電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定增碳劑中6種主要氧化物

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江陰 214429)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定增碳劑中6種主要氧化物

嚴倩琳

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江陰 214429)

建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定增碳劑中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和TiO2含量的方法。采用高溫熔融結合15%稀鹽酸浸取熔塊前處理試樣，確定了各元素的分析譜線，采用稀釋法消除基體效應。實驗結果表明：各元素線性良好，相關系數(shù)均在0.999以上，檢出限為：0.002～0.020μg/g；各氧化物的相對標準偏差均小于5%，回收率在96.4%～104.2%之間。建立的方法準確、簡單、全面，滿足增碳劑中氧化物分析要求。

ICP-AES 增碳劑

合成鑄鐵熔煉過程中，由于廢鋼的加入量大，鐵液中含碳量低，所以必須采用增碳劑達到增碳效果。因生鐵資源日益緊缺，隨著廢鋼加入量的增大，其增碳技術是保證熔煉質(zhì)量，改善鑄鐵組織和性能的關鍵[1]，因此增碳劑的質(zhì)量顯得尤為關鍵，可以用作增碳劑的材料有很多，目前主要有石油焦、天然石墨和人造石墨等，其中固定碳和灰分是增碳劑中兩個最重要的參數(shù)[2]，要分析增碳劑中成分含量，首先必須去除其中的固定碳。目前灰成分的檢測方法有X-射線熒光光譜法[3]，化學滴定法[4]，激光誘導擊穿光譜法[5]和ICP-AES法[6]。X-射線熒光光譜法對于灰分含量極低的增碳劑無法壓制成片，化學滴定和激光誘導擊穿光譜法分析流程較復雜。文獻[6]僅報道了ICP-AES法測定增碳劑中的鈦和鈣。ICP-AES法具有一次分解樣品可同時分析多種元素的特點，本試驗采用馬弗爐驅(qū)除增碳劑中的固定碳后，采用15%稀鹽酸浸取樣品熔塊，以電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀同時測定增碳劑中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和TiO26種主要氧化物，準確度和精密度均滿足分析要求，適用于各個種類的增碳劑分析。

1實驗部分

1.1 儀器及其工作條件

ICAP6500雙向觀測全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀(賽默飛世爾科技有限公司)，CID檢測器，27.12 MHz固態(tài)RF發(fā)生器，耐高鹽石英同心圓霧化器，耐高鹽玻璃旋流霧化室，可拆卸式石英炬管，氬氣(體積分數(shù)不小于99.995%)。

ICP-AES的工作條件為：發(fā)射功率為1150 W；輔助氣流為0.5L/min；霧化器氣體為0.7 L/min；冷卻氣流量為12 L/min；蠕動泵沖洗泵速為100 rpm；分析泵速為50 rpm；等離子觀測為水平。

ALT-1200一體化智能馬弗爐(常州奧聯(lián)科技有限公司)。

1.2 主要試劑

鋼鐵研究總院標準溶液：Si、Al、Ca、Mg、Fe、Ti濃度值分別為500μg/mL、1000μg/mL、1000μg/mL、1000μg/mL、1000μg/mL、500μg/mL；

無水碳酸鈉、硼酸：分析純；鹽酸：優(yōu)級純；

混合助溶劑：無水碳酸鈉與硼酸按質(zhì)量比2∶1混合；

實驗室用水均為超純水。

1.3 %1.3試驗方法

1.3.1 試樣溶液的制備

準確稱取試樣0.2g，精確至0.1mg，置于鎳坩堝內(nèi)，在900℃馬弗爐中高溫灼燒1h，取出，移入干燥器內(nèi)自然冷卻至常溫，在坩堝內(nèi)加入2g混合助溶劑并蓋上坩堝蓋，再次放入900℃馬弗爐中熔融15min后取出。在250ml燒杯中用100mL15%鹽酸加熱浸取。待熔塊浸取完全后轉移入200mL容量瓶中定容混勻，并移取10mL于100mL容量瓶中稀釋至刻度，混勻，配制為ICP用液態(tài)試樣。

