钴离子超标致锌板 “烧板”｜制冷光谱仪ATP5200P破解冶炼检测难题

制备不同浓度的钴锌溶液，具体步骤如下：

(1)将多余的锌粉加入到现场收集的溶液中，去除剩余的钴离子，得到基本无钴的锌；

(2)将硫酸钴加入到无钴锌溶液中，得到20种不同浓度的钴锌溶液。其中包括8种低浓度钴锌溶液（0.1至1mg /L）和12种高浓度钴锌溶液（1至20mg /L）。

系统组建:

如图所示，钴离子浓度自动检测系统由三个部分组成：上位机软件、集成控制板、执行装置。

如上图所示，执行装置可分为四个功能模块，试剂运输、反应、光谱检测和清洗。

钴离子浓度测量原理主要基于分光光度法。分光光度法基于比尔-朗伯定律，该定律指出，在低浓度下，溶液的吸光度与溶液浓度和通过溶液的路径长度成正比。因此，当路径长度一定时，通过计算溶液的吸光度即可分析出溶液中钴离子浓度。

吸光度的基本测量过程如图5所示。

我们首先在没有溶液的情况下测量空比色皿的透射光谱强度（I1），以此作为参考光谱；   

然后加入溶液，使用相同强度的光入射，测量此时的透射光强（I2）以及吸光度A。

溶液(A)的吸光度可以用公式  A = log（I1/I2） 得出。

根据实验结果，确定500 nm ~ 800 nm的波长范围为吸光度监测范围。对于不同浓度溶液，在该范围内可以得到不同的吸光度曲线。

为了突出光谱差异，从原始光谱中减去无钴锌溶液的光谱，如图6(b)所示。可以观察到，随着钴离子浓度的增加，溶液的吸光度在525 ~ 630 nm波长范围内变化明显，而在630 ~ 800 nm波长范围内保持相对稳定。而当吸光度超过2时，由于溶液透射光强不足，光谱中出现噪声。

为了研究钴锌溶液的光谱随浓度的变化，实验中还计算了吸光度与浓度之间的Pearson相关系数(R)。

在不同波长的低浓度（0.1~1mg /L）和高浓度（1~20mg /L）钴锌溶液中分别进行该实验。可以看到，低浓度和高浓度钴锌溶液的线性间隔是不同的。低浓度溶液在526nm~585nm之间呈强正相关（R > 0.9），而高浓度溶液在535 nm~633nm之间呈强正相关。此外，随着波长的增加，在低浓度和高浓度钴锌溶液中，吸光度与浓度的关系由正相关转变为负相关。

为了减小光谱仪本身性能以及噪声因素的干扰，在实际研究过程中还对光谱数据进行了一系列预处理，如光谱校正、光谱降噪、参数优化以及建模等，从而提高了光谱质量以及回归精度，处理后Pearson相关系数如上图所示。

系统的检测重复性直接影响检测精度，是评价系统性能的重要参数。

为了评估系统的检测重复性，计算20种不同浓度的锌钴溶液在500 nm ~ 800 nm处吸光度的平均标准差，如图8所示。结果表明，各浓度吸光度的平均标准差在0.0041 ~ 0.009之间。低浓度和高浓度钴锌溶液的平均值分别为0.0048和0.0059。这两个值分别是谱仪噪声级（0.0014）的3.45倍和4.22倍。这表明该系统在检测低浓度和高浓度的钴锌溶液中具有良好的重复性。

总而言之，在锌湿法冶金工艺中，电解液内微量钴离子会诱发锌板烧板，是制约电解生产与产品品质的关键风险点。现有电化学、色谱、荧光光谱等检测方法受高浓度锌基体、共存杂质干扰，加之设备成本、样品前处理繁琐等因素，工业落地受限。分光光度法更契合冶炼现场检测需求，ATP5200P 制冷光纤光谱仪具备优异紫外响应与低噪声特性，可搭建钴离子分光光度检测系统，实现复杂锌基体下钴离子的精准测定，助力湿法炼锌过程的杂质管控与工艺稳定。