CN101349648B - 一种测定高钛高炉渣中微量元素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定高钛高炉渣中微量元素的方法，它包括以下步骤：(1)采用碱熔法对样品进行前处理，使样品完全转化为可溶盐，并配制成样品溶液；(2)配制不同浓度铁、锰、钒、磷的标准溶液；(3)在电感耦合等离子体原子发射光谱仪中分别测定不同浓度铁、锰、钒、磷的标准溶液中的钙的谱线强度，以元素的浓度为横坐标，谱线强度为纵坐标绘制工作曲线；(4)在步骤(3)相同条件下测定样品溶液中铁、锰、钒、磷谱线的强度，根据工作曲线计算确定各样品溶液中四种元素含量。本发明具有简便快速，试剂和样品的用量少，并且可以对多种元素同时进行测定的优点，缩短了分析时间，降低了检测成本。

Description

一种测定高钛高炉渣中微量元素的方法

技术领域

本发明涉及一种炼钢炉渣的化学分析方法，具体地说是一种测定高钛高炉渣中微量元素的方法。

背景技术

高炉渣是炼铁过程中产生的一种重要的产物，它的化学成分对于冶炼工艺的控制有着十分重要的指导作用。同时，高炉渣也是冶金行业中产生数量最多的一种废渣，目前我国高炉渣的年排放量约为8000万吨。高炉渣的大量堆放会浪费土地资源，而且会污染环境，影响钢铁工业的可持续发展。随着近年来人们环保意识的增强，对高炉渣的利用越来越广泛，现在它已作为原料被应用于水泥、混凝土、矿渣棉、玻璃的制造、此外日本政府还将其应用于掩埋海床，以减少近海中正磷酸盐和氮氧化合物的生成。而准确地获得其化学成份，正是对其进行合理有效的处理和利用的前提条件。

然而，对于高炉渣中的元素含量的分析，目前还没有相应的国家标准。以往对高炉渣的成分分析主要采用化学法，例如测定铁元素可采用HgCl₂法，溴-甲醇法，碘-甲醇法，CuSO₄₊法，FeCl₃法，H₂法等；测定钒采用高锰酸钾氧化-亚铁滴定法或钽试剂光度法；测定锰可采用亚砷酸钠-亚硝酸钠滴定法，硝酸铵氧化三价锰滴定法，高氯酸氧化滴定法，过硫酸铵氧化光度法，高碘酸钾氧化光度法；测磷可采用磷钼酸铵沉淀中和滴定法，铋磷钼蓝光度法，抗坏血酸还原磷钼蓝光法，磷钒钼黄光度法等。这些化学分析方法通常操作复杂，消耗的试剂和样品较多，且一次只能测定单一的元素，分析速度慢效率低，且灵敏度较低不适于痕量元素的分析。近年来，随着分析技术和试验设备的发展，一些仪器分析方法，例如X射线荧光光谱法，电感耦合等离子体原子发射光谱法等，也被尝试应用于高炉渣的成分分析，这使分析的速度和灵敏度有了较大提高，并且实现了多元素同时分析。

但对于钒钛磁铁矿的冶炼过程中产生的高钛高炉渣，其含钛量高，再加上炉渣中的硅、铝、钙、镁含量高，采用传统的酸溶法处理样品时，存在着样品分解不完全的问题，导致测量结果偏低，测量结果不准确。目前还没有一套完善快速的处理和分析样品的仪器分析方法。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供一种采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪同时测定高钛高炉渣中微量元素铁、锰、钒、磷的方法，以弥补现有分析测定方法的不足。

本发明的技术方案是这样实现的：它是采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪同时测定高钛高炉渣中微量元素的方法，它包括以下步骤：