1.3.2 混合標準溶液的配制

以空白混合助溶劑按1.3.1處理后作為基體，將Si、Al、Ca、Mg、Fe、Ti元素配成混合標準溶液。標準曲線中混合標準溶液的質(zhì)量濃度見表1。

表1 標準曲線中各元素的質(zhì)量濃度 μg/mL

2 結果與討論

2.1 試樣的灰化條件

本次試驗用兩種不同固定碳含量的增碳劑作為試樣，高純增碳劑(固定碳含量99%)編為1#；低氮增碳劑(固定碳含量94%)編為2#。通過稱取相同試樣量，考察不同溫度和時間的組合確定最佳灰化條件，見表2。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，試樣經(jīng)馬弗爐900℃灼燒60min可同時灰化完全。

表2 最佳灰化條件試驗

2.2 基體效應

本次試驗采用無水碳酸鈉和硼酸(m∶m=2∶1)作為混合助溶，經(jīng)鹽酸浸取后溶液中含有大量的鈉鹽，溶液直接導入ICP光譜儀測定發(fā)現(xiàn)，背景強度很高，導致溶液的提升量和譜線強度降低，即使采用耐高鹽霧化器和霧室也未能消除鹽效應。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)當溶液稀釋10倍后，各元素譜線恢復正常強度，鹽效應對譜線強度的影響可消除。

2.3 譜線選擇

根據(jù)樣品中被測元素含量，在儀器提供的各元素譜線中選擇3條特征譜線，運行自動尋峰程序，再根據(jù)線性關系、靈敏度和干擾最小這幾個方面優(yōu)化出每個元素的最佳分析譜線。備選譜線見表3，經(jīng)優(yōu)化考察后確定各元素的分析譜線為：Si：250.690 nm、Al：396.152 nm、Ca：318.128 nm、Mg：202.582 nm、Fe：238.204 nm、Ti：334.941 nm。

表3 各元素備選譜線

2.4 共存元素干擾

增碳劑中主要成分為固定碳，采用馬弗爐900℃灼燒60min后已將固定碳驅(qū)除干凈，采用無水碳酸鈉和硼酸混合助溶劑在鎳坩堝中熔融會引入鎳，因此需要考察鎳、鈉、硼的引入對待測元素的影響。

2.4.1 鈉的影響

在熔融中使用2g混合助溶劑，溶液中含有鈉的質(zhì)量濃度為0.65μg/mL，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，此濃度含量的鈉對硅、鋁、鈣、鎂、鐵均無影響，但對鈦有顯著抑制作用，溶液經(jīng)稀釋10倍后，鈉的濃度含量僅0.05μg/mL，對鈦影響消失。

2.4.2 硼的影響

在熔融中使用2g混合助溶劑，其中無水碳酸鈉與硼酸的質(zhì)量比例為2∶1，溶液中硼的質(zhì)量濃度含量僅0.03μg/mL，對待測元素的影響可以忽略。

2.4.3 鎳的影響

本法選用鎳坩堝進行樣品熔融，因此溶液中存在鎳。配制兩瓶100mL溶液，一瓶鎳質(zhì)量濃度為500μg/mL，另一瓶不加鎳；配制質(zhì)量濃度均為50μg/mL的硅、鋁、鈣、鎂、鐵、鈦混合溶液，考察鎳對待測元素的影響。結果表明，鎳元素對待測元素的影響不顯著。

2.5 校正曲線和檢出限

按照儀器所設的工作參數(shù)對標準溶液系列進行測定，以各元素的質(zhì)量濃度為橫坐標，對應的光譜強度值為縱坐標，繪制校正曲線。同時連續(xù)測定空白溶液11次，以3倍標準偏差計算方法的檢出限。其校準曲線的線性范圍、線性方程、相關系數(shù)和檢出限見表4。根據(jù)試樣稱樣量，稀釋倍數(shù)和單質(zhì)元素到氧化物的換算系數(shù)計算出各元素的氧化物質(zhì)量濃度范圍，見表5。

表4 元素的線性方程和檢出限

表5 氧化物質(zhì)量濃度和換算系數(shù)

2.6 精密度試驗

按照本試驗方法，測定增碳劑試樣中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO26種氧化物的質(zhì)量濃度，并進行精密度考察，結果見表6。由表6可看出各氧化物的相對標準偏差(RSD)均小于5%。

表6 精密度試驗結果(n=11)

