电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钐钴合金废料中的钐

刘东辉，赖永炳，成 誉，叶龙云，钟 轩，熊以俊*

（1.赣州逸豪优美科实业有限公司，江西 赣州 341000；2.江西理工大学材料冶金化学学部，江西 赣州 341000）

SmCo稀土磁体具有高矫顽力、优异的热稳定性和良好的耐腐蚀性。主要包括稀土（1-5型）SmCo5和稀土（2-17型）Sm2Co17两大类［1-2］。由于钐钴永磁体具有磁能积高、矫顽力大、居里温度高、温度稳定性好、抗腐蚀性好等特点，自20世纪90年代中期以来，使之成为航空航天、微波通讯、仪器仪表、磁力机械等领域不可缺少的重要金属功能材料［3］。据报道，全球SmCo磁铁的生产将在未来几年持续增长［4］。在稀土磁体的制造过程中，由于切割、研磨和抛光，产生了相当数量（约占原材料的15%～30%）的废料和残渣［5］。毫无疑问，回收二次资源，包括这些废料和使用的SmCo磁铁，有利于回收有价金属资源。

稀土金属钐是我国的战略性资源，具有特殊的物理性质与优异的化学性质。钐及钐合金除了主要集中在磁性材料、电子元器件和陶瓷电容器外，钐及钐合金的许多其它用途也不断得到开发，随着科技的发展，其在有机合成工业、电子、核工业与医疗行业领域的应用越来越广泛。研究钐钴合金中钐的测定方法，更好的为钐钴合金的生产监测提供检验方法。在钐的测定方法中，最常用的方法主要有化学滴定法［6-7］和 X-荧光光谱法［8］。在化学法中，一般需要预先将钐和钴元素分离，王东杰等人［9］指出，由于稀土钐、钴与EDTA的络合能力的差异，会对元素的测定造成严重干扰。而X-荧光光谱法中需采用昂贵的检测设备，高的投资成本并未获得广泛应用。电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-OES）法具有快速、高效检测的特点，在检测金属元素方面应用广泛［10］。本方法通过ICPOES法测定钐钴合金中钐元素的含量，采用硝酸溶解样品，通过对影响因素进行研究，建立快速准确检测钐钴合金中钐元素的方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 5110型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（安捷伦科技有限公司）；KL-UP-IV-20型超纯水机（台湾艾柯，成都康宁实验专用纯水设备厂）。

钐标准溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心）：1 mg/mL。

1-5型钐钴合金废料，杭州某公司；硫酸（分析纯），西陇科学股份有限公司；盐酸（分析纯），西陇科学股份有限公司；硝酸（分析纯），西陇科学股份有限公司；超纯水（电阻率为18.2 MΩ·cm）。

1.2 实验步骤

1.2.1 混合标准溶液的配制

将钐元素标准溶液配制为表1所示质量浓度的系列混合标准溶液，其中各溶液均为硝酸（1+49）介质。

表1 系列混合标准溶液浓度Tab.1 Concentration of series mixed standardized solution

1.2.2 样品检测

1）样品处理。取钐钴合金废料进行研磨，过200目筛；精确称量1.0000 g试样粉末于烧杯中，加入10 mL硝酸，在电炉上低温加热至样品溶解完全，冷却，加入超纯水20～30 mL，加热至沸腾，冷却至室温，将试样溶液移入100 mL容量瓶中，加水定容并摇匀，随后移取2.00 mL试液于100 mL容量瓶中，用硝酸（1+49）定容并摇匀。

2）测定。等离子体原子发射光谱仪运行参数，等离子体气流量12 L/min，雾化气流量0.7 L/min，辅助气流量1.0 L/min，补偿气流量1.0 L/min，RF功率1.2 kW，进样量流速8 mL/min，积分时间15 s，测量次数为3次。首先在等离子体原子发射光谱仪上测试系列混合标准溶液，随后建立标准曲线，最后在测定样品试液获得钐元素的含量。同时进行空白实验。

2 结果与分析

2.1 酸介质的选择

本试验采用不同的无机酸对钐钴合金废料作为溶解对比实验，检测溶解样品的酸主要采用H2SO4、HCl、HNO3。测试结果见表2。

表2 不同酸溶解试样测试结果Tab.2 Results of samples dissolved by different acids

从表2看出，采用不同的酸溶解钐钴合金样品时，硫酸溶液中有微量的沉淀物，这是由于钐的硫酸盐溶解度小，溶解后产生了硫酸钐沉淀。同时，由于硫酸根离子基团大，基体效应明显，因此，硫酸不宜用于钴钐合金作溶解介质。而采用盐酸和硝酸溶解试样的溶液中未发现残渣，测试结果基本一致。为了与标准液介质匹配，本试验选择硝酸作为溶解样品的酸介质。

2.2 标准工作曲线的建立

按照上述所设定的参数，钐波长选443.43 nm，根据表1列出标准溶液系列，测定钐系列混合标准溶液的工作曲线，测试结果见图1。从图1看出，钐元素的相关系数R2为0.9992，这表明钐元素在标准系列浓度范围内线性关系良好。

图1 钐标准曲线Fig.1 Standard curve of Sm

2.3 精密度实验

为了评估本方法的精密度，采用硝酸对三组不同含量的钐钴试样进行溶解，对已知含量的钐钴合金废料进行连续测定11次，计算其平均值，偏差与标准偏差，测试结果见表3。

表3 精密度试验结果Tab.3 Precision experiment results

通过标准偏差可以判断实验结果的精密度，以上数据显示，钐元素的相对标准偏差（RSD）在0.31～0.69，说明本方法的精密度高，数据重现性好。

2.4 加标回收实验

为了考察数据的可靠性，按试验方法对钐元素进行加标回收实验，测定三组不同含量的样品，测定结果见表4。结果表明，加标回收率为98.80%～100.88%，结果准确、可靠。

表4 加标回收率结果Tab.4 Results of recovery rate

2.5 方法对比结果

选择三组不同含量的钐钴合金样品，采用X-荧光光谱仪进行测定，然后与本方法结果进行对比，测试结果如表5所示。

表5 不同测试方法对比结果Tab.5 Comparison results with different test methods

从表5看出，采用X-荧光光谱法、重量法和ICP-OES法测试三组不同成分的钐钴试样，测试结果相近。由此表明本方法结果准确，检测方便快捷。

3 结论

本文探究了电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-OES）分析方法测定钐钴合金中钐元素的含量。该方法具有灵敏度高、准确性较好等优点。与X-荧光光谱法测定结果较为一致，具有良好的精密度和准确度，能够满足行业钐钴合金中钐元素含量的测定要求。