Selección de métodos analíticos para la tarea del mineral de cobalto.

Existen más de 100 tipos de minerales que contienen cobalto conocidos en la naturaleza, pero sólo una docena tienen valor industrial. El contenido de cobalto en la corteza terrestre es de aproximadamente 23×10-6 y está asociado principalmente con depósitos de níquel, cobre, hierro, plomo, zinc y otros minerales. Este tema explica las propiedades químicas del cobalto, los métodos de descomposición del mineral de cobalto y la selección de métodos de análisis de cobalto. A través del estudio de este tema, podrá comprender las propiedades químicas del cobalto, elegir un método de descomposición apropiado en función de las características del mineral, los requisitos del proyecto de análisis y la separación de elementos que interfieren, y aprender a evaluar la precisión de Los resultados del análisis se basan en la diferencia en el contenido de cobalto en la muestra que se está analizando. Elija el método apropiado de acuerdo con los diferentes requisitos y complete el diagrama de flujo de la muestra correctamente.

Tarea de Análisis

1. Características del cobalto

1 Propiedades físicas

Cobalto (Co), número atómico 27, relativo al átomos La masa es 58,93, la densidad es 8,9 g/cm3, el punto de fusión es 1495°C y el punto de ebullición es 2930°C Es un metal gris acero brillante, duro y quebradizo. El cobalto es ferromagnético y similar al hierro y al níquel en términos de dureza, resistencia a la tracción, procesabilidad, propiedades termodinámicas y comportamiento electroquímico. Pertenece a los elementos de la serie del hierro. Cuando se calienta a 1150°C, el magnetismo desaparece.

2. Propiedades químicas

La valencia del cobalto es +2 y +3. No interactúa con el agua a temperatura ambiente y es estable en aire húmedo. Generalmente no reacciona con oxígeno, azufre, cloro y otros no metales, pero se oxida a altas temperaturas y reacciona violentamente con oxígeno, azufre, cloro y bromo para formar los compuestos correspondientes. Cuando se calienta a más de 300 °C en el aire, se oxida para formar CoO y se quema para formar Co3O4 cuando se calienta en blanco. El fino polvo de cobalto preparado mediante el método de reducción de hidrógeno puede encenderse espontáneamente en el aire para formar óxido de cobalto.

Desde la perspectiva del potencial del electrodo, el cobalto es un metal moderadamente activo. Sus propiedades químicas son similares a las del hierro y el níquel.

El cobalto es soluble en ácidos diluidos y se pasiva formando una película de óxido en ácido nítrico fumante. Reacciona violentamente en ácido nítrico concentrado y lentamente en ácido clorhídrico y ácido sulfúrico. El cobalto será erosionado lentamente por el ácido fluorhídrico, el amoníaco y el hidróxido de sodio. En soluciones alcalinas, el cobalto es más estable que el hierro y es un metal anfótero.

2. La distribución y estado de aparición del cobalto en la corteza terrestre y la clasificación de los minerales de cobalto.

El contenido de cobalto en la corteza terrestre es de 23×10-6. Hay muy pocos depósitos de cobalto a gran escala, mucho menos que el hierro. Además, el cobalto y el hierro tienen puntos de fusión similares, por lo que lo son. destinado a ser descubierto más tarde que el hierro. En 1735, Blount de Suecia obtuvo cobalto al calcinar mineral de cobalto.

Los compuestos de Co(ⅱ) incluyen óxido de cobalto, hidróxido de cobalto, cloruro de cobalto, sulfato de cobalto, carbonato de cobalto, oxalato de cobalto, etc. Los compuestos de Co(ⅲ) incluyen óxidos con alto contenido de cobalto; los complejos de cobalto incluyen complejos de amoníaco ([CO (NH3) 6] 3+, complejos de cianuro [CO (CN) 6] 4-, complejos de tiocianato [CO (SCN) 4] 2-, complejo carbonilo [CO(CO)4]-, nitro [CO(NO3)4]2- o complejo nitroso [CO.

El cobalto se encuentra combinado con arsénico y azufre. cobaltita Co3S4, que contiene 57,99% de cobalto; cobaltita de arsénico CoAS2, que contiene 28,20% de cobalto; mineral de hierro (hierro, cobalto) S2, que contiene 32,94%. % de cobalto; CoAS3, skutterudita, que contiene 20,77 % de cobalto; mineral de suelo que contiene cobalto, CoMn2O5 · 4H2O, que contiene 18,37 % de cobalto; co(AsO 4)3·8H2O, que contiene 9,51 % de cobalto; sulfato, que contiene 20,97% de cobalto.

