ICP-AES法在合金分析中的應(yīng)用

楊宗強(qiáng)（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

ICP-AES法在合金分析中的應(yīng)用

楊宗強(qiáng)（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

介紹了應(yīng)用ICP-AES法對(duì)硅鋁鋇合金中的硅、鋁、鋇元素成分進(jìn)行分析的情況。硅鋁鋇合金試樣的前期處理方法是，用氫氧化鉀和過氧化鈉對(duì)試樣進(jìn)行高溫熔融，用鹽酸進(jìn)行溶解，然后定容，待測(cè)。與化學(xué)法比較，ICP-AES法操作步驟簡(jiǎn)單，分析結(jié)果準(zhǔn)確，分析速度快，能夠滿足生產(chǎn)的需要。

硅 鋁 鋇 元素 合金 試驗(yàn) 溶樣 分析

1 前言

硅鋁鋇合金是由硅、鋁、鋇及鐵元素組成的多元素復(fù)合鐵合金品種，屬于復(fù)合脫氧劑系列。硅鋁鋇合金可以替代純鋁作為脫氧劑，降低煉鋼生產(chǎn)成本。同時(shí)，硅和鋁的脫氧產(chǎn)物形成復(fù)合夾雜物，容易從鋼液中排除，從而可以生產(chǎn)出純度較高、質(zhì)量較好的優(yōu)質(zhì)鋼。鋇能提高鋼的變形穩(wěn)定性，減少夾雜物數(shù)量，因此硅鋁鋇合金在煉鋼工業(yè)中得到大量的應(yīng)用[1]。天鐵對(duì)硅鋁鋇合金的用量很大，采用的分析方法是化學(xué)分析方法，對(duì)硅元素的分析采用的是硅鉬藍(lán)光度法，對(duì)鋁元素的分析采用的是EDTA滴定法，對(duì)鋇元素的分析采用的是重量法，該方法分析步驟繁瑣，分析時(shí)間長(zhǎng)（分析一個(gè)試樣要兩天的時(shí)間），操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，人為誤差大，不能滿足快速生產(chǎn)對(duì)分析檢驗(yàn)工作的要求。ICP-AES法的特點(diǎn)是檢出限低，分析結(jié)果準(zhǔn)確，操作步驟簡(jiǎn)單，分析速度快，可多元素同時(shí)分析。為了滿足天鐵降成本，快速分析的要求，應(yīng)用ICPAES法對(duì)硅鋁鋇合金中的硅、鋁、鋇元素成分進(jìn)行分析，進(jìn)行了如下試驗(yàn)，對(duì)硅鋁鋇合金的溶樣方法進(jìn)行了試驗(yàn)；對(duì)氫氧化鉀、過氧化鈉、鹽酸的用量進(jìn)行了試驗(yàn)；進(jìn)行了加標(biāo)回收試驗(yàn)；與化學(xué)法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器條件

全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀：ICAP6300（美國(guó)熱電公司）；

垂直觀測(cè)高度：15 mm；

RF功率：1 150 W；

輔助氣流量：0.5 L/min；

分析泵速：50 r/min；

沖洗泵速：100 r/min；

沖洗時(shí)間：30 s；

最大積分時(shí)間：短波范圍15 s，長(zhǎng)波范圍5 s。

2.2 試劑和器皿

氬氣:體積分?jǐn)?shù)99.995%；

鹽酸（1+1）；

氫氧化鉀（分析純）；

過氧化鈉（分析純）；

硅鋁鋇合金標(biāo)準(zhǔn)樣品（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)）；

硅元素標(biāo)準(zhǔn)溶液；

鋁元素標(biāo)準(zhǔn)溶液；

鋇元素標(biāo)準(zhǔn)溶液；

銀坩堝。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.100 0 g樣品于銀坩堝中，加入1.500 0 g氫氧化鉀，5 ml去離子水，放在電熱板上低溫溶解蒸干，再加入1.000 0 g過氧化鈉放在電爐子上蒸黃使其溶解，再放入馬弗爐（650℃）中熔融10 min，在400 ml燒杯中熱水浸取，加鹽酸（1+1）60 ml煮沸，再定容500 ml容量瓶中，最后抽取10 ml溶液定容于100 ml容量瓶中，待測(cè)。

