铝灰中氟及其浸出毒性的高通量测定方法研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0586

摘要/Abstract

摘要：

为解决铝灰中氟的现有检测标准操作繁琐、耗时长等问题，建立了粉末压片X射线荧光光谱法（XRF）测定铝灰中氟的含量，同时利用响应面法优化浸提液固比、浸出时间和浸提温度，提出快速浸提铝灰中氟的方法。结果表明，粉末压片XRF法测定铝灰中氟的检出限值为0.84 g/kg，样品平行测定相对偏差小于5%，测定结果与参考值的相对误差在±5%之内。采用SPSS 25.0中t检验法分析可知，粉末压片XRF法与标准方法的测定结果在统计学上无显著差异。通过加强固液界面传质过程，在液固比为20∶1（体积质量比，L/kg）、温度为（25±5） ℃条件下，搅拌浸提40 min后测定铝灰中可溶性氟的相对偏差小于5%，测定结果与标准浸提法有显著相关性，两种浸提方法的相对误差绝对值范围为2.25%~6.29%，接近响应面模型预测值。粉末压片XRF法和快速浸提方法测定结果稳定可靠，简化了前处理过程，有望实现铝灰中氟及其浸出毒性的高通量检测。

关键词: 铝灰, 氟, X射线荧光光谱, 高通量, 快速检测

Abstract:

In order to address the issues of complicated operation and time⁃consuming of current determination standards，X-ray fluorescence spectrometry（XRF） with powder pressing was established to determine the fluorine content in aluminum ash.Meanwhile，the response surface method was used to optimize the liquid⁃solid ratio，leaching time and leaching temperature，and rapid extraction method for fluorine in aluminum ash was proposed.The results revealed that the detection limit of fluorine in aluminum ash by XRF with powder pressing was 0.84 g/kg，relative deviation of sample parallel determination was less than 5%，and the relative error between the measurement results and the reference value was within 5%.There was no statistically significant difference between power pressing XRF method and standard method by t test analysis in SPSS 25.0.Under the conditions of liquid⁃solid ratio of 20∶1 and temperature of （25±5） ℃，the relative deviation of soluble fluorine in aluminium ash was less than 5% after stirring extraction for 40 min by strengthening the solid⁃liquid interface mass transfer.The test results were significantly correlated with the standard extraction method.The absolute value of relative error between rapid extraction method and standard extraction method ranged from 2.25% to 6.29%，which was closed to the predicted value of the response surface model.The results of XRF with powder pressing and rapid extraction method were stable and reliable，which simplified the pretreatment process and expected to achieve high throughput determination of fluorine and leaching toxicity in aluminum ash.

Key words: aluminum ash, fluoride, X-ray fluorescence spectrometry, high throughput, rapid determination

中图分类号:

O613.41

陈灿, 曹俊, 张永波. 铝灰中氟及其浸出毒性的高通量测定方法研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 104-109.

CHEN Can, CAO Jun, ZHANG Yongbo. Research on high throughput determination method of fluorine and leaching toxicity in aluminum ash[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(8): 104-109.