Los depósitos de cobalto individuales son generalmente arseniuro de cobalto, sulfuro de cobalto y arcilla de cobalto. Los requisitos industriales de los dos primeros son básicamente los mismos. (incluidos los minerales de arsénico) es del 0,02% y el grado industrial es del 0,03% al 0,06%. El grado de corte del cobalto en los minerales de arcilla de cobalto es del 0,30% y el grado industrial es del 0,50%. principalmente hierro y níquel. El cobre y el níquel en el mineral se recuperan como elementos asociados. Para otros elementos asociados, también se debe identificar su contenido y estado de aparición para considerar si se pueden utilizar de manera integral. método del mineral de cobalto

Las muestras de mineral de cobalto generalmente se pueden descomponer con ácido clorhídrico y ácido nítrico. Si es necesario, se puede usar pirosulfato de potasio y carbonato de sodio para fundir la muestra. Si la muestra es un silicato, se puede usar fluoruro. O se puede agregar ácido fluorhídrico para ayudar a disolver los minerales que contienen cobalto que no pueden descomponerse con ácido fluorhídrico y se pueden fundir con peróxido de sodio o hidróxido de sodio-nitrato de potasio.

Las muestras de minerales de arsénico y cobalto deben calentarse con ácido nítrico y ácido sulfúrico hasta que humeen y se descompongan. Cuando la muestra contiene una gran cantidad de azufre o arsénico, la mayor parte del azufre o arsénico debe eliminarse mediante combustión y luego descomponerse con ácido clorhídrico o agua regia.

4. Métodos de separación y enriquecimiento del cobalto

No existe un método de separación simple y selectivo del cobalto. Los métodos de separación utilizados actualmente incluyen principalmente precipitación de amoníaco, precipitación de 1-nitroso-2-naftol, precipitación de reactivos de cobre-hierro, separación por extracción e intercambio iónico.

El método de precipitación de amoníaco utiliza amoníaco para ajustar el valor de pH de la solución a 8 ~ 9 en presencia de sales de amonio, como Mg2++, Ba2++, Fe3++, Al3++, Cr(ⅲ), Bi3++, Sb3++. , Sn4++, Ti4++, Zr4++, Hf4++, Th4++, Mn2++, Nb5++, etc.

La precipitación del 1-nitroso-2-naftol con cobalto en solución diluida de ácido clorhídrico es relativamente completa, pero no puede utilizarse como método de separación. Porque interferirán el hierro, el cobre, el bismuto, la plata, el cromo, el circonio, el titanio, el molibdeno, el vanadio, el estaño y el ácido nítrico. El aluminio, berilio, plomo, cadmio, manganeso, níquel, mercurio, arsénico, antimonio, zinc, calcio, magnesio y fósforo no interfieren. El óxido de zinc se puede utilizar para precipitar aluminio, titanio, vanadio, cromo, hierro, arsénico, circonio, estaño, tungsteno, uranio, fósforo y la mayoría del cobre, aluminio y silicio. Por lo tanto, el óxido de zinc se utiliza a menudo para separar los elementos que interfieren antes de que el cobalto precipite con 1-nitroso-2-naftol. Sin embargo, el uso de la precipitación con óxido de zinc para separar los elementos que interfieren a menudo requiere dos o tres precipitaciones, lo que hace que el método de precipitación con cobalto con 1-nitroso-2-naftol pierda su superioridad.

El reactivo de cobre y hierro precipita cuantitativamente hierro, titanio, circonio, vanadio (ⅴ), uranio (ⅳ), estaño (ⅳ), niobio y tantalio en solución ácida, y puede combinarse con aluminio y cromo. Separación de manganeso, níquel, cobalto, zinc, magnesio y fósforo. Dado que el reactivo de cobre y hierro no afecta la precipitación de cobalto y 1-nitroso-2-naftol, la separación del reactivo de cobre y hierro se puede combinar con la precipitación de cobalto y 1-nitroso-2-naftol.

La precipitación de cobalto con nitrito de potasio es un método práctico para separar el cobalto. Aunque la precipitación tiene algunas desventajas, como alta solubilidad, separación incompleta de grandes cantidades de níquel y la precipitación no puede usarse como forma de pesaje, el método es altamente selectivo y puede usarse para eliminar grandes cantidades de elementos como hierro, cobre, Níquel, aluminio, antimonio, bismuto y cadmio. Se aíslan varios miligramos de cobalto, cromo, manganeso, aluminio, titanio, estaño, tungsteno, niobio, tantalio, vanadio, zinc y circonio. La interferencia del arsénico puede eliminarse mediante una evaporación temprana. El calcio, el estroncio, el bario y el plomo se pueden eliminar en forma de sulfatos. El método de precipitación de KNO2 consiste en que el cobalto y el KNO2 forman precipitación de nitrito de cobalto y potasio (k3 [co (NO2) 6]) en una solución de ácido acético. En presencia de ácido tartárico, elementos como Ni, Cr, Al, Fe, Ti, Zr, Nb, Ta, W, Mo y sulfuro de hidrógeno no interfieren, mientras que Ca, Sr, Ba y Pb interfieren con el co, co. puede ser sulfatado. El precipitado es impuro y puede contener elementos como tungsteno, níquel y hierro.