3 試驗(yàn)過程

3.1 溶樣方法

用ICP光譜儀分析合金試樣，關(guān)鍵的分析步驟是對(duì)試樣的溶解，分析結(jié)果是否準(zhǔn)確決定因素也是試樣的溶解。對(duì)于硅鋁鋇合金的溶樣方法有多種，有微波消解儀消解法、酸溶法和堿熔法，分別對(duì)這三種方法進(jìn)行了試驗(yàn)。

微波消解儀消解法：天鐵使用的硅鋁鋇合金的硅元素含量大約為20%，用微波消解儀進(jìn)行溶樣時(shí)，出現(xiàn)硅酸沉淀，分析結(jié)果偏低。因此，使用微波消解儀消解法不適用于硅元素的分析。

酸溶法：試驗(yàn)過程中加入氫氟酸（不加氫氟酸，不能完全溶解，底部有沉淀），化學(xué)反應(yīng)比較劇烈，溫度比較高，部分硅元素生成SiF4氣體揮發(fā)掉，使硅元素分析結(jié)果偏低，此方法不適用于硅元素的分析。

堿熔法：用氫氧化鉀和少量的去離子水在電熱板上低溫溶解蒸干，再加入過氧化鈉在電熱板上蒸黃溶解，再放入馬弗爐（650℃）中熔融10 min，最后用鹽酸進(jìn)行溶解，取得了很好的效果，溶解完全，溶液澄清。試驗(yàn)過程中氫氧化鉀和過氧化鈉對(duì)鎳坩堝的腐蝕性太強(qiáng)，鎳坩堝使用壽命短。由于氫氧化鉀和過氧化鈉對(duì)銀坩堝腐蝕性不強(qiáng)，銀坩堝使用壽命較長(zhǎng)，所以試驗(yàn)選用銀坩堝。需要注意的是，在電熱板上加熱時(shí)，一定要控制好溫度，以免引起噴濺，造成分析結(jié)果偏低。

3.2 熔劑和酸用量的選擇

對(duì)熔樣來說，熔劑的用量越大熔樣的效果越好，但對(duì)ICP光譜儀則不一樣，ICP光譜儀要求鹽含量越少越好，熔劑用量越少越好。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)熔樣時(shí)間為10 min，氫氧化鉀用量為1.500 0 g，過氧化鈉用量為1.000 0 g時(shí)，試樣能夠溶解完全；但當(dāng)氫氧化鉀用量小于1.500 0 g或過氧化鈉用量小于1.000 0 g時(shí)，熔樣時(shí)間為10 min或更長(zhǎng)時(shí)間，試樣溶解不完全。故將熔樣時(shí)間定為10 min，氫氧化鉀用量定為：1.500 0 g，過氧化鈉用量定為：1.000 0 g。

ICP光譜儀進(jìn)樣系統(tǒng)管路非常細(xì)，對(duì)鹽含量和酸都有非常嚴(yán)格的要求，鹽含量不能大于2%，對(duì)酸來說，分子量越小，粘度越低，對(duì)進(jìn)樣越有利。比較幾種常用酸：硫酸，高氯酸分子量大，粘度大，不利于進(jìn)樣，一般不使用；氫氟酸，分子量小，粘度低，但對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)有腐蝕性，一般也不使用；硝酸和鹽酸分子量都不大，粘度低，有利于進(jìn)樣，都適用于中和酸，鹽酸分子量更小，為最佳選擇，故本試驗(yàn)選擇鹽酸為中和酸。經(jīng)過多次試驗(yàn)，當(dāng)加入55 ml鹽酸（1+1），溶液渾濁，加入60 ml鹽酸（1+1），溶液澄清，分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定，故選擇鹽酸（1+1）的用量為：60 ml。

