一种快速测定电池级硫酸钴中12种杂质元素的方法与流程

1.本发明属于样品元素测定分析领域，具体涉及一种快速测定电池级硫酸钴中12种杂质元素的分析方法。


背景技术：

2.钴是一种重要的战略性金属，广泛应用于航空航天、电机电器、机械、化工、陶瓷和电池等领域。硫酸钴在锂离子电池生产中不可或缺，是制备正极材料的重要原料。受益于中国电动汽车、动力电池产业迅速发展，中国硫酸钴产销量不断增长，现阶段是全球最大的硫酸钴市场。
3.电池级硫酸钴中杂质元素种类多，杂质元素的含量直接影响电池的性能，因此对其含量准确的分析非常重要。其中每种元素化学属性不同，采取的样品处理方法不同。目前，电池级硫酸钴中杂质成分的检测一般参考国家标准方法分别进行测定。传统的分析多采用原子吸收法和湿法化学分析，分别测定每个元素的含量，每个元素需要单独分析，分析流程长，效率低。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速测定电池级硫酸钴中12种杂质元素的分析方法。本发明结合杂质元素的化学性质，采用低温多酸溶解方法，根据杂质元素的含量范围，合理的配制多元素混合标液，用电感耦合等离子体发射光谱仪（icp-aes）法同时测定电池级硫酸钴中zn、fe、cu、ca、mg、cr、cd、na、al、pb、mn、ni的含量；避免了化学法和原子吸收光谱法分析流程的冗长，大幅缩短了分析时间，减少了试剂的消耗，节约了分析成本，快速简便，测定结果准确度高，分析效果较好。
5.为解决上述技术问题，本发明具体提供以下述技术方案。
6.一种快速测定电池级硫酸钴中12种杂质元素的分析方法，包括以下步骤：步骤1、混合标准溶液的配制：分别分取mg、al、ca、mn、fe、ni、cr混合标准溶液1ml、5ml、10ml，置于3个100ml塑料容量瓶中，再分别分取cu、zn、cd、na混合标准溶液0.5ml、1ml、2ml于上述容量瓶中，最后分别分取pb标准溶液1ml、3ml、5ml于以上3个容量瓶中；在混合标准溶液中分别加入5ml盐酸和5ml硝酸，用水稀释至刻度，摇匀，待测。
7.步骤2、样品的前处理：称取0.1000g样品置于100ml聚四氟乙烯烧杯中，平行称取三个样品，用洗瓶将样品润湿并摇晃均匀，加入2ml氢氟酸，电热板在低温100℃以下，加热5min，再加入10ml盐酸，5ml硝酸，2ml高氯酸，低温加热至样品溶解后，高温加热并冒高氯酸白烟，近干，取下，稍冷，加入5ml硝酸，5ml盐酸，加热至微沸，取下，冷却，定容至100ml塑料容量瓶，混匀，待测。
8.步骤3、空白溶液的配制：按照步骤2待测试样的酸度配制空白溶液，在100ml塑料容量瓶中加入5ml盐酸和5ml硝酸，加水稀释至刻度，摇匀，待测。
9.步骤4、建立标准曲线：用电感耦合等离子体发射光谱仪检测步骤1中配置好的三个混合标准溶液和步骤3中的空白溶液，绘制12元素标准曲线；检测样品并与标准曲线对照，得出含量。
10.进一步地，所述电感耦合等离子体发射光谱仪为美国赛默飞公司生产的icap-6300，并与iteva操作软件配合使用。
11.进一步地，所述盐酸浓度为1.19g/cm3，硝酸浓度为1.4g/cm3，氢氟酸浓度为1.18g/cm3，高氯酸浓度为1.764g/cm3。
12.进一步地，所述试剂均为分析纯，水为二次去离子水。
13.进一步地，所述mg、al、ca、mn、fe、ni、cr混合标准溶液浓度为100
µ
g/ml，cu、zn、cd、na混合标准溶液浓度为100
µ
g/ml，pb标准溶液浓度为1000
µ
g/ml。
14.进一步地，所述步骤3中仪器工作条件为：垂直观测高度，12mm；rf功率,1150w；冷却气流量，15l/min；辅助器流量1.0l/min；雾化器流量，0.5l/min；重复测定次数，3；蠕动泵泵速，50rpm；冲洗时间30s；积分时间，5s。
15.进一步地，所述步骤3中12种杂质元素的分析线为：zn 213.856nm、fe 259.940nm、cu 324.754nm、ca 317.933nm、mg 279.553nm、cr 283.563nm、cd 228.802nm、na 589.592nm、al 308.215nm、pb 220.353nm、mn 257.610nm、ni 231.604nm。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为。
17.本发明结合12种杂质元素的化学性质，采用低温多酸溶解方法，根据分析元素的含量范围，合理的配制多元素混合标液，用icp-aes法同时测定电池级硫酸钴中12种杂质的含量。避免了化学法和原子吸收光谱法分析流程的冗长，大幅缩短了分析时间，减少了试剂的消耗，节约了分析成本，快速简便，测定结果准确度高，分析效果较好。
