稀土發(fā)火合金的制備方法及表征分析概況

萬(wàn)曉東，趙 華，黃 輝，李 穎，鞏 琛，冀克儉，李本濤

(中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第53研究所，山東 濟(jì)南 250000)

稀土元素(rare earth element)最早是由芬蘭化學(xué)家加多林(J.Gadolin)在1974年發(fā)現(xiàn)的，他從硅鈹釔礦中提取出了"釔土"即氧化釔，限于當(dāng)時(shí)的認(rèn)知和分離水平，科學(xué)家將這種難于分離，并且難溶于水的氧化物稱(chēng)之為稀土(rare earth)，稀土之名也就陸續(xù)為后人所用并沿用至今[1]。

稀土被稱(chēng)為“工業(yè)的維生素”，因其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，現(xiàn)已成為重要的戰(zhàn)略資源[2]。稀土元素包括元素周期表中ⅢB族中原子序數(shù)為21的鈧(Sc)、39的釔(Y)和57至71的鑭系元素。其中，鑭系57至71號(hào)元素依次是鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、镥(Lu)，它們共同占據(jù)在元素周期表中的第6周期、ⅢB族的57號(hào)位置上，這17種元素構(gòu)成了稀土元素的大家庭[3]。鑭系元素的核外電子按照規(guī)律依次分布在K、L、M、N、O、P六個(gè)軌道上，其中最內(nèi)層的K、L、M電子軌道全部排滿，在滿足1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s2核外電子排布規(guī)律的基礎(chǔ)上，4f軌道和5d軌道按照獨(dú)特的規(guī)律填充。以其獨(dú)特的性質(zhì)，在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用。稀土元素及其化合物在化學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、及冶金機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可用作合金添加劑、催化劑、永磁材料、超導(dǎo)材料、發(fā)光材料、稀土合金、稀土發(fā)火合金等諸多應(yīng)用，在軍事現(xiàn)代化建設(shè)中也起著非常重大的作用[4-10]。

稀土發(fā)火合金是由奧地利科學(xué)家馮·威爾斯巴赫于1903年最先研制成功，發(fā)火合金中主要含有鑭、鈰、鐠、釹等幾種輕稀土元素和鐵、鎂、鋅、銅等金屬元素，其燃點(diǎn)低，遇撞擊極易引燃點(diǎn)火，當(dāng)時(shí)主要用作民用的打火石材料。稀土發(fā)火合金的由于其特殊的發(fā)火性質(zhì)，被逐漸應(yīng)用于火炬點(diǎn)火器，工業(yè)礦燈等工業(yè)生產(chǎn)中[11]。

稀土發(fā)火合金在國(guó)防軍工中應(yīng)用也很廣泛，用于制作曳光彈、子彈、炮彈的引信、噴火器及點(diǎn)火裝置等武器部件。在輕質(zhì)子彈內(nèi)部添加稀土發(fā)火合金材料作為填充物制成穿甲彈和破甲彈，在攻擊到敵方目標(biāo)后會(huì)起到引燃和爆破效果，增強(qiáng)武器裝備的性能。由混合稀土金屬與其它改性金屬制成的稀土發(fā)火合金具有發(fā)火率高，硬度大、耐腐蝕及耐摩擦等特點(diǎn)，作為金屬燃燒劑廣泛用于多種燃燒武器中，可裝填從炮彈到導(dǎo)彈等各種類(lèi)型、多種口徑的彈藥[12]。

1 稀土發(fā)火合金的制備方法

目前，國(guó)內(nèi)、外多采用感應(yīng)爐熔煉法、粉末冶金法、熔融鹽電解法來(lái)制備稀土發(fā)火合金，下面就這幾種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 感應(yīng)爐熔煉法

