生鐵中砷方法的研發(fā)

趙麗芬，吳文燕河北鋼鐵集團(tuán)舞鋼公司

生鐵中砷方法的研發(fā)

趙麗芬，吳文燕
河北鋼鐵集團(tuán)舞鋼公司

鋼鐵合金中砷含量的測(cè)定，用分光光度法，其分析過程繁瑣，分析周期長(zhǎng)。本文利用基體匹配法建立了電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定生鐵中砷含量的檢測(cè)方法。該方法具有較高的準(zhǔn)確性和精密度，并于經(jīng)典化學(xué)分析方法和光譜法進(jìn)行了比較，獲得了較好的結(jié)果。

ICP—AES法；生鐵中砷；快速分析；工作效率

1.前言

砷是影響鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的五害之一，在鋼中又極易偏析，砷的存在可增加鋼的冷脆性，增加鋼形成焊接裂紋的敏感性。然而砷卻具有抗腐蝕，抗氧化以及提高鋼的抗拉強(qiáng)度和有利于澆鑄等作用。公司科技部開發(fā)新品種高溫合金鋼需要嚴(yán)格控制其含量。而原有的化學(xué)測(cè)定方法已不能滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)現(xiàn)狀，為此急需開發(fā)出一種簡(jiǎn)便快速測(cè)定生鐵中砷的分析方法，因此我們將圍繞測(cè)定生鐵中砷的分析方法進(jìn)行探討。

2.使用設(shè)備、試劑

2.1儀器名稱：美國(guó)熱電IRIS IntrepidⅡ電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀。

2.2鹽酸ρ=1.19g/mL。

2.3硝酸（1+3）ρ=1.42g/mL。

2.4砷標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液（1mg/ml）。

試驗(yàn)時(shí)根據(jù)具體使用要求，將各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋到所使用的合適濃度，搖勻，備用。

2.5生鐵中砷標(biāo)準(zhǔn)樣品。

樣品編號(hào)：GBW0510-2 GSBH41004-93 GBW01123。

高純鐵，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.98%，且待測(cè)雜質(zhì)元素含量已知。

3.儀器工作參數(shù)設(shè)定

3.1溶解樣品條件的選擇

通過對(duì)各種酸進(jìn)行樣品前處理，選擇了可同時(shí)溶解各元素又適合ICP—AES檢測(cè)的方法。因HNO3、HCl是幾種無機(jī)酸中對(duì)譜線影響最小的酸，由表1可得出用1:3硝酸和鹽酸溶解試樣最適用。

表1　溶樣酸度選擇表

1:3硝酸加鹽酸溶解1:4硝酸加鹽酸溶解樣品100%溶解樣品90%溶解20分鐘30分鐘良好差1.06 1.25選不選

3.2激發(fā)功率的選擇

風(fēng)機(jī)塔筒與基礎(chǔ)之間的連接采用預(yù)應(yīng)力錨桿組件結(jié)構(gòu)，錨桿組件包含上錨板、下錨板及錨桿。錨桿分兩圈沿錨板圓周均勻布置，每圈布置80根，共160根。錨板直徑4.18 m，預(yù)應(yīng)力錨桿單根長(zhǎng)度7.62 m，采用8.8級(jí)M42高強(qiáng)錨桿，屈服強(qiáng)度平均值840 MPa。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨桿設(shè)計(jì)張拉力400 kN(σ0=336 MPa)，即錨桿預(yù)拉力控制值為錨桿材料屈服強(qiáng)度的0.4倍，σ0=0.4σs；風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行后，每年至少進(jìn)行一次錨桿預(yù)應(yīng)力應(yīng)力松馳檢查，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力松弛及時(shí)補(bǔ)張拉。

提高激發(fā)功率可以增強(qiáng)譜線強(qiáng)度，改善測(cè)量精度，但過高的功率會(huì)影響儀器的使用壽命。改變儀器的激發(fā)功率對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品合金鋼GSBH41004-93進(jìn)行激發(fā)測(cè)定，以選擇合適的激發(fā)功率。由表2可以看出1150W為最優(yōu)選擇。

表2　激發(fā)功率選擇表

3.3分析泵速的選擇

在一定的范圍內(nèi)增大泵速將使樣品提升量增大，從而使ICP的樣品量增大，譜線強(qiáng)度也增強(qiáng)，然而樣品量提升的增大，會(huì)引起軸向通道內(nèi)的溫度的降低及被分析元素在ICP內(nèi)停留時(shí)間的縮短，影響分析精度及激發(fā)和原子化的效率。由表3可得出：選擇100r/min泵速為分析泵速。

