一种消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法
阅读说明：本技术 一种消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法 (Method for digesting solid impurity elements of lead, zinc and selenium in nickel electrolytic solution ) 是由 周通 冯建华 郭勇 郑军福 卢晓锋 苏兰伍 张峰瑞 李亦婧 张四增 宛顺磊 刘军 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法,包括以下步骤：将镍电解溶液中的固体杂质用稀盐酸溶液、去离子水洗涤后干燥；向干燥后的镍电解溶液中的固体杂质中加入含有还原剂的有机弱酸溶液,得到混合物料；还原剂为水合肼、盐酸羟胺中的一种或两种,有机弱酸为甲酸、醋酸、丙酸中的一种或几种；将混合物料在50℃-80℃的条件下搅拌反应0.2h-1h。本发明方法与强酸消解方法不同,无需借助超声助溶、无赶酸操作,反应时间短,能够作为该类固体杂质消解的新方法。(The invention discloses a method for digesting solid impurity elements of lead, zinc and selenium in a nickel electrolytic solution, which comprises the following steps: washing solid impurities in the nickel electrolytic solution with a dilute hydrochloric acid solution and deionized water, and drying; adding an organic weak acid solution containing a reducing agent into solid impurities in the dried nickel electrolytic solution to obtain a mixed material; the reducing agent is one or two of hydrazine hydrate and hydroxylamine hydrochloride, and the organic weak acid is one or more of formic acid, acetic acid and propionic acid; the mixed materials are stirred and react for 0.2h to 1h at the temperature of 50 ℃ to 80 ℃. The method is different from a strong acid digestion method, does not need to be assisted by ultrasonic and does not need acid dispelling operation, has short reaction time, and can be used as a novel method for digesting the solid impurities.)
技术领域
本发明属于化学溶解技术领域，具体涉及一种消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法。
背景技术
镍电解溶液作为电解镍生产的重要电解质。根据阴离子的种类的区别可以分为硫酸根体系(SO4 2-)、氯体系(Cl-)和混合体系，而混合体系是由按一定硫酸根/氯比例所配制的电解液，它是最常见的电解体系。混酸体系经过依次除铁(Fe)、铜(Cu)和钴(Co)等离子才能获得适用于电解镍生产的标准镍电解液。在除杂过程中，细小的固体杂质能够穿过滤布进入溶液内影响电解液品质，进而影响电解镍质量。因此，了解镍电解溶液状态对电解镍生产条件监测和控制、保证产品的质量具有重要的意义。铅(Pb)、锌(Zn)、硒(Se)等金属或非金属杂质元素在电解镍中含量的存在不但影响电解镍的品质，还影响镍的性能。通过镍电解液中固体杂质元素的分析，能够间接对电解液的质量和成品镍的质量进行评估。传统的固体消解方法一般采用强无机酸(例如，盐酸、硝酸、氢氟酸、王水)对固体溶解消解，经过消解后的溶液再进行加热赶酸处理，用一定浓度的稀无机酸配制成适于质谱法(GB/T 6041-2002)检测的溶液。传统的固体消解方法具有耗时长、设备投入多、步骤繁琐等问题。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种方法简单、操作便利、耗时短的消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法。
