准加入-ICP-AES法同时测定废旧电池中的铁、镉、铬、铅、锡和铜6 种元素；冉广芬等[5]用容量法测定锂离子电池正极材料中锰、钴的含量。而原子吸收光谱法测定废旧二次电池中钴的方法目前还没有报道。本文采用原子吸收光谱法测定废旧二次电池中的钴量，操作简单, 快速, 准确度高。本实验通过加标回收和实际样品的测定, 结果令人满意，表明该方法满足废旧二次电池中钴的日常检测。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

Savant AA型原子吸收光谱仪(澳大利亚GBC公司)，附钴空心阴极灯。

盐酸、硝酸和高氯酸均为优级纯。实验用水为超纯水(电阻率大于18.2 MΩ·cm)。

钴标准储备溶液(1 000 μg/mL)：购于国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，并用此标准储备溶液配制钴标准溶液(50 μg/mL)。

1.2 实验方法

准确称取0.200 0 g样品于250 mL玻璃烧杯中，加入15 mL盐酸，5 mL硝酸、5 mL高氯酸，盖上表面皿，在中低温电热板上加热溶解，待样品完全溶解后，继续加热至冒高氯酸浓烟(如有黑色残渣，可补加3 mL硝酸，重复冒烟)，蒸至湿盐状，取下，冷却。加入25 mL盐酸，温热溶解盐类，取下冷却移入250 mL容量瓶，用水稀释至刻度，混匀。分取10 mL溶液于100 mL容量瓶中，补加5 mL盐酸后，用水稀释至刻度，混匀。按照同样方法制备样品空白溶液。在选定的仪器工作条件与标准溶液同时测定。

2 结果与讨论

2.1 仪器条件的选择

对实验所用的原子吸收光谱仪的几个重要参数进行了正交实验。主要考察了元素波长、灯电流、狭缝宽带、燃烧器高度、乙炔流量的影响，兼顾仪器的灵敏度和稳定性，本实验选择仪器的工作条件如表1所示。

表1 仪器测量参数

2.2 盐酸浓度的选择

实验比较了2%～15%的盐酸体积分数对钴测定的影响，结果表明，酸浓度太低，有些金属离子可能会水解；酸浓度过大，对仪器腐蚀较大，故实验选择5%的盐酸测定溶液的介质。

2.3 基体干扰

对废旧二次电池料中钴的测定可能存在干扰的元素进行了干扰实验，实验结果表明，对于0.50 μg/mL和2.50 μg/mL的钴，镍(70 μg/mL)、锰(50 μg/mL)、铝(25 μg/mL)、铁(15 μg/mL)、锂(10 μg/mL)、铜(20 μg/mL)不干扰钴的测定。

2.4 标准曲线的线性范围和检出限

钴的含量在0.00～2.50 μg/mL范围内线性关系良好，工作曲线的线性方程式为：y=0.095 9x-0.001 9；相关系数R2=0.999 9。选取空白试液，连续测定11次吸光度，以其3倍的标准偏差除以工作曲线的斜率求得溶液中钴的检出限为0.015 μg/mL。

2.5 测定方式的选择

在100 mL容量瓶中加入不同量的基体元素及钴标准溶液，配制成钴浓度为0.50、1.00、1.50、2.00和2.50 μg/mL的溶液，采用氘灯扣除背景方式和不扣背景的方式分别对样品溶液进行了测定，相同的溶液在两种测定方式下测定的结果见表2。

表2 不同测定方式的测定结果

结果表明，选择氘灯扣背景的吸光度值和不扣背景的吸光度值基本一致，故本实验选择不扣除背景的方式进行测定。

2.6 加标回收和精密度实验

在1#、2#、3#样品中加入适量的钴，按实验方法制备三组样品，在已优化的仪器工作条件下进行测定。结果见表3。

表3 加标回收率和精密度

由表3可以看出，加标回收在98.0%～105%，表明方法准确度可靠，能满足测定要求。

2.7 FAAS与ICP-OES法测定结果的对照

按实验方法处理试样，分别采用FAAS和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法进行测定，测定结果如表4所示。

表4 实验结果比对

由表4可以看出，ICP-OES法和FAAS法测定钴的结果基本一致，同时结合加标回收实验，证明FAAS法测定废旧二次电池样品中钴的含量准确度较高。

3 结论

采用盐酸、硝酸和高氯酸溶解废旧二次电池样品，溶样方法简单易行。方法加标回收率98.0%～105%，RSD小于2%，结果准确度高，精密度好，且相对于ICP-OES法，所使用仪器价格便宜，运行成本更低。