Existen muchos métodos para extraer y separar el cobalto, pero la mayoría de ellos tienen una baja selectividad.

Usando acetona: agua: ácido clorhídrico = 34: 4: 2 (relación en volumen) como agente revelador, la cromatografía en papel se puede utilizar para separar cobalto de hierro, titanio, cobre, manganeso, zinc, cromo, Separación de níquel, vanadio y uranio. Este método se ha utilizado en el análisis de minerales.

El método de extracción de 1-nitroso-2-naftol consiste en utilizar cobalto y reactivos para formar un complejo rojo anaranjado en un medio con pH = 3 ~ 7 y extraer cuantitativamente con benceno en gran cantidad. del Fe3+ es un enmascaramiento químico fluorado. La adición de citrato previene la hidrólisis de otros iones metálicos. Una vez formado el complejo, la acidez aumenta y los complejos de níquel, cobre, cromo y hierro se destruyen inmediatamente, mientras que el complejo de cobalto sigue siendo muy estable, mejorando así la selectividad de la extracción. Este método se puede utilizar para la extracción y separación de trazas de cobalto. El complejo de tiocianato de cobalto y diantipirina se puede extraer cuantitativamente con MIBK. El complejo co(ⅱ)-PAN también se puede extraer con cloroformo.

La solución de prueba con HCl (3+1) como medio pasa a través de la columna de intercambio aniónico alcalino fuerte. Los iones cloruro de cobre, zinc y hierro se adsorben en la columna, y el níquel, manganeso, y el cromo sale. Luego el cobalto se eluye con HCl (1+2), dejando cobre, zinc y hierro en la columna.

5. Métodos para medir el cobalto

Los métodos actuales para medir el cobalto incluyen el método volumétrico, la polarografía, la espectrofotometría, la espectrometría de absorción atómica y la espectrometría de emisión de plasma.

El contenido de cobalto en los minerales es generalmente bajo y suele medirse mediante métodos colorimétricos. Existen muchos métodos colorimétricos para el cobalto, los más utilizados son la sal nitroso R (sal roja nitroso) y el método colorimétrico de extracción de 2-nitroso-1-naftol. Otros incluyen el método del tiocianato, el método espectrofotométrico 5-Cl-PADAB, el método colorimétrico PAR y el método colorimétrico de peróxido de hidrógeno-EDTA.

La ventaja del método colorimétrico de sal nitroso R (sal nitroso roja) es que, en general, elementos como el hierro, el cobre y el níquel se pueden medir directamente sin separación. El método es sencillo, rápido y preciso. Los niveles elevados de cobalto se pueden determinar mediante colorimetría diferencial. El método de extracción de 2-nitroso-1-naftol tiene una alta sensibilidad y es adecuado para la determinación de cobalto en minerales de cobre y níquel. El método del tiocianato rara vez se utiliza debido a la interferencia del cobre y el hierro, lo que requiere enmascaramiento o separación. El método colorimétrico de peróxido de hidrógeno-EDTA consiste en utilizar peróxido de hidrógeno para oxidar el cobalto a forma trivalente en una solución de amoníaco con pH = 8, formando un complejo rojo púrpura con EDTA, y utilizar el método colorimétrico para determinar el alto contenido de cobalto. 10 mg de hierro, 12 mg de manganeso, 5 mg de cobre o níquel, 1 g de sulfato de magnesio y 2 g de cloruro de sodio no interfieren con la determinación de cobalto.

Utilice cloroformo para extraer el complejo ternario de cobalto y metano-tiocianato de diantipirina para separar el cobalto de una gran cantidad de cobre y níquel, y luego utilice el método colorimétrico PAR para determinar el cobalto. Este método tiene una alta sensibilidad y es adecuado para la determinación de trazas de cobalto en muestras con componentes complejos o con una gran cantidad de cobre o níquel presente.