图/表 9

表1

图1

表2

表3

表4

表5

图2

表6

表7

参考文献 19

1	HONG Jianping， WANG Jun， CHEN Haiyan，et al.Process of aluminum dross recycling and life cycle assessment for Al-Si alloys and brown fused alumina［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2010，20（11）：2155-2161.
2	SARKER M S R， ALAM M Z， QADIR M R，et al.Extraction and characterization of alumina nanopowders from aluminum dross by acid dissolution process［J］.International Journal of Minerals，Metallurgy and Materials，2015，22（4）：429-436.
3	李来时，张正勇，吴玉胜，等.铝灰资源化研究新进展［J］.轻金属，2020（11）：16-19.
	LI Laishi， ZHANG Zhengyong， WU Yusheng，et al.Research progress of aluminum dross reutilization［J］.Light Metals，2020（11）：16-19.
4	刘宏博，郝雅琼，吴昊，等.铝冶炼行业危险废物产生和利用处置现状与管理对策建议［J］.环境工程技术学报，2021，11（6）：1273-1280.
	LIU Hongbo， HAO Yaqiong， WU Hao，et al.Present situation of production，utilization and disposal of hazardous waste in aluminium smelting industry and management countermeasures［J］.Journal of Environmental Engineering Technology，2021，11（6）：1273-1280.
5	徐思琪，王雪娇，陈平，等.我国铝冶炼企业固体废物的指纹特征及毒性［J］.环境科学研究，2021，34（9）：2248-2255.
	XU Siqi， WANG Xuejiao， CHEN Ping，et al.Fingerprint characteristics and toxicity analysis of solid waste in China′s aluminum smelting industry［J］.Research of Environmental Sciences，2021，34（9）：2248-2255.
6	刘兰，余志峰，拉毛吉，等.危险废物铝灰渣中氟化物检测技术研究［J］.中国标准化，2018（19）：170-173.
	LIU Lan， YU Zhifeng， Maoji LA，et al.Study on fluoride detection technology in aluminum ash residue of hazardous waste［J］.China Standardization，2018（19）：170-173.
7	谢堂锋，陈若葵，王明，等.氟离子选择电极法测定废旧锂电池回收浸出液中氟含量［J］.矿冶工程，2020，40（6）：126-129.
	XIE Tangfeng， CHEN Ruokui， WANG Ming，et al.Determination of fluoride concentration in the leachate of spent lithium batteries by using fluoride ion selective electrode［J］.Mining and Metallurgical Engineering，2020，40（6）：126-129.
8	曾江萍，李小莉，张楠，等.粉末压片制样-X射线荧光光谱法测定锂云母中的高含量氟［J］.岩矿测试，2019，38（1）：71-76.
	ZENG Jiangping， LI Xiaoli， ZHANG Nan，et al.Determination of high concentration of fluorine in lithium mica by X-ray fluorescence spectrometry with pressed⁃powder pellets［J］.Rock and Mineral Analysis，2019，38（1）：71-76.
9	李燕，侯大山，张庆银，等.基于主成分分析和聚类分析对11个辣椒品种产量和品质综合评价及引进筛选［J］.河北科技师范学院学报，2022，36（3）：22-28.
	LI Yan， HOU Dashan， ZHANG Qingyin，et al.The research on the yield and quality of 11 pepper varieties with principal component analysis and cluster analysis［J］.Journal of Hebei Normal University of Science & Technology，2022，36（3）：22-28.
10	王祎亚，许俊玉，詹秀春，等.较低稀释比熔片制样X射线荧光光谱法测定磷矿石中12种主次痕量组分［J］.岩矿测试，2013，32（1）：58-63.
	WANG Yiya， XU Junyu， ZHAN Xiuchun，et al.Determination of twelve major，minor and trace components in phosphate ores by X-ray fluorescence spectrometry with a lower⁃dilution ratio of fused bead sample preparation［J］.Rock and Mineral Analysis，2013，32（1）：58-63.
11	王二院，李侠. T检验在公安决策中的应用［J］.中国人民公安大学学报（自然科学版），2016，22（3）：37-42.
	WANG Eryuan， LI Xia.Application of T-test in public security decision⁃making［J］.Journal of People′s Public Security University of China（Science and Technology），2016，22（3）：37-42.
12	高华杰，徐思琪，薛雍，等.铝灰及其浸出液中氟的测定［J］.中国无机分析化学，2022，12（2）：65-71.
	GAO Huajie， XU Siqi， XUE Yong，et al.Determination of fluorine in aluminum ash and its leaching solution［J］.Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry，2022，12（2）：65-71.
13	哈志昊，许向群，谭小涵，等.磷石膏基吸附剂的制备及其对As（Ⅴ）的吸附性能试验研究［J］.湿法冶金，2023，42（1）：76-82.
	Zhihao HA， XU Xiangqun， TAN Xiaohan，et al.Preparation of phosphogypsum based adsorbent and adsorption performance of As（Ⅴ）［J］.Hydrometallurgy of China，2023，42（1）：76-82.
14	SHEMI A， NDLOVU S， SIBANDA V，et al.Extraction of aluminium from coal fly ash：Identification and optimization of influential factors using statistical design of experiments［J］.International Journal of Mineral Processing，2014，127：10-15.
15	陈灿，卢欢亮.重捕剂SDTC的合成及其处理含铊废水的研究［J］.环境污染与防治，2019，41（11）：1341-1345，1351.
	CHEN Can， LU Huanliang.Research on synthesis of heavy metal caputring agent SDTC and the treatment of thallium wastewater with SDTC［J］.Environmental Pollution & Control，2019，41（11）：1341-1345，1351.
16	姜盛基，王刚，严亚萍，等.响应面法优化重金属螯合絮凝剂MAAPAM去除水中Cu（Ⅱ）［J］.环境科学与技术，2020，43（11）：124-130.
	JIANG Shengji， WANG Gang， YAN Yaping，et al.Optimization of the removal condition of Cu（Ⅱ） from water with heavy metal chelating⁃flocculant MAAPAM by response surface methodolo⁃gy［J］.Environmental Science & Technology，2020，43（11）：124-130.
17	阳慧芳，沙傲阳，徐志高，等.聚乙烯亚胺对风化壳淋积型稀土矿浸取传质过程研究［J/OL］.（2023-06-28）.中国稀土学报.https://kns.cnki.net/kcms2/detail/11.2365.TG.20230627.1602.010.html.
	YANG Huifang， SHA Aoyang， XU Zhigao，et al.Effects of polyethyleneimine on the mass transfer process during weathered crust⁃drenched rare earth ore leaching［J/OL］.（2023-06-28）.Journal of the Chinese Rare Earth Society.https://kns.cnki.net/kcms2/detail/11.2365.TG.20230627.1602.010.html.
18	张宏忠，李聪，陈文亮，等.大修渣浸出液中氟离子快速测定方法研究［J］.无机盐工业，2021，53（7）：105-108.
	ZHANG Hongzhong， LI Cong， CHEN Wenliang，et al.Research on rapid determination method of fluoride ion in leachate of overhaul residue［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（7）：105-108.
19	宁远英，邢小茹，左泽浩，等.利用土壤中镉能力验证结果评价石墨炉原子吸收光谱法与电感耦合等离子体质谱法的一致性［J］.冶金分析，2023，43（10）：47-53.
	NING Yuanying， XING Xiaoru， ZUO Zehao，et al.Consistency evaluation between graphite furnace atomic absorption spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry based on the proficiency testing results of cadmium in soil［J］.Metallurgical Analysis，2023，43（10）：47-53.