本发明采用以下技术方案：
一种消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)：将镍电解溶液中的固体杂质用稀盐酸溶液、去离子水洗涤后干燥；
步骤(2)：向干燥后的镍电解溶液中的固体杂质中加入含有还原剂的有机弱酸溶液，得到混合物料；还原剂为水合肼、盐酸羟胺中的一种或两种，有机弱酸为甲酸、醋酸、丙酸中的一种或几种；
步骤(3)：将混合物料在50℃-80℃的条件下搅拌反应0.2h-1h。
根据上述的消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法，其特征在于，镍电解溶液为硫酸镍溶液、氯化镍溶液组成的混合溶液。
根据上述的消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法，其特征在于，镍电解溶液中的固体杂质由套管过滤器收集，套管过滤器的滤布孔径为1um。
根据上述的消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法，其特征在于，步骤(1)中将镍电解溶液中的固体杂质用pH＝4.0-5.5的稀盐酸溶液、去离子水分别洗涤三次后干燥，干燥的工艺条件为：干燥温度为80℃-100℃、干燥时间为8h-10h。
根据上述的消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法，其特征在于，步骤(2)中还原剂的浓度为0.01M-0.2M；有机弱酸溶液的浓度为30％-60％。
本发明的有益技术效果：本发明将有机弱酸应用于镍电解溶液中固体杂质成分分析中，不仅可以缩短样品检测过程中的消解时间，而且消解所需设备价格低廉、操作方法简单，易于工作人员掌握。同时，所用有机弱酸为单齿配位的配体，其应用有利于提高待金属元素(Pb、Zn)的溶解性能、增强分析数据的可靠性。本发明方法与强酸消解方法不同，无需借助超声助溶、无赶酸操作，反应时间短，能够作为该类固体杂质消解的新方法。
具体实施方式
本发明的一种消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法，包括以下步骤：步骤(1)：将镍电解溶液中的固体杂质用稀盐酸溶液、去离子水洗涤后干燥，其中，固体杂质与稀盐酸溶液的固液质量比为0.25-0.5、固体杂质与去离子水的固液质量比为0.25-0.5。优选的，将镍电解溶液中的固体杂质用pH＝4.0-5.5的稀盐酸溶液、去离子水分别洗涤三次后干燥，干燥的工艺条件为：在80℃-100℃的鼓风干燥箱中干燥8h-10h。镍电解溶液为硫酸镍溶液、氯化镍溶液组成的混合溶液。镍电解溶液中的固体杂质主要为镍、钴、锰、铁混合物。镍电解溶液中的固体杂质是由套管精密过滤器收集的固体不溶物，套管精密过滤器的滤布孔径为1um。步骤(2)：向干燥后的镍电解溶液中的固体杂质中加入含有还原剂的有机弱酸溶液，得到混合物料；还原剂为水合肼(N2H4·H2O)、盐酸羟胺(NH2OH·HCl)中的一种或两种，有机弱酸为甲酸(HCO2H)、醋酸(AcOH)、丙酸(EtCO2H)中的一种或几种；还原剂的浓度为0.01M-0.2M；有机弱酸溶液的浓度为30％-60％。步骤(3)：将混合物料在50℃-80℃的条件下磁子搅拌反应0.2h-1h，反应后溶液为浅褐色，基本无固体剩余。用ICP-MS依据GB/T6041-2002检测溶液中的铅、锌、硒含量。
镍电解溶液中的固体杂质消解过程涉及的化学反应方程式如下：
Ni(OH)2+2RCO2H＝Ni(RCO2)2+2H2O
4Fe(OH)3+8RCO2H+N2H4·H2O＝4Fe(RCO2)2+13H2O+N2↑
2Fe(OH)3+2RCO2H+2NH2OH·HCl＝Fe(RCO2)2+FeCl2+8H2O+N2↑
4Co(OH)3+8RCO2H+N2H4·H2O＝4Co(RCO2)2+13H2O+N2↑
2Co(OH)3+2RCO2H+2NH2OH·HCl＝Co(RCO2)2+CoCl2+8H2O+N2↑
MnO2+2RCO2H+N2H4·H2O＝Mn(RCO2)2+3H2O+N2↑
MnO2+2NH2OH·HCl＝MnCl2+4H2O+N2↑
PbCO3+2RCO2H＝Pb(RCO2)2+H2O+CO2↑
Pb3(OH)2(CO3)2+6RCO2H＝3Pb(RCO2)2+4H2O+2CO2↑
2Pb2O3+8RCO2H+N2H4·H2O＝4Pb(RCO2)2+7H2O+N2↑