感應(yīng)爐是利用物料的電磁感應(yīng)作用而使物料加熱熔化。通過(guò)不斷地變換電壓及電流方向，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，位于交變磁場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)體物料產(chǎn)生瞬時(shí)渦流，內(nèi)部的電子不斷運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大量的熱量。感應(yīng)爐依據(jù)采用的交流電源不同，而分為三種感應(yīng)爐。如工頻( 50或60Hz )、中頻(150～10000 Hz)和高頻(高于10000 Hz)這樣的三種感應(yīng)爐。感應(yīng)爐的主要部件有感應(yīng)器、爐體、電源、電容和控制系統(tǒng)等。在感應(yīng)爐中的交變電磁場(chǎng)作用下，物料內(nèi)部產(chǎn)生渦流從而達(dá)到加熱或者熔化試樣的效果，感應(yīng)爐通常分為感應(yīng)加熱爐和熔煉爐[13]。熔煉爐分為有芯感應(yīng)爐和無(wú)芯感應(yīng)爐兩類(lèi)。有芯感應(yīng)爐主要用于各種鑄鐵等金屬的熔煉和保溫，能利用廢爐料，熔煉成本低。無(wú)芯感應(yīng)爐分為工頻感應(yīng)爐、三倍頻感爐、發(fā)電機(jī)組中頻感應(yīng)爐、可控硅中頻感應(yīng)爐、高頻感應(yīng)爐。

而冶煉稀土發(fā)火合金，一般采用中頻感應(yīng)爐。中頻感應(yīng)爐熔煉金屬合金，熔煉用時(shí)短，物料損耗少，爐溫易控制，是一種簡(jiǎn)易有效的制備稀土發(fā)火合金的方法。廣西民族大學(xué)的梁建烈[14]等人采用了熔煉法制備了一種新型的混合稀土合金，該稀土合金特點(diǎn)是稀土用量較少，采用12%的鑭，13%的鈰，9%的鐵，65%的鋅和微量的錳和鋁熔煉而成。采用此種方法制備的稀土合金性能較穩(wěn)定，燃點(diǎn)較低，稀土使用量較少，生產(chǎn)成本較低。硬度值約為160HV，發(fā)火率≥98%，耐磨性耐腐蝕性好。但是鋅的熔點(diǎn)相較于鑭，鈰和鐵來(lái)說(shuō)較低，在混合組分中添加65%的鋅，在熔煉過(guò)程中會(huì)有部分的鋅揮發(fā)，并不能很好的控制合金各組分的準(zhǔn)確含量。

也有部分學(xué)者先將部分易揮發(fā)的金屬在較低的熔煉溫度下制備成中間合金，再同部分稀土元素或鐵、銅等高熔點(diǎn)金屬一起熔煉，這樣熔制成的稀土合金的成分均勻性會(huì)比較好，其發(fā)火性能和硬度也更好一些。如包頭稀土院于雅樵[15]等人研制的一種稀土鐵中間合金的制備，就是采用了這種方法。這種制備方法可以有效的將稀土均勻的添加在鋼中，得到抗腐蝕性好，韌性強(qiáng)的鋼材。

1.2 粉末冶金法

采用粉末冶金制備方法，也可以制備性能穩(wěn)定的稀土發(fā)火合金物質(zhì)。粉末冶金工藝是近幾十年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的一種新型的冶煉合金零件的工藝，采取與傳統(tǒng)熔煉鑄造相逆向的一個(gè)過(guò)程，先將原料粉末壓制成所需要的零件的形狀，再進(jìn)行燒結(jié)，使其合金化，相比于傳統(tǒng)的熔煉技術(shù)來(lái)說(shuō)，能減少原料的浪費(fèi)，減少后續(xù)的機(jī)加工，且粉末混合過(guò)程中能增強(qiáng)復(fù)合基體的均勻性[16-17]。