样品编号	w （Na₂O）	w （MgO）	w （Al₂O₃）	w （SiO₂）	w （K₂O）	w （CaO）	w （Fe₂O₃）	w （Ti）	w （Ba）
V1	3.69	4.88	46.71	12.31	1.79	0.56	0.31	0.33	0.740
V2	1.98	2.65	63.62	14.62	0.51	0.88	0.61	0.16	0.150
V3	5.26	6.09	79.84	13.30	5.50	0.53	0.25	0.13	0.077
V4	1.72	9.19	80.46	14.34	6.51	1.31	0.55	0.21	0.068
V5	1.30	7.89	52.46	13.01	2.78	0.52	0.95	0.28	0.230
V6	3.21	0.51	59.15	13.45	0.71	0.77	1.01	0.86	0.370
V7	1.68	6.71	49.96	12.35	0.25	1.39	0.57	0.82	2.620
V8	11.22	6.27	44.99	12.27	3.02	1.11	0.58	0.22	0.180
V9	2.17	7.28	54.80	12.61	0.26	2.88	0.72	0.21	0.240
V10	1.07	4.19	51.21	20.73	1.42	1.82	1.87	0.28	0.110
V11	8.13	3.15	61.36	15.66	0.67	0.61	1.16	1.03	1.160
V12	6.25	6.13	45.62	22.31	0.29	1.43	0.58	0.64	0.960

样品编号	测定结果/（g·kg^-1）							相对偏差RSD/%
V2	10.90	11.20	11.30	10.50	11.50	11.10	10.60	3.33
V3	6.27	6.66	6.26	6.19	6.14	6.22	6.56	3.15
V7	3.48	3.42	3.50	3.44	3.22	3.36	3.44	2.77
V10	25.80	23.90	24.30	24.50	26.60	27.10	25.20	4.77

样品编号	XRF法测定结果/ （g·kg^-1）		氟离子选择电极法测定结果/（g·kg^-1）		独立样本t 检验t值	显著性概率p
样品编号	单次测定	平均值	单次测定	平均值	独立样本t 检验t值	显著性概率p
QC1	2.26	2.28	2.14	2.23	1.499	0.160
	2.30		2.26
	2.21		2.18
	2.28		2.19
	2.35		2.29
	2.23		2.21
	2.33		2.35
QC2	48.8	48.1	48.3	47.8	0.567	0.581
	47.6		46.2
	48.2		47.9
	47.2		47.2
	49.5		48.6
	46.6		47.5
	48.9		49.0

实验序号	自变量			响应值 Y/%
实验序号	A	B/min	C/℃	响应值 Y/%
1	17.5∶1	15.0	40.0	10.8
2	30∶1	60.0	27.5	12.3
3	5∶1	15.0	27.5	20.6
4	5∶1	60.0	27.5	19.0
5	30∶1	15.0	27.5	14.2
6	17.5∶1	37.5	27.5	4.2
7	17.5∶1	60.0	15.0	7.6
8	30∶1	37.5	15.0	9.1
9	17.5∶1	37.5	27.5	5.1
10	17.5∶1	37.5	27.5	5.6
11	17.5∶1	37.5	27.5	4.5
12	17.5∶1	15.0	15.0	10.6
13	17.5∶1	60.0	40.0	7.9
14	30∶1	37.5	40.0	12.3
15	5∶1	37.5	15.0	19.4
16	5∶1	37.5	40.0	18.9

方差来源	离差平方和	自由度	均方	F值	p值
模型	473.56	9	52.62	73.42	<0.000 1
A	112.50	1	112.50	156.98	<0.000 1
B	11.05	1	11.05	15.41	0.007 8
C	1.28	1	1.28	1.79	0.229 9
AB	0.02	1	0.02	0.03	0.865 2
AC	3.42	1	3.42	4.78	0.071 5
BC	0.002 5	1	0.002 5	0.003 5	0.954 8
A²	301.89	1	301.89	421.24	<0.000 1
B²	35.70	1	35.70	49.81	0.000 4
C²	7.70	1	7.70	10.75	0.016 9
残差	4.30	6	0.72
失拟	3.13	3	1.04	2.68	0.220 2
误差	1.17	3	0.39
总和	477.86	15

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