硼鐵合金中硼、硅、鋁含量分析方法的研究

趙宗明

(安徽省地礦局332地質(zhì)隊(duì)測(cè)試中心 安徽黃山 245000)

硼鐵合金作為煉鋼添加劑，應(yīng)用于鋼的品種冶煉，在煉鋼生產(chǎn)中被廣泛使用。硼鐵合金中硼、鋁、硅含量的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)該合金產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)和煉鋼生產(chǎn)工藝的控制十分重要;硼鐵合金中硼［1－5］、硅［5］和鋁［6］含量的測(cè)定有很多種方法，大多步驟繁瑣，分析時(shí)間長(zhǎng);從文獻(xiàn)檢索的情況來看，利用大型儀器和化學(xué)方法相結(jié)合，對(duì)硼鐵合金中硼、鋁和硅成分的快速檢測(cè)是完全可行的。

本法使用試劑種類少，操作簡(jiǎn)便，選擇混合溶劑熔融，使試樣分解，鹽酸溶液浸取，熔樣時(shí)引入大量鈉鹽，產(chǎn)生的基體效應(yīng)對(duì)測(cè)定有影響，但可以采用基體匹配方法克服;同時(shí)通過稀釋溶液體積，以減少鹽類的影響。結(jié)合電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析技術(shù)，選擇儀器最佳工作條件，確定校準(zhǔn)曲線，完成了硼鐵合金中硼、鋁和硅含量的快速、準(zhǔn)確測(cè)定，結(jié)果滿意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

美國(guó)TJA公司IRIS advantage等離子體光譜儀。

鹽酸，無水碳酸鈉(固體)、過氧化鈉(固體)，鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液:10μg/mL，用金屬鋁配制;硅標(biāo)準(zhǔn)溶液:50μg/mL，用高純二氧化硅以碳酸鈉熔融配制;硼標(biāo)準(zhǔn)溶液:0.5㎎/mL，用硼酸基準(zhǔn)試劑配制;實(shí)驗(yàn)室用水均為去離子水或蒸餾水。

1.2 儀器故障條件

積分時(shí)間:短波段15S，長(zhǎng)波段5S。功率: 1150W;冷卻氣:14L/min;輔助氣:1.0 L/min;載氣:1.0L/min;泵速:100r/min，霧化壓力:22pis，氬氣壓力:0.4Mpa。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.2000g試樣，置于預(yù)先加入2.0g－2.5g無水碳酸鈉的30mL的鐵坩堝中，混勻，加入3g－4g過氧化鈉，混勻后再覆蓋0.5g－1g過氧化鈉，移入780℃－820℃的馬弗爐中將試樣熔融分解。取出冷卻，將試樣置于預(yù)先加入100 mL水的400mL燒杯中，加入50 mL鹽酸(1+1)至溶液清亮，將溶液置于電熱板上加熱煮沸5min，取下冷卻，將溶液轉(zhuǎn)入500 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻;分取此溶液25.00 mL于100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻;在儀器工作條件下測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)與討論

2.1 樣品熔(溶)解實(shí)驗(yàn)

硼鐵合金試樣的分解，本法采用微波消解－酸溶解試樣和使用鐵坩堝堿熔融試樣進(jìn)行了試樣分解的條件實(shí)驗(yàn)，由此得:微波消解所需的試樣分解時(shí)間累計(jì)為25min;高溫熔融所需的時(shí)間分別是750℃需6min、850℃需3min、800℃需4min，因此選擇高溫熔融的方法分解試樣。

2.2 高溫熔融不同器皿的實(shí)驗(yàn)

在高溫熔融條件下，通過使用鎳坩堝、鐵坩堝熔融試樣，進(jìn)行基體干擾試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)選擇鐵坩堝對(duì)測(cè)定結(jié)果滿意，故使用鐵的基體配制校準(zhǔn)曲線。

2.3 儀器工作條件

2.3.1 發(fā)生器功率的確定

提高射頻發(fā)生器(RF)功率，增進(jìn)能量傳遞的效率，是達(dá)到等離子體強(qiáng)化狀態(tài)的一項(xiàng)有效措施，試驗(yàn)了RF功率由0.95kW逐步提高到1.55kW，當(dāng)功率增大時(shí)，背景強(qiáng)度也隨之增大，信背比減小。隨著功率的增大，信噪比逐漸下降并趨于平緩。同時(shí)綜合考慮到火焰的穩(wěn)定性，故將高頻功率設(shè)置成1150W為宜。