提前將所要制備的合金元素，制成粒度小于200 μm的粉末，再將所有需要的物料粉末及黏結(jié)劑、潤(rùn)滑劑在混粉機(jī)中混合均勻。待物料充分混合均勻后，用壓機(jī)壓制成型。最后在電爐中燒結(jié)，即可得到均勻性、硬度、發(fā)火性能均良好的稀土合金。采用臥式連續(xù)鉬絲燒結(jié)爐，可以對(duì)粉末合金進(jìn)行連續(xù)地大批量燒結(jié)。根據(jù)所需要的元器件形狀設(shè)計(jì)模具的樣式，壓制出的稀土合金器件可以最大可能地滿足零件的形狀要求，減少后續(xù)的機(jī)加工，使生產(chǎn)制備過(guò)程更方便。同時(shí)燒結(jié)過(guò)程中的高真空環(huán)境或通入惰性氣體阻隔，能保證稀土合金在燒結(jié)過(guò)程中不被氧化，可以制得符合我們需要的稀土發(fā)火合金[18]。

中南大學(xué)何斌衡，嘗試過(guò)采用粉末冶金的方法，制備稀土合金，以稀土鉬合金為研究對(duì)象，摻雜微量稀土氧化物Y2O3、La2O3，使用粉末冶金方法制備出稀土鉬合金棒材，取得了比較好的效果[19]。

但稀土發(fā)火合金中元素眾多，各合金元素的熔點(diǎn)、揮發(fā)性、及物理粘接性均不一樣，在混粉和燒結(jié)過(guò)程中，極易造成元素成分偏析，因此需要在混粉過(guò)程中需要將物料完全混合均勻，但由于稀土元素極易氧化，所以可在不含氧氣的氣氛中將合金粉混合均勻，如在混粉機(jī)中添加保護(hù)性氣氛，以防止氧化。

1.3 熔融鹽電解法

熔鹽電解提取金屬是一種成熟的技術(shù)─世界主要的鋁制備方式[20]。熔鹽電解的性質(zhì)也使它成為處理多種形式廢棄物的有效方法。熔鹽電解法制備稀土合金具有成本低、成份均勻且容易控制、質(zhì)量較好、易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，是目前制備稀土金屬及其合金的重要方法之一[21]。

一般采用氟化物或氯化物熔融電解法，需要用鹽酸或氫氟酸對(duì)稀土礦做簡(jiǎn)單的酸溶前處理，得到氯化稀土，用RECl3表示。此時(shí)采用熔融電解法，以KCl-RECl3作為電解質(zhì)，以石墨做陽(yáng)極，鉬棒或鎢棒做陰極，對(duì)于1000 A的電解槽，采用石墨坩堝兼作陽(yáng)極，瓷坩堝做金屬接收器，電解溫度在900 ℃左右，經(jīng)電解可得混合稀土金屬，后經(jīng)鑄錠，即可得到混合稀土合金[22]。

盧小能等人采用 25 kA 電解電流在氟化物體系中的熔鹽電解工藝制備稀土鐠釹合金[23]。通過(guò)工業(yè)實(shí)踐，探究了電解過(guò)程中電解槽結(jié)構(gòu)、電解溫度、電流密度、電解質(zhì)組分、攪爐操作及坩堝材質(zhì)對(duì)電解產(chǎn)品純度的影響。實(shí)驗(yàn)研究確立了 25 kA 熔鹽電解法制備稀土鐠釹合金有效控制非稀土雜質(zhì)含量的工藝參數(shù)，取得了較好的效果。張德平[24]等人成功采用氯化稀土熔融鹽電解法制備鑭鐠鈰混合稀土合金，充分利用了稀土礦提除釹、鈰等元素后剩下的近廢礦，制得的鑭鐠鈰混合稀土合金，各方面性能也符合生產(chǎn)要求，且采用這種方法，進(jìn)行了廢礦渣回收，既節(jié)約了資源，又保護(hù)了環(huán)境。但這種方法不利于生產(chǎn)制備成分均勻、性能穩(wěn)定的稀土發(fā)火合金，無(wú)法準(zhǔn)確選擇所特定需要的稀土合金元素，也不能添加其他改性元素。

綜合看來(lái)，以上幾種合金制備方法互有優(yōu)劣，均可以生產(chǎn)制備稀土合金，但如果要生產(chǎn)制備發(fā)火性能更為穩(wěn)定的稀土發(fā)火合金，則需要在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制好其生產(chǎn)條件，以保證最終的稀土發(fā)火合金成分更為均勻穩(wěn)定，性能更為良好。