3.3 分析譜線的選擇

硅鋁鋇合金中，硅元素含量約為20%，鋁元素含量約為35%，鋇元素含量約為7%,鐵元素含量約為20%-30%，還有少量的鈣和錳。元素含量高，在選擇分析譜線時(shí)，一般不選擇最強(qiáng)靈敏線，而選擇次靈敏線，同時(shí)樣品中鐵元素含量比較高，排除分析譜線干擾，主要是指排除鐵元素的干擾和硅、鋁、鋇元素之間的相互干擾。

對(duì)硅元素選擇3條譜線，波長(zhǎng)分別是198.898（470），212.412（459），288.158（117），對(duì)鋁元素選擇3條譜線，波長(zhǎng)分別是185.580（482），237.312（142），309.271（109），對(duì)鋇元素選擇3條譜線，波長(zhǎng)分別是225.473（），（），（），通過比較，選擇信背比大、峰形好、鐵元素干擾小，分析元素之間相互干擾小，分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好的3條譜線為分析譜線。結(jié)果見表1。

表1 各被測(cè)元素的分析譜線

3.4 工作曲線

對(duì)工作曲線的繪制用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)YSB14609-2001，YSB14608-2001，YSB14607-2001，采用與試樣相同的處理方法，同時(shí)按相同步驟制取空白試樣，測(cè)定后扣除空白后繪制工作曲線。

4 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

4.1 加標(biāo)回收率試驗(yàn)

為了進(jìn)一步考查各元素之間的相互干擾情況，驗(yàn)證本方法的測(cè)量準(zhǔn)確性，進(jìn)行加標(biāo)回收率的試驗(yàn)。按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)標(biāo)樣YSB14608-2001進(jìn)行溶樣，然后進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，最后計(jì)算各元素的回收率，結(jié)果見表2。

表2 回收率試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，各元素成分的回收率達(dá)98%～103%，說明試樣溶液體系中共存元素的影響可忽略，本法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

4.2 精密度試驗(yàn)

對(duì)同一樣品重復(fù)熔樣，測(cè)量11次，結(jié)果見表3。

表3 方法精密度試驗(yàn)結(jié)果

從以上數(shù)據(jù)可知，本方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.7%。

4.3 未知樣品的對(duì)比分析

本法對(duì)未知樣品進(jìn)行測(cè)定，與化學(xué)法進(jìn)行比較，測(cè)定結(jié)果見表。

表4 未知樣品對(duì)比分析結(jié)果w(%)

5 結(jié)論

5.1 經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間與化學(xué)法對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，分析誤差均小于0.10%，均在國(guó)標(biāo)允許誤差范圍之內(nèi)。

5.2 本法操作步驟比較簡(jiǎn)單，三種元素同時(shí)出分析結(jié)果，分析速度快，分析結(jié)果準(zhǔn)確，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，能滿足天鐵降成本、快速生產(chǎn)的需要。

[1]許傳才.鐵合金冶煉工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：102-103.

Application of ICP-AES Method to Alloy Analysis

Yang Zongqiang

The paper explains the analysis on silicon,aluminum and barium in Si-Al-Ba alloy by ICP-AES method. The pretreatment of the sample is to melt it with potassium hydrate and sodium peroxide under high temperature,dissolve it with hydrochloric acid,and then dilute to volume for measurement.Compared with chemical method,ICP-AES method meets the production requirement with easy operation,accurate results and fast speed.

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（收稿 2011-03-27責(zé)編趙實(shí)鳴）

楊宗強(qiáng)，男，2001年7月畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)化工工藝（精細(xì)化工）專業(yè)，工程師，現(xiàn)在天津天鐵冶金集團(tuán)技術(shù)中心從事質(zhì)量管理工作。