(1)采用碱熔法对样品进行前处理，使样品完全转化为可溶盐类；

(2)用稀盐酸浸取，并加入硫酸抑制钛离子的水解，配制成样品溶液；

(3)配制不同浓度铁、锰、钒、磷的标准溶液；

(4)在电感耦合等离子体原子发射光谱仪中分别测定不同浓度铁、锰、钒、磷的标准溶液中的钙的谱线强度，以元素的浓度为横坐标，谱线强度为纵坐标，绘制工作曲线；

(5)在步骤(4)相同条件下测定样品溶液中铁、锰、钒、磷谱线的强度，根据工作曲线计算确定各样品溶液中四种元素含量。

试样中四种元素的百分含量按下式计算：

$x=\frac{c\×V}{m\×1\×{10}^6}\×100\%$

式中：x——试样中元素的含量，单位％；

c——试样溶液中元素的含量，单位微克每毫升；

V——试样溶液的体积，单位毫升；

m——每份试样称取样品的质量，单位克。

在电感耦合等离子体原子发射光谱仪测量过程中，选择Fe233.2nm、Mn 259.3nm、V 311.0nm、P 177.4nm谱线作为测量谱线，采用纯标准溶液建立的工作曲线进行测量。

所述的碱熔法是将样品，与硼酸和无水碳酸钠组成的熔剂混合后，在900℃-1100℃下灼烧10-20分钟，至样品完全溶解。其中硼酸和无水碳酸钠的质量比为1∶2。

为了避免元素铝、钙及镁对测量元素的干扰，采取基体匹配的方式建立工作曲线，即根据样品中的铝、钙和镁的含量在标准溶液中加入与样品含量匹配的铝、钙、镁，使标准溶液的组成与样品溶液基本一致。

本发明采用电感耦合等离子发射光谱法对高钛高炉渣中铁、锰、钒、磷四种元素，它具有准确、快速的特点。它解决了样品分解不完全，钛离子水解，所用试剂多导致测量时光谱背景高、谱线重叠等问题，消除了样品中主元素铝、钙、镁对测量结果的影响，实现高效快速准确测量高钛高炉渣中的四个元素。

综上所述本发明具有以下优点：

(1)采用碱熔法对样品进行前处理，方法操作简便，处理时间短，样品分解完全。

(2)浸取过程中，保持溶液为酸性并加入少量硫酸有效地抑制了钛离子的水解；

(3)采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪对溶液进行成份分析，铁、锰、钒、磷的测定一次完成；

(4)采用相应主元素的标准溶液打底绘制工作曲线，有效地克服了基体对待测元素的干扰；

(5)本法具有简便快速，试剂和样品的用量少，并且可以对多种元素同时进行测定的优点，缩短了分析时间，降低了检测成本。

附图说明

图1是元素Fe的工作曲线

图2是元素Mn的工作曲线

图3是元素V的工作曲线

图4是元素P的工作曲线

具体实施方式

实施例1：

1.使用仪器：

电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)，型号：TJA

2.使用试剂：

试验所用水为去离子水，化学试剂均为分析纯。

铁、锰、钒、磷、铝、钙、镁标准储备液：用国家标准试剂(GBW)，浓度均为1mg/mL。测定时采用试剂空白中加入一定量的铝、钙和镁标准溶液，再加入不同浓度测量元素的标准溶液，定容至250mL，得到混合标准溶液，其中铁的浓度依次为6.4、16、32、48μg/mL，锰的浓度依次为0.64、1.6、3.2、4.8μg/mL，钒的浓度依次为0.16、0.32、0.48、0.8μg/mL，磷的浓度依次为0.064、0.128、0.320、0.640μg/mL。

3.铁、锰、钒、磷工作曲线的绘制：

使用标准溶液，在表1仪器工作条件下测定，计算机自动绘制铁、锰、钒、磷工作曲线，见图1-4

表1光谱仪的工作条件

4.样品测定

将0.2000g高炉渣样品预先在105℃下干燥3小时，放在干燥器中冷却至室温；称取小于1克的样品，与硼酸和无水碳酸钠组成的熔剂混合后，在900℃-1100℃下灼烧10分钟，至样品完全溶解即可，其中硼酸和无水碳酸钠的摩尔比为1∶2；加入50mL去离子水，加入一定量的硫酸，再加入约20mL盐酸，继续加热，至盐类完全溶解；待溶液冷却，定容至250mL，配制成样品溶液。测定样品溶液中铁、锰、钒、磷谱线的强度，根据工作曲线计算确定各溶液中四种元素含量，结果见表2。