Pb2O3+2RCO2H+2NH2OH·HCl＝Pb(RCO2)2+5H2O+N2↑+PbCl2
ZnCO3+2RCO2H＝Zn(RCO2)2+H2O+CO2↑
Zn3(OH)2(CO3)2+6RCO2H＝3Zn(RCO2)2+4H2O+2CO2↑
其中，RCO2H代表有机弱酸，R为H，Me或Et。
硒主要以***根(SeO3 2-)和***氢根(HSeO3 -)形式吸附与固体颗粒渣中，随着固体溶物的溶解，相应的酸根负离子逐渐进入溶液状态内。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。
实施例1
将经过套管精密过滤器(配备1um滤布)拦截获得的镍电解溶液中的固体杂质，按照固液质量比1：3，依次用pH＝5.0的稀盐酸溶液和去离子水分别洗涤三次，将洗涤后的固体杂质在100℃的鼓风干燥箱中干燥10h。对固体杂质的组成进行分析，其各元素质量百分含量如下表1：
表1镍电解溶液中的固体杂质的组成及其质量百分含量
称取0.5g上述干燥后的固体杂质置于50mL的圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入20mL含有NH2OH·HCl的AcOH溶液，得到混合物料，NH2OH·HCl的浓度为0.1M，AcOH的浓度为40％。将混合物料在70℃的条件下磁子搅拌30min，反应30min后基本无固体剩余。停止反应，将反应液经有机滤膜(孔径0.2um)过滤后转移至25mL的容量瓶内，定容后使用ICP-MS检测铅、锌、硒含量，具体数据见下表2：
表2固体杂质中元素铅、锌、硒的质量百分含量
实施例2
将经过套管精密过滤器(配备1um滤布)拦截获得的镍电解溶液中的固体杂质，按照固液质量比1：3，依次用pH＝5.0的稀盐酸溶液和去离子水分别洗涤三次，将洗涤后的固体杂质在100℃的鼓风干燥箱中干燥10h。对固体杂质的组成进行分析，其各元素质量百分含量见表1。
称取0.5g上述表1中干燥后的固体杂质置于50mL的圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入15mL含有NH2OH·HCl的HCO2H溶液，得到混合物料，NH2OH·HCl的浓度为0.02M，HCO2H的浓度为60％。将混合物料在80℃的条件下磁子搅拌12min，反应12min后基本无固体剩余。停止反应，将反应液经有机滤膜(孔径0.2um)过滤后转移至25mL的容量瓶内，定容后使用ICP-MS检测铅、锌、硒含量，具体数据见下表3：
表3固体杂质中元素铅、锌、硒的质量百分含量
实施例3
将经过套管精密过滤器(配备1um滤布)拦截获得的镍电解溶液中的固体杂质，按照固液质量比1：3，依次用pH＝5.0的稀盐酸溶液和去离子水分别洗涤三次，将洗涤后的固体杂质在100℃的鼓风干燥箱中干燥10h。对固体杂质的组成进行分析，其各元素质量百分含量见表1。
称取0.5g上述表1中干燥后的固体杂质置于50mL的圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入20mL含有NH2OH·HCl的EtCO2H溶液，得到混合物料，NH2OH·HCl的浓度为0.01M，EtCO2H的浓度为30％。将混合物料在60℃的条件下磁子搅拌40min，反应40min后基本无固体剩余。停止反应，将反应液经有机滤膜(孔径0.2um)过滤后转移至25mL的容量瓶内，定容后使用ICP-MS检测铅、锌、硒含量，具体数据见下表4：
表4固体杂质中元素铅、锌、硒的质量百分含量
对比例1
将经过套管精密过滤器(配备1um滤布)拦截获得的镍电解溶液中的固体杂质，按照固液质量比1：3，依次用pH＝5.0的稀盐酸溶液和去离子水分别洗涤三次，将洗涤后的固体杂质在100℃的鼓风干燥箱中干燥10h。对固体杂质的组成进行分析，其各元素质量百分含量见表1。
称取0.5g上述表1中干燥后的固体杂质置于50mL的玻璃烧杯中，向玻璃烧杯中加入10mL王水，将玻璃烧杯盖上表面皿后置于通风橱内数显加热板上，调节加热板温度使样品溶液处于微沸状态，回流至固体完全溶解，取下表面皿移去多余的王水。待王水剩余0.5mL左右时，加入适量蒸馏水并转移至25mL容量瓶中，定容后，该溶液中的铅、锌和硒元素借助ICP-MS进行含量测定。具体数据见下表5：
表5固体杂质中元素铅、锌、硒的质量百分含量
实施例1-3与对比例1用传统王水消解法得到的Pb、Zn、Se元素含量均相当，本发明采用的消解镍电解溶液中的固体杂质元素铅、锌、硒的方法与王水消解法获得的技术效果相当，可以取代王水消解法成为新的消解方法。
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