熔融鹽電解法多用于從礦藏中選擇制備金屬及合金，難以制備成分均勻、性能穩(wěn)定的稀土發(fā)火合金；粉末冶金法能直接制備特定形狀的合金，且原料利用率高，其合金組分均勻性、穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵在于混粉和燒結(jié)，但混粉過(guò)程處理不好極易造成物料成分分布不均勻，燒結(jié)過(guò)程要嚴(yán)格控制好溫度，升溫速率、保溫時(shí)間等條件，以免造成試樣內(nèi)部過(guò)度偏析；中頻感應(yīng)爐熔煉稀土發(fā)火合金，熔煉用時(shí)短，功率易控制，但會(huì)有部分易揮發(fā)金屬揮發(fā)現(xiàn)象，導(dǎo)致整體成分有所偏差，這就需要探究更合適的工藝條件，來(lái)減少易揮發(fā)組分的揮發(fā)現(xiàn)象。

2 稀土發(fā)火合金的表征方法

為了分析制備得到的稀土發(fā)火合金樣品，需要對(duì)其進(jìn)行一系列的表征分析，主要通過(guò)一系列先進(jìn)儀器對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，觀察其內(nèi)部形成何種合金化合物；進(jìn)行組分元素測(cè)量分析，測(cè)定其各組成元素的最終成分，以對(duì)其性能進(jìn)行更為系統(tǒng)的研究分析。

2.1 稀土發(fā)火合金的結(jié)構(gòu)表征方法

采用金相顯微鏡、X射線衍射分析儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等來(lái)檢測(cè)稀土發(fā)火合金的晶態(tài)分布狀況、內(nèi)層結(jié)構(gòu)及元素組成，金相顯微鏡可以觀察稀土發(fā)火合金內(nèi)部組織和元素之間的結(jié)合分布情況，XRD能分析檢測(cè)構(gòu)成樣品的元素種類(lèi)、組分相態(tài)及其含量，SEM也可以觀測(cè)合金內(nèi)部的元素分布情況[25]。

徐國(guó)富[26]等人采用金相顯微鏡觀測(cè)La-Co-Ni三元系和Nd-Cu、Gd-Cu二元系合金金相相圖，并依據(jù)其相態(tài)分布，較為準(zhǔn)確地分析了合金樣的組分。

陳壯強(qiáng)[27]等人運(yùn)用XRD技術(shù)，對(duì)摻稀土鋁酸鍶基質(zhì)進(jìn)行元素分析和表征研究，取得了較好的效果。蔣曉光[28]等人采用XRD分析技術(shù)對(duì)白云石原礦和不同溫度煅燒的白云石原礦進(jìn)行了物相分析，確定了其主相和副相，并計(jì)算得到其各自相的含量。

許宏飛[29]等人利用掃描電子顯微鏡(SEM)及其附帶的X射線能譜儀(EDS)、X射線波譜儀(WDS)對(duì)某些不銹鋼制品的表觀缺陷進(jìn)行了較深入的分析，比較其結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，同樣也可以用來(lái)觀測(cè)稀土發(fā)火合金的結(jié)構(gòu)及元素分布均勻性。綜上所述，對(duì)稀土發(fā)火合金進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，可以采用金相顯微鏡對(duì)其做相態(tài)分析、確定其成分，用XRD對(duì)其做元素分析和含量分析，觀察檢測(cè)合金的組元、合金化程度，采用SEM等設(shè)備對(duì)其做表觀缺陷分析、觀察結(jié)構(gòu)及其元素分布均勻性，從而有助于后面的元素檢測(cè)。

2.2 稀土發(fā)火合金的組分含量檢測(cè)方法

2.2.1 前處理方法

在檢測(cè)稀土發(fā)火合金的組分含量時(shí)，首先需要將稀土發(fā)火合金預(yù)先配制成溶液，再運(yùn)用化學(xué)或儀器法對(duì)元素種類(lèi)及含量進(jìn)行檢測(cè)分析。用強(qiáng)酸能較為充分地溶解稀土發(fā)火合金樣品，且一般選用對(duì)組分基本無(wú)干擾的強(qiáng)酸，如硝酸、鹽酸，所以稀土合金的處理方法也一般采用鹽酸、硝酸等溶解能力較強(qiáng)、黏度較小的酸來(lái)處理，制得可供后續(xù)分析的樣品成分溶液。

