中国铜资源产业目前尚存在铜资源后备储量不足、铜资源供需关系失衡、供需缺口大、快速增长的精炼铜产量小于高耗能的矛盾突出、铜回收量低造成资源浪费严重等问题^[1-4]。对铜冶炼烟灰中有价金属的回收利用日益受到重视。炼铜烟灰经过酸浸后，绝大多数铜进入酸浸液中，铁粉置换工艺因其操作简单、成本低、回收率高而被广泛应用于酸浸液中铜的回收^[5-9]。在铁粉置换铜的工艺中，过量的铁会以三价或二价铁离子形式存在于溶液当中。随着分析技术的发展，对铁离子的测量有很多方法，分光光度法因灵敏快速、成本低廉、操作简单、环保等优点而得到广泛应用^[10-14]。

分光光度法一般只适用于测定低含量的组分，在测定高浓度组分时则存在较大误差^{[15, 16]}。而差示分光光度法是采用一个比被测溶液浓度稍低的标准溶液作为参比溶液，使两者的吸收相差缩小，进而将吸光度落在被准确测量的读数范围内；从而弥补了吸光光度法对高浓度离子溶液测量的缺陷^{[17, 18]}。本文以炼铜烟灰铁粉置换除铜液为研究对象，通过差示分光光度法来确定溶液中高浓度总铁量，分别探索了显色剂用量、氨水用量及显色时间对溶液吸光度的影响。该方法简便快速、精密度和准确度符合要求。

1 实验 1.1 实验药品与仪器

硫酸铁铵、硫酸亚铁铵(天津市风船化学试剂科技有限公司，99%)，5-磺基水杨酸(国药集团化学试剂有限公司，99%)，氨水(天津永晟精细化工有限公司，25%~28%)，浓硫酸(天津永晟精细化工有限公司，98%)，以上试剂均为分析纯。UV-6300型紫外可见分光光度计(上海美普达仪器有限公司)，分析天平(瑞士，梅特勒-托利多)。

1.2 溶液的配制

Fe³⁺标准溶液的配制：准确称取0.1700 g硫酸铁铵[NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O](实际称取量为0.1733 g)，充分溶解后，加入1 mL(1+1) 硫酸溶液并稀释至100 mL容量瓶中，此时铁离子浓度为0.2001 mg/mL。

Fe²⁺标准溶液的配制：准确称取0.1400 g硫酸铁铵[(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·12H₂O](实际称取量为0.1404 g)，充分溶解后，加入1 mL(1+1) 硫酸溶液并稀释至100 mL容量瓶中，此时铁离子浓度为0.2000 mg/mL。

磺基水杨酸溶液的配制：准确称取20.00 g磺基水杨酸(C₇H₆O₆·2H₂O)，充分溶解后移入250 mL容量瓶中，并稀释至刻度线，此溶液中磺基水杨酸的质量分数为20%。

1.3 实验方法

用移液管准确吸取1 mL铁粉置换铜溶液，置于50 mL容量瓶中，加入15 mL20%的磺基水杨酸溶液，然后加入15 mL(1+1) 氨水，用蒸馏水定容至50 mL，摇匀。在419 nm波长处用1 cm比色皿测量不同溶液的吸光度。

2 结果与讨论 2.1 最大吸收波长的确定

用移液管准确吸取4.0 mL Fe³⁺标准溶液(以下简称：标样1) 和1.0 mL铁粉置换铜溶液，其余按1.3实验方法操作。以标样1为参比溶液，在350-450 nm波长下测定其吸光度，测定结果见图 1。

由图 1可知，在350 nm-450 nm波长范围内，有且只有一个最大吸收峰为419 nm。因此本文以419 nm作为实验测试波长。

2.2 显色剂加入量的影响

取1 mL铁粉置换铜溶液置于50 mL容量瓶中，分别加入10 mL、13 mL、15 mL、20 mL、25 mL20%的磺基水杨酸溶液，并加入(1+1) 氨水溶液15 mL，此时溶液为黄色，用蒸馏水稀释至刻度线，摇匀。以标样1为参比溶液，在419 nm波长下测定其吸光度，结果如图 2。

由图 2可以看出，在显色剂用量为10-13 mL之间，溶液的吸光度不断增长，且溶液的吸光度增长率较大；显色剂用量在13-15 mL之间时，溶液的吸光度略有增长，但显色剂用量大于15 mL后，随着显色剂用量的增加，在误差允许的范围内溶液的吸光度基本不变，趋于同一水平。故13 mL20%的磺基水杨酸足以将溶液中的铁离子完全络合。由于炼铜烟灰成分复杂，其酸浸液被铁粉置换后溶液中仍然会存在许多杂质离子，杂质离子与显色剂优先反应导致铁离子不能与显色剂充分络合使溶液的吸光度偏低，随着显色剂加入量的增加更多的铁离子与显色剂络合，使溶液的吸光度趋于稳定；在绘制标准曲线时，由于铁离子的量比铁粉置换液中铁离子的量大，为保证体系中的铁离子完全被络合，同时消除测量过程因显色剂加入量不同而带来的测量误差，故本实验选择以15 mL20%的磺基水杨酸作为最佳显色剂用量。

