湿法磷酸中氧化铝含量的测定

高德池

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北 荆门 431910）

矿源不同，磷矿中铁、铝、镁及酸不溶物等杂质含量也各不相同。在湿法磷酸生产过程中，磷矿中约30%的杂质会进入磷酸中。湖北大峪口化工有限责任公司近10 年来的统计数据表明，磷矿被硫酸分解时60%左右的氧化铝进入稀磷酸溶液中形成磷酸铝盐，使磷酸黏度增大，五氧化二磷转化率降低；在浓缩过程中随着磷酸浓度的增加而析出的继沉淀盐包括氟铝酸镁和酸性磷酸铝钾，其粘结在浓缩设备的内壁上而使设备的导热性能降低，产生起泡和酸雾［1］。在后续磷酸二铵的生产过程中，氧化铝含量过低时造粒产品表面凸凹不圆润，着色困难，颗粒无晶体感，w（Al2O3）在1.0%～1.6%时造出的肥料颗粒晶莹剔透，光滑圆润。所以准确检测磷酸中氧化铝含量至关重要。

目前国家标准及行业标准均未给出湿法磷酸中氧化铝含量的分析检测标准，笔者曾参考GB/T 1871.3—1995［2］中磷酸铁（铝）分离-EDTA 容量法进行测定，但此法在分析过程中需配制十几种试剂，操作过程要不停地加热所用试剂，形成的沉淀难以过滤，Al2O3含量以加热后连续滴定消耗的硫酸铜标准溶液体积来计算，步骤烦琐，分析一个样品需耗时3.5 h 以上。为了解决这一难题，笔者对GB/T 1871.3—1995［2］中的铬天青-S 分光光度法、GB/T 14849.2—2007《工业硅化学分析方法 第2部分：铝含量的测定 铬天青-S分光光度法》［3］进行研究，通过大量实验验证用铬天青-S分光光度法［4］检测湿法磷酸中氧化铝含量可满足分析检测标准要求。

1 实验部分

1.1 方法原理

试样用高氯酸溶解，以抗坏血酸掩蔽铁、苦杏仁酸掩蔽钛，在pH 为5.5 ～6.1 的六次甲基四胺介质中，铝与铬天青-S生成紫红色络合物，于分光光度计波长545 nm处测量吸光度，求出氧化铝含量。

1.2 主要仪器和试剂

分析天平，MS204S/01，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；分光光度计，UV-1810，北京普析通用仪器有限责任公司；电热恒温水浴锅，HH-2，国华电器有限公司；超纯水机，GWA-UN4，北京普析通用仪器有限责任公司。

高氯酸（1.67 g/mL）；盐酸（1+1）；盐酸（1+60）；氢氧化钠（200 g/L）；氢氧化钠（50 g/L）；抗坏血酸（20 g/L）；苦杏仁酸（10 g/L）；铬天青-S（1 g/L），称取铬天青-S 0.5 g，溶于250 mL 乙醇（GB/T 679—2002），用水稀释至500 mL；六次甲基四胺（400 g/L）；百里香酚蓝（2 g/L）；上述试剂均为分析纯试剂，分析中所用水应符合GB/T 6682—2008中三级水的规格。

氧化铝标准溶液（200 μg/mL）：称取高纯金属铝0.105 8 g 置于250 mL 聚乙烯烧杯中，加氢氧化钠（200 g/L）20 mL，水浴加热至溶解完全，用盐酸（1+1）中和至沉淀溶解后再过量20 mL，冷却。移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

氧化铝标准溶液（10 μg/mL）：移取上述氧化铝标准溶液25.00 mL 置于500 mL 容量瓶中，加盐酸（1+1）15 mL，用水稀释至刻度，摇匀。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

称取工业湿法磷酸试样0.5 g（精确至0.000 1 g），置于300 mL烧杯中，加入高氯酸10 mL，盖上表面皿，缓慢加热至冒白烟，继续加热直至溶液呈无色或淡色清液。冷却至室温，转移至500 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。干过滤，此滤液即为待测液，同时做空白样。