表2实验结果

元素	测定值(％)	平均值	RSD％
				Fe	2.532 2.551 2.540 2.545 2.536	2.541	0.29
Mn	0.356 0.350 0.351 0.354 0.352	0.353	0.68
				V	0.092 0.092 0.091 0.090 0.093	0.092	1.24
P	0.024 0.024 0.025 0.023 0.025	0.024	3.46

实验结果平行测定5次，铁、锰、钒相对标准偏差小于2％，磷由于含量低，相对偏差略大，总体结果准确。

实施例技术验证

检出限实验：用试剂空白溶液，连续测量钙的结果10次，结果见表3，

表3试剂空白溶液中钙的测量结果(ug/mL)

实验结果：分析测试中溶液浓度为微克每毫升(ug/mL)，计算时保留小数点后1位有效数字，根据表3中的空白溶液的3倍标准偏差，折算成样品中铁的检出限为2.1ug/g，锰的检出限为2.0ug/g，钒的检出限为20.0ug/g，磷的检出限为12.0ug/g。

回收试验：

在含钛高炉渣标准样品(YSBC19805-76攀枝花钢铁公司生产)中加入检出限的铁、锰、钒及磷的标准溶液，按样品分析步骤操作，进行回收试验，测量结果见表4。

表4标准样品加标回收实验(％)

实验结果：回收率范围：Fe 95.6％～105.7％、Mn 96％～105％、V 97％～105％、P 99.6％～103.4％，满足检测需要。

重现性实验：采用含钛高炉渣标准样品(YSBC19805-76攀枝花钢铁公司生产)进行9次平行测量，因样品中的磷含量太低，在样品中加入了相当于0.05％磷量的标准溶液。测量结果、标准偏差及相对标准偏差(RSD)见表5。

表5重现性实验结果(％)

实验结果：平行测量含铁、锰、钒及磷的溶液9次，相对标准偏差在0.91％～1.93％，均小于2％，测量误差很小，测量结果准确。

Claims (1)

1.一种测定高钛高炉渣中微量元素的方法，它是采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪同时测定高钛高炉渣中微量元素的方法，它包括以下步骤：

(1)采用碱熔法将样品，与硼酸和无水碳酸钠组成的熔剂混合后，在900℃-1100℃下灼烧10-20分钟，至样品完全溶解，使样品完全转化为可溶盐类，其中硼酸和无水碳酸钠的摩尔比为1∶2；

(2)用稀盐酸浸取，并加入硫酸抑制钛离子的水解，配制成样品溶液；

(3)配制不同浓度铁、锰、钒、磷的标准溶液；

(4)采取基体匹配的方式建立工作曲线，即根据样品中的铝、钙和镁的含量在标准溶液中加入与样品含量匹配的铝、钙、镁，使标准溶液的组成与样品溶液基本一致；

(5)在电感耦合等离子体原子发射光谱仪中分别测定不同浓度铁、锰、钒、磷的标准溶液中的钙的谱线强度，以元素的浓度为横坐标，谱线强度为纵坐标，绘制工作曲线；

(6)在步骤(5)相同条件下测定样品溶液中铁、锰、钒、磷谱线的强度，根据工作曲线计算确定各样品溶液中四种元素含量；

试样中四种元素的百分含量按下式计算：

$x=\frac{c\×V}{m\×1{\×10}^6}\×100\%$

式中：x——试样中元素的含量，单位％；

      c——试样溶液中元素的含量，单位微克每毫升；

      V——试样溶液的体积，单位毫升；

      m——每份试样称取样品的质量，单位克；

在电感耦合等离子体原子发射光谱仪测量过程中，选择Fe233.2nm、Mn 259.3nm、V 311.0nm、P 177.4nm谱线作为测量谱线，采用纯标准溶液建立的工作曲线进行测量。

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