紅外吸收光譜法測定硅鐵中硫含量

呂曉東（寧夏產品質量監督檢驗院）

硅鐵是以蘭炭、鋼屑和硅石為原料，在電爐中冶煉而成的鐵硅系合金。由于硅和氧的親和力很大，極易生成二氧化硅，所以硅鐵是煉鋼時常用的脫氧劑，同時由于SiO2生成熱較大，在脫去鋼水中氧的同時，也有利于提高鋼水的溫度。同時，硅鐵還可作為合金元素添加于各種彈簧鋼、耐熱鋼、軸承鋼、低合金結構鋼及電工硅鋼之中。

近年來，國際上受電能緊張和硅石匱乏的限制，世界硅鐵生產基地正逐漸向中國轉移。作為重要的硅鐵出口國，2007年，我國出口到日本、韓國、荷蘭、美國、比利時、印度、意大利及我國臺灣省的硅鐵總量達120.66萬噸。2010年全年中國硅鐵產量為5108710.38噸；2011年1-10月，全國硅鐵的產量達478萬噸，同比增長12.23%。

目前，國家標準中規定的硫的分析方法是色層分離硫酸鋇重量法測定硫量：GB/T4333.7-1984。在低硫情況下，硫酸鋇不易完全沉淀，檢測結果的重復性不好，復樣頻次高，檢測步驟繁瑣，檢測效率低，成本高，不能滿足日常檢驗中的需求。利用高頻燃燒紅外吸收法測定硅鐵樣品中的碳硫含量，試驗周期短，精密度高，準確度好，但目前國家標準中尚未收錄此類分析方法。本實驗室經過長時間的實驗，建立了高頻燃燒紅外吸收光譜法測定硅鐵中硫含量的方法，并摸索出一套最佳分析條件，供大家參考。

1 試驗部分

1.1 儀器

HCS-140高頻紅外碳硫分析儀（上海德凱儀器有限公司）。

坩堝為紅外分析儀專用坩堝；

鎢粒錫粒和純鐵等各種助劑空白值，ω碳＜0.0005%，ω硫＜0.0005%；

氣體：工業氧氣（純度≥99.95%）。

1.2 試驗方法

將瓷坩堝在l100℃溫度下灼燒3h，冷卻后貯存于干燥器中備用。打開儀器電源開關和高頻開關，預熱儀器，使設備處于正常穩定運行狀態，設置最優分析參數。清理燃燒爐內殘灰，視情形更換CO2和H2O吸附劑，打開氧氣開關，檢查燃燒爐及系統氣密性，確認正常后待用。

將處理好的坩堝放于天平上，稱取錫助熔劑0.2g，將天平清零后稱取試樣 (0.150±0.015)g于坩堝中，再秤取純鐵0.5g、鎢粒1.6g，均勻覆蓋于試樣上，于高頻紅外碳硫儀上進行分析。

2 測定條件

2.1 助熔劑配比

將錫、純鐵和鎢三種試劑單獨做為助熔劑，或采用錫+鎢、鐵+鎢、錫+鐵、錫+鐵+鎢4種組合方式為混合助熔劑，分別進行試驗。結果表明，三種試劑單獨做助熔劑時樣品熔融不完全或狀態差，易飛濺、板結，最大板流變化大，信號響應值低，吸收曲線鋸齒狀明顯。

采用錫+鎢、鐵+鎢和錫+鐵的組合為助熔劑時，樣品或信號值低，吸收曲線峰形差；或坩堝內壁及邊緣黑麻點多；或易飛濺、板結；錫+鐵的吸收曲線呈鋸齒狀。

采用錫+鐵+鎢的組合方式，則信號值高、數據重復性好，樣品熔融完全，表面平滑，無明顯飛濺，坩堝內壁較干凈，吸收曲線順滑，峰型好。

2.2 助熔劑加入量

當純鐵加入量一定時，粉塵隨混合助熔劑中錫含量減少而減少；實驗結果表明，當Fe加入量為 0.5g、Sn加入量為0.2g、W加入量為1.6g時，樣品熔融狀態好，釋放曲線狀態也好，測試結果的讀數與祥品含量接近，數據穩定。

2.3 助熔劑加入次序

當先加入錫粒于坩堝底部，再把樣品加在錫粒上，再依次加入純鐵和鎢粒時，測定數據重復性和再現性均較好。加入錫粒可以起到降低硅鐵樣品的熔點，加速燃燒及攪拌的作用；硅鐵電磁感性性低，加入導電導磁性能好的純鐵，可以使反應順利進行；鎢在通氧時于650℃開始氧化生成三氧化鎢，這一過程會釋放出大量的熱量，能顯著改變樣品的熔化特性，提高熔融物的熱容，并且三氧化鎢的生成有利于CO2和SO2的析出，同時三氧化鎢在850℃時顯著升華，增強碳和硫的擴散速率，使其充分氧化釋放，利于碳和硫的測定。純鐵和鎢粒覆蓋在試樣表面還能防止試樣燃燒時易飛濺的問題。

2.4 樣品稱量

根據以上確定的實驗條件，取已知硫含量的硅鐵標準樣品，分別稱取不同樣量進行比較分析。當稱取試樣＞0.4g時，樣品燃燒劇烈，坩堝內壁飛濺污染嚴重，有時甚至會造成石英管打火，測定結果誤差大；當稱取試樣量在0.2～0.3g時，測定結果重復性和再現性不好；當稱取試樣量＜0.10g時，由于稱樣誤差較大，造成實驗結果不穩定，波動較大。實驗結果表明，在樣品中硫含量＜0.010%時，稱樣量為0.15g時，測定結果較好。

2.5 分析時間與截止電平

選擇不同硫含量范圍的硅鐵樣品，根據上述確定的實驗條件進行測定，分析參數中的截止電平由1～10，分析時間由30～40s不同。實驗結果表明，本方法中分析時間為35s，截止電平為7時測試數據較好。

2.6 精密度試驗

表1 精密度試驗 （n=10，%）

表2 實際測試結果

3 試樣的分析

3.1 分析參數

分析前預吹氧時間15s，分析時間35s，截止電平為7。

3.2 實驗方法

在坩堝內先加入錫助熔劑0.2g，然后加入 （0.150±0.015）g試樣，再加入0.5g純鐵，最后加入鎢粒1.6g。將坩堝放在高頻燃燒爐支座上，升到燃燒位置，進行分析。每個試樣分析2～3次，取平均值報出結果。

4 結論

從以上結果可以看出，采用HCS-140型高頻紅外碳硫分析儀對硅鐵標準樣品中硫含量進行分析，實驗周期短，數據再現性好，測試誤差遠遠小于國家標準GB/T4333.7-1984中所規定的允許差0.0025%，能夠滿足企業日常檢驗的需要。

[1]GB/T4333.7-1984色層分離硫酸鋇重量法測定硫量

[2]馬小東，張長均.超低碳硫的在線分析 [J].冶金分析，2007,27（增刊）：40-43

[3]劉文玖，謝金璣.高頻紅外吸收法測定鐵礦石中總硫量[J].冶金分析，2002,22（4）：59-60