電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鈮鐵中鈮鈦鉭硅鋁磷

蘇 彬 王學(xué)云 王麗君 周永豪 曹戰(zhàn)釗 單 強(qiáng)

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限公司)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鈮鐵中鈮鈦鉭硅鋁磷

蘇 彬 王學(xué)云 王麗君 周永豪 曹戰(zhàn)釗 單 強(qiáng)

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限公司)

60 ℃溫度下用硝酸和氫氟酸溶解試樣，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)同時(shí)測(cè)定鈮鐵中鈮、鈦、鉭、硅、鋁、磷。本方法使用鈮鐵標(biāo)樣打底，加入適量標(biāo)準(zhǔn)系列溶液建立校準(zhǔn)曲線，消除了基體元素對(duì)被測(cè)元素的影響，同時(shí)克服了被測(cè)元素落在校準(zhǔn)曲線線性范圍之外的問(wèn)題。樣品中高含量的鈮采用高精密度測(cè)量法，提高了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES) 鈮鐵

0 前言

近年來(lái)，鈮鐵的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，冶金行業(yè)主要用來(lái)冶煉含鈮鋼。鈮鐵的添加可以增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度、韌性和抗腐蝕性，有效改善鋼的焊接性能。因此鈮合金在煉鋼生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

檢測(cè)鈮鐵的化學(xué)成分，用現(xiàn)行國(guó)標(biāo)的化學(xué)分析方法分析鈮鐵中鈮、鈦、鉭、硅、鋁、磷，消耗試劑多、操作過(guò)程繁瑣，周期較長(zhǎng)，很難滿足煉鋼需求。本法建立了用硝酸和氫氟酸溶樣，使鈮和硅以穩(wěn)定可溶性絡(luò)合物形態(tài)存在，利用耐氫氟酸系統(tǒng)以ICP-AES法測(cè)定鈮鐵中鈮、鈦、鉭、硅、鋁、磷的分析方法。結(jié)果表明，該方法能有效的檢測(cè)鈮鐵中多種元素，測(cè)定誤差在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許差范圍[1-5]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

(1)儀器：Thermo iCAP7400型全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀和配耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)。

(2)工作條件：高頻發(fā)射功率為1 350W,輔助氣為氬氣，流量為0.5 L·min-1,霧化器氣體流量為0.70 L·min-1，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為50 r·min-1,觀測(cè)高度為12.0 mm,測(cè)定積分時(shí)間為30 s。

1.2 主要試劑

硝酸：(ρ=1.42 g/mL)；

氫氟酸：(ρ=1.15 g/mL)；

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，水為去離子水；

鈮、鈦、鉭、硅、鋁、磷標(biāo)準(zhǔn)溶液(鋼鐵研究總院)：1 000 μg/mL。

2 條件試驗(yàn)

2.1 溶樣酸用量對(duì)試樣溶解的影響和氫氟酸的作用

鈮鐵不能溶解在單一的硝酸中，因此用硝酸與氫氟酸溶解鈮鐵樣品。氫氟酸能有效溶解試樣中的硅，形成四氟化硅。當(dāng)溶樣溫度≤60 ℃時(shí)，四氟化硅不易逸出，可避免測(cè)定結(jié)果偏低。同時(shí)當(dāng)用酸分解試樣時(shí)，鈮極易水解析出沉淀，但在氫氟酸體系中鈮能以穩(wěn)定可溶性絡(luò)合物形態(tài)存在[6]，使分析結(jié)果穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

在氫氟酸與硝酸的混合酸中，改變氫氟酸的用量，同時(shí)分析6個(gè)相同鈮鐵樣品，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 氫氟酸用量對(duì)樣品結(jié)果影響

從表1可以看出，加1 mL氫氟酸，經(jīng)過(guò)20 min的時(shí)間，樣品仍不能完全溶解，而加入5 mL、6 mL氫氟酸時(shí)，樣品在10 min左右反應(yīng)完全。為避免溶解樣品時(shí)間太長(zhǎng)，氫氟酸的用量選取5 mL。因此第5組為最佳混合酸用量。