附图说明
18.图1 实施例1的zn标准曲线图。
19.图2 实施例1的fe标准曲线图。
20.图3 实施例1的cu标准曲线图。
21.图4 实施例1的ca标准曲线图。
22.图5 实施例1的mg标准曲线图。
23.图6 实施例1的cr标准曲线图。
24.图7 实施例1的na标准曲线图。
25.图8 实施例1的al标准曲线图。
26.图9 实施例1的pb标准曲线图。
27.图10 实施例1的mn标准曲线图。
28.图11 实施例1的cd标准曲线图。
29.图12 实施例1的ni标准曲线图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限
定本发明。
31.实施例1。
32.一种快速测定电池级硫酸钴中12种杂质元素的分析方法，包括以下步骤：步骤1、混合标准溶液的配制：分别分取mg、al、ca、mn、fe、ni、cr混合标准溶液（100
µ
g/ml）1ml、5ml、10ml，置于3个100ml塑料容量瓶中，再分别分取cu、zn、cd、na混合标准溶液（100
µ
g/ml）0.5ml、1ml、2ml于上述容量瓶中，最后分别分取pb标准溶液（1000
µ
g/ml）1ml、3ml、5ml于以上3个容量瓶中，使该混合溶液的质量浓度符合表1中数据。在混合标准溶液中分别加入5ml浓度为1.19g/cm3盐酸和5ml浓度为1.4g/cm3硝酸，用水稀释至刻度，摇匀，待测。
33.根据电池级硫酸钴中12种杂质元素的含量范围配制的混合标液中各元素含量见表1。
34.表1 混合标准溶液中12种杂质元素含量。
35.步骤2、样品的前处理：称取0.1000g样品置于100ml聚四氟乙烯烧杯中，平行称取三个样品0.1000g，用洗瓶将样品润湿并摇晃均匀，加入2ml浓度为1.18g/cm3氢氟酸，电热板100℃以下，加热5min，再加入10ml浓度为1.19g/cm3盐酸，5ml浓度为1.4g/cm3硝酸，2ml浓度为1.764g/cm3高氯酸，低温加热至样品溶解后，高温100℃以上加热并冒高氯酸白烟，近干，取下，稍冷，加入5ml浓度为1.4g/cm3硝酸，5ml浓度为1.19g/cm3盐酸，加热至微沸，取下，冷却，定容至100ml塑料容量瓶，混匀，待测。
36.步骤3、空白溶液的配制：
按照步骤2待测试样的酸度配制空白溶液，在100ml塑料容量瓶中加入5ml盐酸和5ml硝酸，加水稀释至刻度，摇匀，待测。
37.步骤3、检测：用icap-6300电感耦合等离子体发射光谱仪与iteva操作软件配合检测步骤1中配置好的三个混合标准溶液和步骤3中的空白溶液，绘制12元素标准曲线；检测样品并与标准曲线对照，测出12种杂质元素的含量。工作条件为：垂直观测高度，12mm；rf功率，1150w；冷却气流量，15l/min；辅助器流量1.0l/min；雾化器流量，0.5l/min；重复测定次数，3；蠕动泵泵速，50rpm；冲洗时间30s；积分时间，5s；12种杂质元素的分析线为：zn 213.856nm、fe 259.940nm、cu 324.754nm、ca 317.933nm、mg 279.553nm、cr 283.563nm、cd 228.802nm、na 589.592nm、al 308.215nm、pb 220.353nm、mn 257.610nm、ni 231.604nm。
38.实施例2。
39.为了进一步验证方法的准确度，随机抽取3个日常检测中的硫酸钴样品，用icp-aes光谱法对各组分含量进行分析，同时与原子吸收法测定结果进行对比，各元素分析误差均在允许范围内。结果对照列于表2-表5。
40.表2样品分析结果对照。
41.表3样品分析结果对照。
42.表4样品分析结果对照。
43.表5样品分析结果对照。
44.实施例3。
45.加标回收及精密度试验：为了验证方法的准确性和可靠性，对已知含量的样品加入不同量的混合标准溶液，按试验方法测定回收率，该方法的回收率在98%－100%之间，将上述溶液进行10次重复分析，计算相对标准偏差值，该方法各元素的相对标准偏差在0.35%-1.6%之间。结果见表6。
46.表6 回收率的测定结果(%)。
47.本方法避免了化学法和原子吸收光谱法分析流程的冗长，大幅缩短了分析时间，减少了试剂的消耗，节约了分析成本，快速简便，测定结果准确度高，分析效果较好。本方法符合国家节能降耗环保要求，有效地利用和发挥icp光谱仪多元素同时测定的性能特点。