2.2.1.1 酸溶法

酸溶法是處理金屬合金材料的最常用的方法之一，單獨(dú)采用硝酸或鹽酸將試樣于燒杯中溶解，有時(shí)候合金中會(huì)存在部分不溶于這兩種酸的物質(zhì)，可以將硝酸和鹽酸按1:3的比例制成王水，溶解試樣；或在此基礎(chǔ)上添加高氯酸或過(guò)氧化氫等氧化性物質(zhì)，適當(dāng)加熱來(lái)促進(jìn)溶解。用這種方法能溶解大多數(shù)合金，但在溶解過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)物質(zhì)的揮發(fā)和損失，因此控制好元素?fù)]發(fā)是關(guān)鍵。

2.2.1.2 密閉微波消解法

密閉微波消解法是對(duì)酸溶法的改進(jìn)和提高的一種樣品前處理技術(shù)。稱(chēng)取適量試樣于微波消解罐中，加強(qiáng)酸溶解，并置于微波消解儀內(nèi)，使樣品處于高溫、高壓狀態(tài)，快速反應(yīng)。是目前最先進(jìn)的材料前處理方法之一，它的原理是樣品會(huì)在密封罐內(nèi)酸性介質(zhì)中通過(guò)高壓、高溫，短時(shí)間內(nèi)完全溶解，溶解效率高，而且不會(huì)引入雜質(zhì)，也不會(huì)造成元素?fù)p失，有效避免了由于易揮發(fā)元素流失導(dǎo)致的結(jié)果偏低，可以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

密閉微波消解法也可以用來(lái)處理某些強(qiáng)酸難以溶解的物質(zhì)，通過(guò)微波的作用，以及消解過(guò)程中，給予罐內(nèi)高溫、高壓環(huán)境，可以大大促進(jìn)某些難溶元素的溶解[30]。張鳳萍[31]等人采用微波消解法結(jié)合ICP-AES對(duì)鉬鐵中的微量元素進(jìn)行定量分析，在微波作用下鉬鐵合金消解的更為充分，使得后續(xù)的分析和檢測(cè)更準(zhǔn)確。沈娟章等[32]人利用微波消解技術(shù)對(duì)木質(zhì)活性炭進(jìn)行前處理，研究發(fā)現(xiàn)不同粒度0.076～0.918 mm的糖液脫色炭在8 mL(6 mL HNO3+1 mL H2O2+1 mL HF)消解酸體系，220 ℃下保持30 min的微波消解條件下都可以消解完全，且不同種類(lèi)的木質(zhì)活性炭都可以在此條件的基礎(chǔ)上通過(guò)適當(dāng)?shù)奶岣呦鉁囟取⒀娱L(zhǎng)消解時(shí)間、增加消解酸用量的方法消解完全。因此密閉微波消解法，對(duì)大多數(shù)材料進(jìn)行前處理，都能得到很好的處理效果。

2.2.2 組分測(cè)量方法研究

稀土元素和鐵元素在稀土發(fā)火合金材料中占比較大，約占到總量的90%左右，是合金中的基體元素；鎂、鋅、銅、硅等含量較少，是合金中的微量元素，多種元素共存于發(fā)火合金材料中。各元素的檢測(cè)方法種類(lèi)很多，但發(fā)火合金中各元素的含量差異較大，對(duì)于不同含量及性質(zhì)的元素，應(yīng)采取不同的檢測(cè)方法，故選擇測(cè)量方法的時(shí)候應(yīng)將這些影響因素考慮進(jìn)去。

2.2.2.1 稀土元素的檢測(cè)