2.2 譜線選擇

分別配制質(zhì)量濃度10 μg/mL的Nb、Ti、Ta、Si、Al、P單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，從譜線庫(kù)中每個(gè)元素選擇兩條譜線，用等離子體原子發(fā)射光譜儀分別在被測(cè)元素的分析線波長(zhǎng)處掃描待測(cè)元素背景信號(hào)強(qiáng)度值，各元素之間無(wú)干擾。從中選擇靈敏度高、背景低、干擾小、強(qiáng)度高的譜線為最佳分析譜線，見(jiàn)表2。

表2 元素的最佳分析譜線

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

現(xiàn)有鈮鐵標(biāo)樣元素?zé)o法覆蓋日常分析樣品中被測(cè)元素的含量范圍。為了消除基體對(duì)待測(cè)元素的影響，實(shí)驗(yàn)中采用鈮鐵標(biāo)樣打底，加入被測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)系列，配制校準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用該標(biāo)準(zhǔn)系列溶液繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，并能根據(jù)試樣中被測(cè)元素的含量變化靈活地調(diào)節(jié)曲線的線性范圍，結(jié)果見(jiàn)表3。

2.4 高含量元素鈮的測(cè)定

鈮是鈮鐵中的主要元素，為提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，

表3 校準(zhǔn)曲線的線性方程、相關(guān)系數(shù)及線性范圍

采用高精密度測(cè)量法[7]，即在初步測(cè)定試樣的鈮含量后，在鈮含量上下約1.0%處加校準(zhǔn)點(diǎn)，反復(fù)校準(zhǔn)和測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 高精密度測(cè)量法與常規(guī)測(cè)量方法對(duì)比

從表4可以看出，對(duì)于高含量鈮的測(cè)定，高精密度測(cè)量法比校準(zhǔn)曲線法準(zhǔn)確度高。

2.5 精密度和準(zhǔn)確度

為了考察測(cè)定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度，按實(shí)驗(yàn)方法及選定的條件對(duì)鈮鐵標(biāo)樣(YSBC28635-2012)中各元素進(jìn)行10次測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出，該鈮鐵標(biāo)樣中Nb、Ti、Ta、Si、Al、P測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

表3 非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表4 效益測(cè)算

從表4可以看出，成本降低9.18 元/t，板坯鋁鎮(zhèn)靜年產(chǎn)量約150萬(wàn)t，可降低成本約1 377萬(wàn)元/年。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)LF生產(chǎn)工藝優(yōu)化的實(shí)踐，確定了合理的LF爐渣組分、低熔點(diǎn)以及具有良好流動(dòng)性的精煉渣。

(2)通過(guò)LF造渣工藝的優(yōu)化，降低了鋼水中夾雜物的含量，從而使鋼水的純凈度得到了提高。

(3)成分硅含量得到了有效控制，成分合格率達(dá)到100%。

(4)通過(guò)工藝的優(yōu)化，降低了造渣物料的消耗，從而降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 俞海明.電爐鋼水的爐外精煉技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2010:29-30.

[2] 陳家祥.鋼鐵冶金學(xué)[M].北京: 冶金工業(yè)出版社，1990：59-60.

[3] 黃稀枯.鋼鐵冶金原理[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1990:201-202.

[4] 李獻(xiàn)忠，汪菊華. LF精煉渣系的分析與應(yīng)用[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社，2010：1-2.

DETECTION OF NIOBIUM, TITANIUM, TANTALUM, SILICON, ALUMINIUM AND PHOSPHORUS IN FERRONIOBIUM BY INDUCTIVELY COUPLED PLASMA ATOMIC EMISSION SPECTROMETRY

Su Bin Wang Xueyun Wang Lijun Zhou Yonghao Cao Zhanzhao Shan Qiang

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

At 60 ℃, with nitric acid - hydrofluoric acid dissolving sample, a method to determine Nb, Ti, Ta, Si, Al and P in ferroniobium was established by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry ( ICP-AES). This method can ensure high recognition rate and remove the disturbing factor in the solution.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry ( ICP-AES) ferroniobium

，工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限公司質(zhì)量檢測(cè)處化學(xué)室；

2017—2—19