El método volumétrico es adecuado para la determinación de altos contenidos de cobalto. Los métodos volumétricos incluyen el método EDTA, el método de titulación potenciométrica y el método yodométrico. En el método EDTA, debido a la interferencia de * * * iones como cobre, níquel, hierro, aluminio, zinc, etc., el cobalto debe separarse de los elementos que interfieren mediante nitrito de cobalto potásico u otros métodos antes de la titulación.

1. Método colorimétrico de la sal nitroso R (sal roja nitroso)

En una solución tampón de acetato con pH = 5,5 ~ 7,0, cobalto y sal nitroso La R (sodio 1-nitroso- 2-naftol-3,6-disulfonato) forma un complejo rojo soluble.

2. Valoración potenciométrica

En solución de amoniaco, añadir una cierta cantidad de ferricianuro de potasio para oxidar el Co(ⅱ) a Co(ⅲ). El exceso de ferricianuro de potasio se titula con una solución de sulfato de cobalto y el punto final se determina mediante titulación potenciométrica. La fórmula de la reacción es la siguiente:

Análisis de minerales de roca

Este método es adecuado para la determinación de contenidos de cobalto superiores a 65438±0,0%.

3. Método volumétrico del EDTA

El cobalto forma un complejo moderadamente estable con el EDTA (LGK = 16,3). Se pueden utilizar diferentes indicadores para la valoración de coordinación de cobalto en el rango de pH de 4 ~ 10.

Los iones metálicos como hierro, aluminio, manganeso, níquel, cobre, plomo y zinc pueden interferir con la medición y deben eliminarse o enmascararse. Para muestras simples que contienen solo hierro, cobre y cobalto, se puede usar fluoruro para enmascarar el hierro y tiourea para determinar directamente el cobre. Antes de la determinación, los minerales polimetálicos deben separarse de otros elementos que interfieren precipitando cobalto con nitrito de potasio en medio de ácido acético.

Los métodos de titulación comúnmente utilizados incluyen: usar Pan[1-(2-piridilazo)-2-naftol] como indicador y retrotitular con una solución de sal de cobre usando naranja de xilenol como indicador, usar una solución estándar de EDTA para; valorar el zinc en EDTA-zinc sustituido por cobalto.

Cuando se utiliza PAN como indicador, la cantidad de EDTA añadida puede ser ligeramente excesiva según la cantidad de cobalto, por lo que el punto final es más evidente. La reacción es lenta a temperatura ambiente y la valoración debe realizarse a 70°C hasta casi el punto de ebullición. La adición de disolventes orgánicos (metanol, alcohol isopropílico, etc.) puede provocar que el color del terminal cambie drásticamente.

Utilizando naranja de xilenol como indicador, la solución estándar EDTA no se puede utilizar para valoración directa. Dado que el hierro, el aluminio, el cobre, el cobalto y el níquel pueden bloquear el xilenol naranja, aunque la trietanolamina puede enmascarar trazas de hierro y aluminio y la fenantrolina puede inhibir el efecto bloqueador del cobre y el cobalto sobre el xilenol naranja, no es ideal, por lo que la valoración por desplazamiento se utiliza para superar esta deficiencia.

Este método es adecuado para la determinación de contenidos de cobalto superiores al 0,5%.

4. Espectrometría de absorción atómica

Cada mililitro de solución contiene 10 mg de hierro, 9 mg de níquel, 40 mg de estaño, 3 mg de plata, 0,8 mg de aluminio, 0,64 mg de vanadio, aluminio, Titanio, 0,6 mg de cromo, 6,4 mg de sodio, 0,4 mg de potasio, 0,2 mg de cobre, 0,16 mg de manganeso y 0,65438+. Cuando el contenido de sílice supera los 40μg/mL, no interfiere con la determinación. Agregue ácido perclórico para el tratamiento de fumigación y el contenido alcanzará 0,8 mg/ml. El ácido nítrico inferior al 15% (fracción de volumen), el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico inferior al 5% (fracción de volumen) no afectan la determinación y el contenido de ácido perclórico alcanza el 16% (fracción de volumen). El ácido fosfórico interfiere seriamente con el ensayo.

La sensibilidad del método es de 0,085 μg/ml (1 % de absorción) y el rango de medición óptimo es de 2 ~ 10 μg/ml.

Este método es adecuado para la determinación de cobalto en minerales de níquel y minerales de hierro.