稀土元素性質(zhì)極為相近，傳統(tǒng)的化學(xué)方法不能有效地分離檢測(cè)單一稀土的含量，通常是測(cè)量稀土總量的方式來(lái)檢測(cè)稀土含量。比較經(jīng)典的測(cè)量方法有重量法，容量法等。高勵(lì)珍[33]等人采用草酸鹽重量法測(cè)定鏑鐵合金中稀土元素的總量，以鹽酸溶解樣品，用過(guò)氧化二價(jià)鐵，在pH在1.5～2.0時(shí)用草酸沉淀稀土分離鐵，沉淀經(jīng)高溫灼燒后生成稀土氧化物，稱(chēng)量以測(cè)得稀土總量。孫紅英[34]等人則將此種方法應(yīng)用于稀土發(fā)火合金中稀土總量的測(cè)定，用強(qiáng)酸處理合金，再用氨水分離銅、鎂等元素，后在pH在1.5～1.8左右時(shí)，用草酸處理，得只含稀土的草酸稀土沉淀，最后灼燒得稀土氧化物，以測(cè)稀土總含量。孫宇紅[35]等人也先后采用這種方法測(cè)定稀土鎂合金中的稀土總含量，取得了較好的效果。

肖勇[36]等人則選擇EDTA容量法來(lái)測(cè)定釹鐵硼廢料中稀土元素的總量，試樣溶解后，用HF除去鐵的影響，用EDTA滴定稀土元素，可測(cè)得稀土元素的總含量。這幾種方法，屬于傳統(tǒng)的化學(xué)方法范疇，操作過(guò)程繁瑣，可能會(huì)出現(xiàn)操作誤差，但嚴(yán)格按照技術(shù)指標(biāo)的要求去做實(shí)驗(yàn)的前提下，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度較高。

但是要測(cè)定單個(gè)稀土元素的含量，則需要借助于儀器，通常選用ICP-AES、ICP-MS、分光光度計(jì)等多種儀器分析測(cè)定。徐靜[37]等人采用微波消解處理樣品，用ICP-AES來(lái)測(cè)定稀土合金渣中的主要氧化物，采用多段升溫微波消解，檢測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，標(biāo)準(zhǔn)偏差較?。皇┝Μ|[38]等人采用微波消解-ICP-MS方法測(cè)定茶葉中微量稀土元素的含量，優(yōu)化了硝酸消解體系，避免了樣品因消解不完全帶來(lái)的測(cè)量誤差，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，避免了樣品基體帶來(lái)的干擾。胡珊玲[39]等人采用三溴偶氮胂分光光度法測(cè)定鎂合金中稀土總量，用鹽酸消解媒鎂合金，在640 nm波長(zhǎng)下測(cè)定鎂基體中的微量稀土元素含量，基體鎂對(duì)稀土元素測(cè)定基本無(wú)干擾，輕稀土總量的質(zhì)量濃度在0.2～0.8 μg/mL范圍內(nèi)與吸光度呈線性，測(cè)得率較為準(zhǔn)確。

2.2.2.2 鐵元素含量的檢測(cè)

鐵元素在稀土發(fā)火合金中的占比可達(dá)20%左右，是除稀土元素外含量最多的元素，因此鐵含量的準(zhǔn)確檢測(cè)，對(duì)制備的稀土發(fā)火合金的各項(xiàng)性能至關(guān)重要。雖然國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有關(guān)于稀土發(fā)火合金中鐵元素含量的測(cè)定方法，但有很多其它合金中鐵元素的測(cè)定方法。下面就合金中鐵元素的測(cè)量方法進(jìn)行探究。測(cè)量鐵元素的含量，可以采用比較經(jīng)典的重鉻酸鉀滴定法，李傳維[40]等人采用三氯化鈦還原重鉻酸鉀滴定法，測(cè)定鈦精粉還原產(chǎn)物中的金屬鐵。謝英豪[41]等人也采用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定碳包覆磷酸鐵鋰中全鐵，采用這種方法測(cè)定的鐵元素含量，比較準(zhǔn)確，缺點(diǎn)就是操作繁瑣。也可以采用ICP-AES、ICP-MS等多種儀器測(cè)定鐵元素含量。