2.3 氨水用量的影响

取1 mL铁粉置换铜溶液置于50 mL容量瓶中，分别加入15 mL20%的磺基水杨酸溶液，并依次加入10 mL、13 mL、15 mL、20 mL、25 mL(1+1) 氨水溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。以标样1为参比溶液，在419 nm波长处分别测定各溶液的吸光度。测试结果见图 3。

由图 3可知，在(1+1) 氨水加入量为10~13 mL之间时，溶液的吸光度随着(1+1) 氨水用量的增加而不断增加；这是因为随着氨水加入量的增加溶液的pH不断升高，铁离子与显色剂形成的黄色络合物越多，进而在419 nm处溶液的吸光度不断增加。当(1+1) 氨水用量≥13 mL时溶液的吸光度几乎保持不变，趋于平缓，此时溶液的pH=9.5。磺基水杨酸与Fe³⁺在pH=1.8~2.5之间时，形成1：1的紫红色的络合物；在pH=4.0~8.0之间形成1：2的棕褐色络合物，在pH=8.0~11.0之间的碱性溶液中生成1：3的黄色络合物，当pH＞12.0时，配合物被破坏生成Fe(OH)₃沉淀^[11]。因此，采用分光光度法测铁时，必须控制好溶液的酸碱度。为保证测试溶液的pH稳定的维持在8.0~11.0之间，本实验选择(1+1) 氨水溶液的用量为15 mL。

2.4 显色时间对吸光度的影响

取1 mL铁粉置换铜溶液置于50mL容量瓶中，分别加入15 mL20%的磺基水杨酸溶液溶液，并依次加入15 mL (1+1) 氨水，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。以标样1为参比溶液，在419 nm波长处、时间为1 min、5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、60 min时测定溶液的吸光度，测试结果见图 4。

由图 4可知，在显色时间为1 min~60 min之间，溶液的吸光度基本保持不变，说明磺基水杨酸与铁离子络合作用快速且稳定，且长时间保持良好络合作用。

3 铁粉置换铜溶液中铁离子的测定与精密度测试 3.1 标准曲线的确定

分别吸取4.0 mL、4.5 mL、4.8 mL、5.0 mL、5.5 mLFe³⁺标准溶液(0.2001 mg/mL)于50 mL容量瓶中，依次加入15 mL20%的磺基水杨酸溶液、15 mL(1+1) 氨水溶液，用蒸馏水稀释至刻度线并摇匀，以4.0 mL Fe³⁺标准溶液(即标样1) 在波长419 nm处分别测定各溶液的吸光度。以各溶液的吸光度为横坐标，Fe³⁺标准溶液的浓度为纵坐标绘制差示分光光度法测总铁量的标准曲线(见图 5)。

经线性拟合得到标准曲线线性拟合方程为：C=0.0094Abs+0.01595 ，其中C为铁离子标准溶液浓度，Abs为吸光度；相关性系数R²=0.9994。

3.2 铁粉置换液中铁离子的测量

准确移取3份1.0 mL铁粉置换液于50 mL容量瓶中，依次加入15 mL20%的磺基水杨酸溶液、15 mL(1+1) 氨水溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀并编号为1、2、3。以标样1为参比溶液在波长419 nm处分别测定各溶液的吸光度，每组溶液测量三次。实验结果见表 1。

3.3 加标回收实验

准确吸取3份1.0 mL铁粉置换液分别加入50 mL容量瓶中，然后分别加入2.0 mLFe³⁺标准溶液、2.0 mLFe²⁺标准溶液、1.0 mLFe³⁺标准溶液和1.0 mLFe²⁺标准溶液并分别编号为1^#、2^#、3^#溶液。以标样1为参比溶液，在419 nm波长处测量不同溶液的浓度，每组测量三次取平均值。实验结果见表 2。

由表 2可知，加标回收率均大于99.00%，因此运用此法在测定铁粉置换液中铁离子浓度的准确度较高。在pH=8.0~11.0之间，Fe³⁺与Fe²⁺均与磺基水杨酸形成黄色的络合物^[11]，因此此法可以测量溶液中的总铁量。

4 结论

1) 本文以磺基水杨酸为显色剂，采用差示分光光度法测量铁粉置换铜溶液中总铁量。实验结果表明：在吸收波长为419 nm，20%磺基水杨酸用量为15 mL，(1+1)氨水用量为15 mL时，溶液中铁离子可在1 h内准确测量。

2) 本测试方法与其他方法相比具有简便快速、分析时间短、费用低等优点；其中测量结果标准偏差为0.0019。加标回收实验平均回收率为99.50%，进而验证了此法在测量铁粉置换液中铁离子总量的精确性，并为下一步溶液中深度除铁提供了一定的依据。