5. Método yodométrico

En una solución de amoníaco que contiene nitrato de amonio (pH 9 ~ 10), el Co(ⅱ) puede oxidarse a Co(ⅲ) mediante yodo y reaccionar con el yodo. Forma un precipitado verde estable del complejo ácido nítrico-yodopentaminocobalto. El exceso de yodo se titula con una solución estándar de arsenito de sodio, utilizando almidón como indicador. La fórmula de reacción es la siguiente:

Análisis de minerales de roca

Análisis de minerales de roca

El hierro y el aluminio pueden formar precipitados de hidróxido en una solución de amoníaco y adsorber fácilmente el cobalto. Al mismo tiempo, el hidróxido de hierro afecta el criterio del punto final. Agregar una solución mixta de citrato de amonio y pirofosfato de sodio puede eliminar la interferencia del hierro y el aluminio por debajo de 100 mg. La medición de la influencia de 2 mg de manganeso muestra que el cobre, el níquel, el cadmio y el zinc no interfieren con un contenido inferior a 100 mg.

Este método es adecuado para la determinación de más del 5% de cobalto.

6. Espectrometría de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente

El método ICP-AES (espectrometría de emisión de plasma) puede medir simultáneamente el contenido de múltiples elementos en una muestra. A medida que el gas argón pasa a través del soplete de plasma, se ioniza, se acelera y choca con otros átomos de argón mediante el campo electromagnético alterno generado por el generador de radiofrecuencia. Esta reacción en cadena ioniza más átomos de argón, formando una mezcla de átomos, iones y electrones llamada plasma. El soplete de plasma puede alcanzar altas temperaturas de 6000 ~ 8000 K. La muestra filtrada o digerida se atomiza a través del atomizador en el inyector y el gas portador argón la lleva al soplete de plasma. Las moléculas de muestra vaporizadas se evaporan bajo la alta temperatura del. Antorcha de plasma. Atomización, ionización, excitación. Los átomos de diferentes elementos emiten espectros característicos cuando se excitan o ionizan, por lo que los espectros de emisión de plasma se pueden utilizar para caracterizar los elementos presentes en una muestra. La intensidad del espectro característico está relacionada con la concentración atómica en la muestra. Al compararla con la solución estándar, se puede determinar cuantitativamente el contenido de cada elemento en la muestra.

Después de descomponer las muestras de mineral que contienen cobalto con ácido clorhídrico y ácido nítrico, se utiliza ICP-AES para determinar el contenido de cobre, plomo, zinc, cobalto, níquel y otros elementos en la solución bajo la medición seleccionada. condiciones.

Este método es adecuado para la determinación de cobalto entre 0,10% y 20,00%.

6. Tareas de análisis del mineral de cobalto y selección de métodos de análisis

En la práctica de producción, debido a las diferentes composiciones de los elementos de impureza contenidos en los diferentes productos del mineral de cobalto, considerando su impacto en la producción. proceso Al analizar muestras de mineral de cobalto, también se deben seleccionar métodos apropiados para detectar elementos de impureza.

Para la determinación de cobalto de grado principal, si el contenido de cobalto en la muestra es inferior a 65438 ± 0,00 %, generalmente se utiliza espectrofotometría. El método comúnmente utilizado ahora es la espectrofotometría de sal nitroso-R. Este método es estable y confiable, y la muestra se puede medir directamente después del tratamiento. Cuando el contenido de cobalto excede 65438 ± 0,00%, la muestra se puede medir mediante titulación potenciométrica después del tratamiento adecuado. Este método es especialmente adecuado para minerales con alto contenido de cobalto.

Los elementos comunes como calcio, magnesio, plomo, zinc, cadmio y cobre en el mineral de cobalto se pueden medir mediante espectrometría de absorción atómica cuando el contenido es bajo y se puede utilizar el método de valoración con EDTA cuando el contenido es alto. Los niveles elevados de cobre también pueden valorarse yodométricamente. El hierro se puede medir mediante espectrofotometría de ácido sulfosalicílico o método volumétrico de dicromato de potasio; el aluminio se puede medir mediante espectrofotometría de azul de cromo; el fósforo y el arsénico se pueden medir mediante fotometría de diacetiloxima. mediante espectrofotometría de azul de molibdeno. El contenido de otros elementos en los minerales generalmente no es elevado y tiene poco impacto en la producción. Al realizar pruebas como materia prima, puede considerar si es necesario realizar pruebas.

Entrenamiento de habilidades

Ejercicios en condiciones de combate

1. Los estudiantes se dividen en grupos de 5 a 8 personas cada uno.

2. Cada grupo desempeña su papel, utiliza el conocimiento que ha aprendido, busca información relevante en línea y completa el trabajo de las muestras confiadas a la mina de cobalto desde la aceptación de la muestra hasta la emisión del formulario de inspección de la muestra.

3. Rellenar el formulario de calidad 1 y el formulario 2 del Apéndice 1.