2.7 加標回收試驗

在不具備用國家標準樣品或國際樣品來檢查方法測定結果與標準值符合程度這個條件的情況下，可用加標回收法驗證方法的準確度[7]。按照本試驗方法對增碳劑樣品中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO26種氧化物進行加標回收試驗，考察方法的準確度，結果見表7。結果表明，增碳劑中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2的加標回收率在96.4%～104.2%，方法的準確性良好。

表7 加標回收試驗結果

3 結論

本實驗采用高溫熔融結合15%稀鹽酸加熱浸取試樣熔塊，再用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測定增碳劑中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO26種氧化物，測定結果的精密度與準確度均良好，方法檢出限低。該方法具有操作簡便，干擾因素小，分析元素全面等優(yōu)點，適用于任何種類的增碳劑檢測，完全滿足日常檢測需求，同時也可為產(chǎn)品的檢測標準提供參考依據(jù)。

[1]王順安，鄒榮劍.合成鑄鐵的研究及應用[J].鑄造，2010，59(7)：721-722.

[2]惠國棟，許翔，張蕭，等.增碳劑及其選用[J].化工技術與開發(fā)，2016，45(3)：50-51.

[3]姜新其，陳麗華.X射線熒光光譜法在煤灰成分檢測中的應用[J].煤質(zhì)技術，2015，(3)：40-42.

[4]劉成功.黑龍江雞西煤矸石中鎂、鈣、鐵、鈦的測定[J].遼寧大學學報，2011，38(1)：90-93.

[5]謝承利，陸繼東，李鵬艷，等.激光誘導擊穿光譜法分析燃煤的灰成分[J].工程熱物理學報，2009，30(2)：329-332.

[6]劉潔.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定增碳劑中鈦和鈣[J].冶金分析，2015，35(1)：77-80.

[7]辛仁軒.等.離子體發(fā)射光譜分析[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005：183.

2017-05-09

嚴倩琳，女，1984年出生，碩士在讀，工程師，主要從事冶金材料中微量元素的ICP光譜分析，E-mail：253047157@qq.com。

信息簡訊

國家地下水監(jiān)測站點超九成已建成

經(jīng)過兩年多時間的努力，國家地下水監(jiān)測工程取得重大進展，90%以上的地下水監(jiān)測站點建設已經(jīng)完成。

目前，天津、河南、山東等10多個省(區(qū)、市)站點建設已經(jīng)全部完成，監(jiān)測站點實現(xiàn)了地下水位、水溫監(jiān)測的自動采集、自動傳輸，在地下水監(jiān)測點建設的同時，地下水監(jiān)測信息應用服務系統(tǒng)已完成總體設計，該系統(tǒng)將開發(fā)地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、綜合分析、地下水數(shù)值模擬評價與預測等多個子系統(tǒng)。

據(jù)悉，國家地下水監(jiān)測工程將全國劃分為16個重點監(jiān)測區(qū)， 包括1個國家級地下水監(jiān)測中心、7個流域監(jiān)測中心、 63個省級監(jiān)測中心， 共建設地下水監(jiān)測站點20401個。今年是該項工程的收官之年。全面建成后，該工程將結合現(xiàn)有監(jiān)測站網(wǎng)建成較為完整的國家級地下水監(jiān)測網(wǎng)，形成一個集地下水信息采集、傳輸、處理分析及信息服務為一體的國家地下水信息中心。屆時，國家地下水監(jiān)測站點監(jiān)測控制范圍將擴大到350萬平方公里，站網(wǎng)密度提高到每千平方公里5.8孔(站)，將進一步提高地下水監(jiān)測的自動化和信息化水平，實現(xiàn)對全國地下水的動態(tài)有效監(jiān)控，為地下水資源合理開發(fā)、地面沉降防控等提供科學依據(jù)和決策支持。(國土資源部)

Determinationofsixoxidesinrecarburizerbyinductivelycoupledplasmaatomicemissionspectrometry.

YanQianlin

(JiangyinXingchengSpecialSteelWorksCo.,Ltd.,Jiangyin214429,China)

The six oxides SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3and TiO2in recarburize were determined. The experimental results showed that the linear of each element was good and all the correlation coefficients were greater than 0.999. The detection limit was 0.002-0.020μg/g. The relative standard deviation (RSD) for each oxide was less than 5%, and the recoveries were 96.4%-104.2%. The method is applicable and accurate.

ICP-AES; recarburizer

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.05.012