提高生鐵磷含量分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度方法的實(shí)踐

于 惠，楊惠蘋(píng)

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

生鐵是煉鋼的重要原料，其中碳、硅、錳、磷、硫、鈦六大成分的含量對(duì)生鐵的質(zhì)量具有重要影響，尤其是生鐵中磷含量對(duì)煉鋼生產(chǎn)工藝操作影響較大，因此準(zhǔn)確測(cè)定出生鐵中磷含量對(duì)煉鐵、煉鋼操作具有重要指導(dǎo)意義。目前生產(chǎn)中生鐵磷含量的檢測(cè)的方法是X-熒光光譜儀，但需要定期采用吸光光度法對(duì)X-熒光光譜儀檢測(cè)方法進(jìn)行效驗(yàn)，吸光光度計(jì)法效驗(yàn)具有適用濃度范圍廣，分析成本低、操作簡(jiǎn)便迅速、靈敏度高、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)[1]。目前天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（下稱(chēng)天鋼聯(lián)合特鋼公司）由于冶煉工藝改進(jìn)，引入了磷含量更高的生產(chǎn)原料，使得生鐵中磷含量較之前大幅上漲。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生鐵中磷含量＞0.150%時(shí)，吸光光度法經(jīng)常出現(xiàn)測(cè)定數(shù)值偏低且不穩(wěn)定的情況。

為了提高高磷生鐵磷含量測(cè)定的準(zhǔn)確度，本文對(duì)現(xiàn)有吸光光度法測(cè)定高磷生鐵磷含量數(shù)值偏的問(wèn)題進(jìn)行了研究，從樣品溶解條件、試劑加入量、比色皿規(guī)格三方面，對(duì)吸光光度法檢測(cè)生鐵磷含量的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)檢測(cè)工藝改進(jìn)后的實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 吸光光度計(jì)分析法

1.1 儀器及器具

721 分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司）；DL-1 電爐（上海喆鈦有限公司）；100 ml 錐形瓶（四川蜀玻有限責(zé)任公司）；100 ml 容量瓶（四川蜀玻有限責(zé)任公司）。

1.2 生鐵磷檢測(cè)用試劑

濃硝酸：≥98.0%（天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司）。

高錳酸鉀：≥99.5%（天津市申泰化學(xué)試劑有限公司）。

鉬酸銨：≥99.0%（天津市凱達(dá)化工廠）。

酒石酸鉀鈉：≥99.0%（天津市恒興化學(xué)試劑有限公司）。

氟化鈉：≥98.0%（天津市申泰化學(xué)試劑有限公司）。

氯化亞錫：≥98.0%（天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司）。

硝酸溶液：1:1（體積比），將一份濃硝酸與一份蒸餾水混勻。

高錳酸鉀溶液：25 g/l, 稱(chēng)取2.5 g 高錳酸鉀溶于水中，稀釋至100 ml，混勻，可適當(dāng)加熱至溶解完全。

鉬酸銨-酒石酸鉀鈉溶液：80 g/l-80 g/l，稱(chēng)取8 g酒石酸鉀鈉溶于水中，再稱(chēng)取8 g 鉬酸銨溶于水中，稀釋至100 ml，混勻，可適當(dāng)加熱至溶解完全。

氟化鈉-氯化亞錫溶液：24 g/l-4 g/l，稱(chēng)取24 g氟化鈉溶于水中，再稱(chēng)取4 g 鉬酸銨溶于水中，稀釋至1000 ml，混勻，可適當(dāng)加熱至溶解完全.

1.3 生鐵樣品制備

取生鐵樣品，首先使用臺(tái)鉆去除表皮雜質(zhì)，然后取三點(diǎn)鉆孔得到粉末。將粉末放入鐵缽中研磨，采用80 目篩網(wǎng)過(guò)篩，獲得待測(cè)樣品[2]。

1.4 生鐵磷檢測(cè)方法及步驟

（1） 稱(chēng)取待測(cè)樣品0.2000 g 于100 ml 錐形瓶中，隨同實(shí)驗(yàn)做系列標(biāo)準(zhǔn)樣品及空白。加濃硝酸25 ml，水浴加熱3 min 使溶解，取下，流水冷至室溫；用脫脂棉過(guò)濾于100 ml 容量瓶中，將濾液稀釋至刻度，混勻備用，獲得母液。

（2）吸取母液25.00 ml 于100 ml 錐形瓶中，加入硝酸溶液5 ml，于電爐上加熱至沸。滴加高錳酸鉀溶液6 滴，繼續(xù)加熱氧化1.5 min，取下；立即加入鉬酸銨-酒石酸鉀鈉溶液5 ml，搖勻；再加氟化鈉-氯化亞錫溶液20 ml，搖勻，得到待測(cè)試液。

（3）將分光光度計(jì)調(diào)至650 nm 波長(zhǎng)，以水為空白比色，使用0.5 cm 比色皿進(jìn)行測(cè)試。先測(cè)定系列標(biāo)準(zhǔn)樣品的吸光度值，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線；再測(cè)定待測(cè)樣品的吸光度值，由標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)應(yīng)出待測(cè)樣品磷含量數(shù)值。