1.3.2 标准曲线制作

分别移取10 μg/mL 的氧化铝标准溶液0、1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 mL于100 mL容量瓶中，加水约30 mL，加2 滴百里香酚蓝指示剂，用氢氧化钠（50 g/L）调至亮黄色，加入盐酸（1+60）4 mL、抗坏血酸（20 g/L）2 mL、苦杏仁酸（10 g/L）1 mL、铬天青-S（1 g/L）5.0 mL、六次甲基四胺（400 g/L）5 mL，每加一种试剂后均应摇匀，用水稀释至刻度，摇匀。显色20 min，在545 nm波长下，用2 cm吸收池测量吸光度，以氧化铝浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，作标准曲线。标准曲线方程A=0.902 5X-0.075 45，相关系数R2=0.999 3，检出限为0.04 μg/mL。

1.3.3 试样吸光度测定

移取待测液10.0 mL于100 mL容量瓶中，其余步骤同标准系列溶液测定，以空白实验溶液为参比，在545 nm波长下，用2 cm吸收池测量吸光度。

1.3.4 计算表述结果

以质量分数（w）表示氧化铝含量，按式（1）计算：

式中 m1——测得所取试液中氧化铝质量，μg；

m——称取试样的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 络合物介质的选择

聚乙烯醇为高分子表面活性剂，不容易溶解，要在90 ℃水浴中保温3 h以上方可溶解完全，搅拌时容易起泡沫，为了消除这一弊端，配制时需加入甲醇。聚乙烯醇和甲醇均有较强的毒性，对人的神经系统与血液系统造成影响，在操作使用过程中，易因摇动容量瓶而产生泡沫，导致定容不准确。六次甲基四胺属弱碱，直接用冷水就可溶解完全，不会对人体造成危害。因此选用在六次甲基四胺介质中，铝与铬天青-S络合生成紫红色络合物。

2.2 波长的选择与pH的影响

溶液的pH 值是显色反应基本的条件，其大小直接影响铝与铬天青-S 络合生成紫红色络合物的稳定性。针对GB/T 1871.3—1995及GB/T 14849.2—2007 要求与测定条件，分别移取两组铝标准溶液（10 μg/mL）于100 mL 的容量瓶中。第一组在乙酸盐缓冲溶液（pH≈7.0），波长为620 nm的条件下测定，第二组在盐酸-六次甲基四胺（pH≈5.8），波长为545 nm 的条件下测定，吸光度曲线如图1 所示，第一组测得吸光度值0.072 ～0.237，第二组测得吸光度值0.027 ～0.748，因此选择测定条件为pH≈5.8，波长为545 nm。

图1 两种不同条件下吸光度曲线

2.3 显色时间的选择

移取铝标准溶液（10 μg/mL）5.0 mL，在不同的时间进行显色反应，测定吸光度，结果如图2所示，在20 ～30 min内吸光度较为稳定，因此选用最短时间20 min。

图2 吸光度随时间的变化

2.4 显色剂用量的选择

为确定分析操作中铬天青-S 溶液的用量，取0.5 μg/mL氧化铝标准溶液，在波长545 nm、pH 5.8条件下，用2 cm 的吸收池进行比色分析，结果如图3所示。从图3中可以看出，铬天青-S溶液的用量对吸光度值有较大影响，其用量在5.0 mL时吸光度达到最大，超过5.0 mL吸光度反而会下降。因此选择铬天青-S溶液的用量为5.0 mL。

图3 铬天青-S溶液用量与吸光度曲线

2.5 精密度实验

对本公司生产的工业湿法磷酸中稀磷酸与浓磷酸氧化铝含量分别进行6次平行测定，测定结果见表1。

表1 精密度实验结果

由表1可以看出，铬天青-S分光光度法检测湿法磷酸中氧化铝含量，平行测定标准偏差小于0.02%，相对标准偏差小于3.5%，重现性好，精密度高，可满足分析检测标准的要求。

2.6 加标回收率实验

按所确定的实验方法，制取两个不同含量的工业湿法磷酸样品，吸取滤液测定值作为本底值，分别加入氧化铝（10 μg/mL）标准溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL进行加标回收实验，测定结果见表2。

表2 样品加标回收测定结果

由表2可以看出，用该实验方法检测，加标回收率在99.1%～101.9%，准确度高，可满足定量分析的要求。

3 结论

铬天青-S 分光光度法测定湿法磷酸中氧化铝含量，操作快捷方便，测定结果准确度高、精密度好，可推荐用于湿法磷酸中氧化铝含量的测定。