表3　分析泵速選擇表

結(jié)論泵速110r/min分析泵速定為100r/min，分析精度高，光強(qiáng)值穩(wěn)定，能夠用于實(shí)驗(yàn)中。0.2063 0.0127 　0.0033　否

通過對(duì)分析條件進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化，最終確定儀器的最佳分析工作條件,如表4所示，元素分析線波長(zhǎng)及測(cè)定參數(shù)如表5所示。

表4　ICP-AES最佳工作條件

表5　元素分析線波長(zhǎng)及測(cè)定參數(shù)

4　分析方法的建立及分析

4.1編制分析方法

按試驗(yàn)部分表4及表5中的分析參數(shù)初步設(shè)定，在儀器上編制分析方法，對(duì)分析條件進(jìn)行粗略的設(shè)定。

4.2對(duì)譜線的位置進(jìn)行效準(zhǔn)

用對(duì)應(yīng)待測(cè)元素的純標(biāo)準(zhǔn)溶液在儀器上進(jìn)行激發(fā)，找到譜線位置框圖的最亮點(diǎn)，用譜線調(diào)整軟件分別校準(zhǔn)所粗選分析譜線的標(biāo)準(zhǔn)位置。

4.3確定工作參數(shù)

確定完譜線標(biāo)準(zhǔn)位置后，用標(biāo)準(zhǔn)溶液在編制的分析方法中進(jìn)行試驗(yàn)激發(fā)，選擇時(shí)應(yīng)避免基體元素和其它被測(cè)元素的譜線干擾。逐一確定各分析參數(shù)的最佳值。

4.4繪制工作曲線

按試驗(yàn)部分對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，采用標(biāo)液2.2.3配置成同濃度為1mg/ml、3mg/ml、5mg/ml的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再換算成百分含量，然后在儀器上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行激發(fā)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

4.5樣品分析

將生鐵樣品制成碎屑，稱取0.2500g樣品于150ml的錐形瓶中，加入10ml的2.2.1，并緩慢加入5ml 2.2.3，加熱分解樣品至冒煙，滴入2.2.2分解碳化物。取下，冷卻，定容于100ml容量瓶中，稀釋，混勻，待測(cè)。

5.實(shí)際應(yīng)用

5.1分析方法的精密度試驗(yàn)

稱取標(biāo)鋼GBWO1123鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照溶樣方法進(jìn)行溶解，然后按分析方法，在相同條件下不同時(shí)間進(jìn)行分析，將樣品連續(xù)測(cè)定8次，進(jìn)行精密度計(jì)算。表6結(jié)果說明ICP—AES測(cè)定生鐵中的砷精密度良好。

表6　精密度試驗(yàn)結(jié)果（n=8）

5.2方法的準(zhǔn)確度及回收率

采用本方法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了處理，將所制溶液在儀器上進(jìn)行激發(fā)測(cè)定，根據(jù)譜線強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查的其含量，進(jìn)行測(cè)量準(zhǔn)確度和回收率試驗(yàn)（n=10），試驗(yàn)結(jié)果見表7，準(zhǔn)確度良好。

表7　準(zhǔn)確度和回收率試驗(yàn)結(jié)果

6.分析結(jié)果與討論

將生鐵標(biāo)樣分別用不同的方法檢測(cè)，所檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8　方法比較

由上表可看出，ICP-AES法與經(jīng)典化學(xué)法檢測(cè)結(jié)果差距不大。方法改進(jìn)以后，從分析的效率、職工的勞動(dòng)強(qiáng)度等等方面來看，都有了很大程度提高和改善。這為滿足科研開發(fā)和快節(jié)奏的生產(chǎn)需要提供了強(qiáng)有力的保障。同時(shí),在分析過程中有毒有害物質(zhì)生成較少，化學(xué)廢棄物排放明顯降低，更利于環(huán)保。

[1]荊秀芝.等.金屬材料應(yīng)用手冊(cè)[M].陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1989.

[2]GB 11170—89《不銹鋼的光電發(fā)射光譜分析方法》.

[3]等離子體發(fā)射光譜分析/辛仁軒編著——北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2005.1

[4]等離子體光源：原理、裝置和應(yīng)用/辛仁軒編著——北京，鋼鐵研究總院，1989。