2 原有方法存在的問(wèn)題及解決方法

2.1 樣品溶解問(wèn)題及解決方法

由于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生中鐵樣品磷含量較高，原有方法中樣品酸溶水浴加熱3 min 無(wú)法保證樣品中的磷完全溶解，因此我們對(duì)溶解條件進(jìn)行改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。分別采取延長(zhǎng)水浴加熱時(shí)間和改用電爐加熱兩種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖1、圖2），對(duì)所得試液進(jìn)行了測(cè)定，并將測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表1 所示[3]。由表1 顯示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，電爐加熱3 min 所得數(shù)據(jù)更接近標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 通過(guò)延長(zhǎng)水浴鍋加熱時(shí)間和電爐加熱3 min，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定值

圖1 水浴加熱情況

圖2 電爐加熱情況

為對(duì)比測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性，將標(biāo)準(zhǔn)值為0.097%的標(biāo)準(zhǔn)樣品分別采用水浴加熱3 min 和電爐加熱3 min 所得試液在不同時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表2 所示。由表2 顯示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，電爐加熱3 min 所得樣品試液的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性更高。綜上所述，利用電爐加熱比水浴加熱所得樣品的分析結(jié)果準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性均更高。

表2 水浴加熱3 min 與電爐加熱3 min 測(cè)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定性對(duì)比 /%

2.2 試劑加入量問(wèn)題及解決方法

由于高磷生鐵樣品中磷含量較一般生鐵高，原有方法中氟化鈉-氯化亞錫溶液試劑20 ml 的加入已經(jīng)量無(wú)法保證樣品可以充分反應(yīng)。因此，進(jìn)行了增加氟化鈉-氯化亞錫溶液加入量的實(shí)驗(yàn)[2]，以測(cè)試其對(duì)實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的影響，測(cè)試結(jié)果如表3 所示。由表3 顯示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：隨著還原劑的加入量的不斷增加，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值越來(lái)越接近；當(dāng)加入量增加到60 ml 時(shí)，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值最為接近；當(dāng)加入量超過(guò)60 ml 時(shí)，測(cè)定值無(wú)明顯變化。因此可以得出，還原劑的加入量60 ml 為最合適。

表3 氟化鈉- 氯化亞錫溶液的加入量對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

2.3 比色皿規(guī)格問(wèn)題及解決方法

原方法中使用的是0.5 cm 的比色皿。按照容器越小，引入誤差相對(duì)量會(huì)越大的思路，我們決定從比色皿的規(guī)格大小進(jìn)行研究[2]。選用0.5 cm、1.0 cm、2.0 cm 的比色皿分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值為0.094%和0.189%的標(biāo)準(zhǔn)樣品連續(xù)測(cè)定五次，并對(duì)每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差值計(jì)算。測(cè)試結(jié)果和極差值如表4 所示。由表4 顯示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：0.5 cm 的比色皿確實(shí)引入了較大的相對(duì)誤差，隨著比色皿規(guī)格的增大，每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差值均在減小；當(dāng)采用2.0 cm 比色皿進(jìn)行測(cè)試時(shí)，兩組測(cè)試數(shù)據(jù)的極差值均在誤差范圍內(nèi)（≤0.005%），能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期要求。

表4 選用規(guī)格不同比色皿測(cè)定數(shù)據(jù)結(jié)果的穩(wěn)定性情況

3 新方法準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性分析

3.1 新方法準(zhǔn)確度分析

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)可得，最佳測(cè)試條件為采用電爐加熱3 min 溶解樣品、增加氟化鈉-氯化亞錫溶液加入量至60 ml、采用2.0 cm 比色皿進(jìn)行測(cè)定。按照新方法對(duì)磷含量不同的一系列生鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表5 所示。對(duì)表5 顯示的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)誤差均≤0.005%，在允許范圍內(nèi)，說(shuō)明新方法能夠滿(mǎn)足預(yù)期要求的準(zhǔn)確度[4]。

表5 使用新方法對(duì)一系列生鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果

3.2 新方法穩(wěn)定性分析

為表征新方法的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，利用新方法對(duì)磷含量不同的一系列生鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品在不同時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，得到結(jié)果如表6 所示。從表中可見(jiàn)，各生鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品在5 min 內(nèi)多次測(cè)定時(shí)，所得分析結(jié)果極差值最大為0.004%，滿(mǎn)足允許誤差要求。說(shuō)明新方法能夠達(dá)到預(yù)期要求的穩(wěn)定度[5]。

表6 對(duì)一系列生鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品不同時(shí)間段測(cè)定結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

為了解決原有吸光光度法分析高磷生鐵含磷量存在的問(wèn)題，本文從吸光光度法分析生鐵含磷的樣品溶解條件、試劑加入量、比色皿規(guī)格三方面入手，探究不同條件下高磷生鐵樣品中磷含量的實(shí)際檢測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電爐加熱3 min 溶解樣品、增加氟化鈉-氯化亞錫溶液的量至60 ml 和采用2.0 cm 比色皿為最佳測(cè)試條件，可以極大提升吸光光度法檢測(cè)高磷生鐵樣品中磷含量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，新的測(cè)試方法完全能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，值得推廣應(yīng)用。