2.3.2 霧化器壓力的確定

由于載氣流量增大使溶液的吸出速率增大，進(jìn)入等離子體的分析物量增大，霧化去溶干擾增大，并且使樣品過分稀釋，使其在ICP通道中的平均停留時(shí)間縮短，不利于激發(fā)－電離過程的完成。只改變霧化器壓力，并保持其它測(cè)定參數(shù)不變，使之分別在不同霧化器壓力條件下進(jìn)行樣品溶液的測(cè)定。發(fā)現(xiàn)隨著霧化器壓力的增大，信噪比逐漸升高，但升高到一定程度后信噪比趨于平緩，綜合考慮后，硼鐵測(cè)定將霧化器壓力設(shè)置為22pis為宜，磷鐵測(cè)定將霧化器壓力設(shè)置為27pis為宜。

2.3.3 輔助氣流量的確定

只改變輔助氣流量，并保持其它測(cè)定參數(shù)不變，分別在不同輔助氣流量的條件下進(jìn)行樣品溶液的測(cè)定。發(fā)現(xiàn)輔助氣流量對(duì)元素信噪比影響不大。考慮到實(shí)際工作中輔助氣增大可減少對(duì)炬管的侵蝕，故輔助氣流量設(shè)置成1.0L/min。2.3.4 分析譜線的選擇

譜線選擇及背景扣除:選擇合適的譜線和背景扣除的方法非常重要。進(jìn)行多元素分析時(shí)要盡可能選擇波形完整，成像位置好，共存元素之間無光譜干擾，波長(zhǎng)差值大，強(qiáng)度適中的譜線作為待測(cè)元素的分析線。結(jié)合TJA公司軟件的特點(diǎn)，通過背景和干擾元素校正功能，試驗(yàn)了各材料元素的多條譜線，確定了適宜的分析譜線和背景校正點(diǎn)，見表1。

表1 分析譜線

2.4 干擾及校正的確定

一般而言，ICP光源干擾是較小的，但仍有由于試液的物理特性不同而引起的物理干擾和元素間光譜干擾存在。硼鐵合金中主體元素為硼、鐵等，其中在試樣溶解過程中生成大量鹽類。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，我們?cè)诶L制標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入適量鐵基匹配，消除物理干擾;采用選擇干擾少的譜線和扣除背景的方式消除光譜干擾。

2.5 校準(zhǔn)曲線

用分取后的空白試驗(yàn)溶液作基體，按1.3方法處理，根據(jù)試樣中各成分含量范圍的變化，向基體溶液中加入不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制校準(zhǔn)曲線，硼、硅和鋁的線性回歸方程分別為:yB=5.2863x－3.4043、ySi=18.9634x+1.9737、yAl=7.2735x+ 0.5721，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999。

2.6 精密度實(shí)驗(yàn)

隨機(jī)選擇一試樣，在不同時(shí)間內(nèi)用本法測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2 精密度試驗(yàn)

由表2知，本法不同測(cè)定項(xiàng)目、不同含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.46%－4.69%范圍內(nèi)，可滿足分析誤差的要求。

3 樣品分析及結(jié)果對(duì)照

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)試樣中的硼、硅、鋁含量進(jìn)行測(cè)定，并將測(cè)定結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，結(jié)果見表3。

表3 方法比對(duì)實(shí)驗(yàn)

由表3知，本法和標(biāo)準(zhǔn)分析方法的測(cè)定結(jié)果誤差較小，能滿足生產(chǎn)檢驗(yàn)的要求。

4 結(jié)論

本法采用堿熔融分解試樣，選用鐵基體，加入標(biāo)準(zhǔn)溶液為校準(zhǔn)曲線，在不需要加入內(nèi)標(biāo)元素的條件下，可以直接應(yīng)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析技術(shù)同時(shí)測(cè)定硼鐵合金中硼、硅和鋁的含量;本法試劑加入少，操作簡(jiǎn)便，可實(shí)用于生產(chǎn)檢驗(yàn)。

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［6］ GB/T 3653.4—2008.硼鐵［S］.