2.2.2.3 微量元素的檢測(cè)

銅、鋅、鎂、硅是稀土發(fā)火合金中的微量元素，也有許多經(jīng)典的測(cè)定方法，一般采用EDTA滴定法來(lái)檢測(cè)鎂、鋅、銅等元素。牛翠英[42]等人采用EDTA絡(luò)合滴定法準(zhǔn)確測(cè)定鈣鋅鹽中鋅的含量，采用適當(dāng)?shù)难诒蝿?，消除了樣品中的鈣、鋁元素的干擾，提高了結(jié)果的靈敏度。但稀土發(fā)火合金中含有鎂、銅等元素，也易與EDTA絡(luò)合，不易消除彼此的干擾，會(huì)引起誤差。

但在稀土發(fā)火合金，其含量較少，采用傳統(tǒng)化學(xué)法檢測(cè)時(shí)容易出現(xiàn)操作誤差，且有化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似的元素，難以選擇合適的掩蔽劑消除干擾，故多采用儀器法來(lái)校驗(yàn)和檢測(cè)。土壤中的大多數(shù)重金屬元素也較少，Coles等人[43]采用ICP-AES對(duì)土壤做多元素檢測(cè)和分析，取得了較好的結(jié)果。Smeda等人[44]采用ICP-AES對(duì)飛灰中的微量金屬元素做了細(xì)致的檢測(cè)，也有很好的效果。ICP-MS不僅可以檢測(cè)元素種類(lèi)，還能將此種元素的同位素檢測(cè)出來(lái)，結(jié)果更為精確，Liu等人[45]采用ICP-MS等對(duì)鈾-鉛鋯石等做元素和同位素分析，也有比較好的進(jìn)展。于亞輝[46]等人采用鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定鎂釹合金中硅含量，用鹽酸溶解鎂釹合金樣品，再加入鉬酸銨與硅形成硅鉬雜多酸，用草-硫混酸分解磷、砷雜多酸，用抗壞血酸還原硅鉬雜多酸為藍(lán)色低價(jià)絡(luò)合物(多數(shù)為硅鉬藍(lán))，于分光光度計(jì)波長(zhǎng)800 nm處，測(cè)量其吸光度，從校準(zhǔn)曲線上查得硅的含量，硅的檢測(cè)限可達(dá)10-6g/mL，靈敏度較高。

2.3 表征分析小結(jié)

以上幾種元素檢測(cè)方法各有優(yōu)劣，對(duì)于稀土發(fā)火合金中含量較多的基體元素，如鐵和稀土元素來(lái)說(shuō)，可以采取化學(xué)方法為主和儀器分析法為輔來(lái)測(cè)定其元素含量。用重鉻酸鉀滴定法測(cè)量稀土發(fā)火合金中鐵元素的含量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁瑣，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確；用草酸鹽重量法測(cè)定稀土發(fā)火合金中稀土元素的總量時(shí)，方法準(zhǔn)確度高，但由于不少共存元素也被草酸沉淀而需要進(jìn)行預(yù)先分離，使測(cè)定步驟增加而浪費(fèi)時(shí)間，且不能測(cè)量單一稀土元素的含量，較為局限，可以借助于ICP-AES或ICP-MS等儀器來(lái)測(cè)量。對(duì)稀土發(fā)火合金合金中的微量元素，如稀土發(fā)火合金中的鎂、鋅、銅、硅等來(lái)說(shuō)，采用化學(xué)法有諸多限制因素，如合金中與EDTA形成絡(luò)合物的元素太多，難以除去干擾元素的影響，所以滴定法不適合檢測(cè)稀土發(fā)火合金中的元素。所以一般選擇ICP-AES、ICP-MS或分光光度計(jì)來(lái)檢測(cè)分析鎂、鋅、銅、硅等微量元素，但采用儀器法檢測(cè)時(shí)，需要消除基體元素的干擾，這就需要在實(shí)際操作時(shí)對(duì)合金試樣進(jìn)行進(jìn)一步的研究和摸索，以期求得更為準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。

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