ICP-AES法測定高爐渣中氧化鎂分析方法研究

2019-03-14 08:27:12莢江霞

安徽冶金科技職業(yè)學院學報 2019年1期

張潔,劉文,莢江霞

(馬鋼股份公司技術中心安徽馬鞍山 243000)

高爐渣是在高爐煉鐵過程中，由礦石中的脈石、燃料中的灰分和溶劑(一般是石灰石)中的非揮發(fā)組分形成的固體廢物。主要含有鈣、硅、鋁、鎂、鐵的氧化物和少量硫化物。高爐渣的各種理化性能與高爐渣的組成成分密切相關，為了保證高爐渣的性能穩(wěn)定，要對高爐渣中多種氧化物含量進行測定[1]。同時快速、準確地測定其含量是保證高爐生鐵質量和冶煉過程各項技術指標的關鍵[2]。

目前，大部分冶金企業(yè)還是采用濕法對高爐渣各成分進行檢測[3]。高爐渣中氧化鎂含量較低，對于低于5%的低含量氧化鎂分析，采用化學濕法分析，滴定法誤差較大，存在試樣滴定度較大，復驗超差的情況。所以近些年來，我們開始采用儀器方法來測定高爐渣中氧化鎂[4]-[5]。

本研究提出了用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES) 快速、準確測定高爐渣中氧化鎂的含量。

1 實驗部分

1.1 主要藥品與試劑

快熔劑(硼酸:碳酸鈉=1:2)，鹽酸(1+1)，硝酸，氫氟酸，高氯酸，鎂標準儲備液(1 mg/mL)，標樣YSBC15803-2003，72105。

1.2 儀器與工作參數(shù)

ICP-AES(prodigy 5303)

表1 儀器工作參數(shù)

1.3 實驗方法

試樣稱好加入鉑坩堝中，加3 g快熔劑，混合均勻，在表面覆蓋一層快熔劑，放入馬弗爐中在1000℃下高溫熔解30 min，取出后加鹽酸和水將試樣從鉑坩堝脫出，煮沸，冷卻轉移至200 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，ICP上機檢測。

2 結果與討論

2.1 稱樣量

稱樣量影響儀器的測量強度，每臺儀器都有自己的最佳測量范圍。稱樣量過高時，強度太高，儀器無法顯示出結果。我們使用兩種標樣YSBC15803-2003(MgO=5.61%)和72105 (MgO=10.45%)作為試樣進行試驗，結果如圖一所示。根據(jù)圖一可知，稱樣量在0.1 g時，測定結果最優(yōu)，過低時未達儀器最優(yōu)范圍，過高時結果儀器測定結果反而降低。所以在本方法中，稱樣量為0.1 g。

2.2 熔樣方法

化學熔樣一般分酸熔或者堿熔，酸熔是指在酸性條件下，加酸溶解試樣(試樣加鹽酸 5 mL，硝酸 3 mL，氫氟酸 5 mL，高氯酸 5 mL，在高溫下冒煙熔解試樣)，堿熔是指加快熔劑，在堿性條件下熔解試樣(試樣加快熔劑在1000 ℃下熔解30 min)，結果如表一所示。根據(jù)表一可知，堿熔熔樣完全，結果更可靠，所以采用堿熔的方法。

表1 熔樣方法對MgO測定結果的影響

2.3 快熔劑使用量

快熔劑影響溶液的堿性，ICP耐堿性不高，所以快熔劑量不宜過多，在快熔劑量為1-4 g進行考察，根據(jù)圖表結果可知，快熔劑為3 g時即可完全熔樣，加入量再多對結果沒有什么影響，考慮到ICP耐堿性和成本控制原則，快熔劑使用量為3 g。

圖2 快熔劑使用量對MgO測定結果的影響

2.4 熔樣溫度

考慮到烘箱最高設定溫度為1050℃，我們在800-1050℃范圍內考察熔樣溫度對結果的影響。圖三顯示了溫度的影響，根據(jù)圖表可知，溫度對測定結果影響不大，1000℃基本可完全熔解，所以熔樣溫度設定為1000℃。

圖3 熔樣溫度對MgO測定結果的影響

2.5 加鹽酸量

脫樣時加鹽酸量是為中和熔樣時的快熔劑，鹽酸加入量少時，不能完全中和快熔劑，在溶液中可明顯觀察到白色的細小顆粒，逐漸增加鹽酸量，溶液變清澈，脫樣完全。根據(jù)圖四結果可知，鹽酸加入量為20 mL時，即可完全脫樣，再增加鹽酸量，對結果沒有影響，所以脫樣時加鹽酸量為20 mL。

2.6 元素分析線的選擇

ICP-AES普遍存在譜線干擾的問題，選擇合適的譜線可以提高分析結果的準確度。本實驗針對兩種標準樣品分別驗證了MgO(279.553 nm)和MgO(279.078 nm)兩條譜線，經(jīng)過多次實驗，選擇背景輪廓，強度值適合的 279.078 nm作為MgO的分析線，見表二。

圖4 加鹽酸量對MgO測定結果的影響

試樣分析線波長/nm結果YSBC15803-2003279.5535.57279.0785.6172105279.55310.43279.07810.45

2.7 基體對試樣結果的影響

高爐渣試樣為鈣基，基體對ICP檢測結果影響非常大，我們在鈣基體為20%，40%，60%的情況下，加入同等量的鎂標準溶液，根據(jù)表三結果可知，鈣基體為40%時，儀器測定結果強度最高。

表3 基體對試樣結果的影響

2.8 加標回收率

在最優(yōu)條件下，分別稱取5份試樣，同時在另一組樣品中加入與試樣含量接近的MgO標液進行加標回收實驗，結果如表四。由表四可知，用本方法測定高爐渣中MgO含量，加標回收率在98%-104%之間，表明本方法有較高的準確度。

2.9 方法評估

在最優(yōu)條件下分析該方法的線性范圍，檢出限(LOD)和重現(xiàn)性。該方法在氧化鎂含量 1-12% 范圍內呈線性關系，線性相關系數(shù)為0.9999，對高爐渣中MgO的檢出限在0.3%，可知該方法檢出限低，線性范圍寬。對三個高爐渣樣品進行檢測，連續(xù)測定6次，其RSD小于0.72%(表五)，表明該方法靈敏度高，重現(xiàn)性好。