CN113533307A

CN113533307A - 一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法

Info

Publication number: CN113533307A
Application number: CN202110647138.0A
Authority: CN
Inventors: 薛玉兰; 刘钢耀; 战丽君
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2021-10-22

Abstract

本发明公开了一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法，通过高温灼烧除去试样中的碳、硫，再利用微波消解试样，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法可以同时对钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌等十元素准确、快速测定，相应减少了药品、人工的使用、降低仪器运行费用，从而提高了检测效率降低分析成本，为科研和生产提供快捷、有力的数据支持。

Description

一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法

技术领域

本发明涉及冶金分析技术领域，尤其涉及一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法。

背景技术

经查阅标准文献资料，目前对高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、钛、锰、钾、钠、铅、锌等十元素含量的测定没有标准分析方法。我们日常检测高炉除尘灰中的钾、钠、铜、铅、锌是引用渣中元素检测方法—火焰原子吸收分光光度法；检测高炉除尘灰中钙、镁、铝、锰、钛是引用渣中元素检测方法—利用XRF-1800荧光光谱仪测定各元素含量。因此需要两台仪器、两种检测方法才能检测出十元素的含量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法，通过高温灼烧除去试样中的碳、硫，再利用微波消解试样，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法可以同时对钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌等十元素准确、快速测定，相应减少了药品、人工的使用、降低仪器运行费用，从而提高了检测效率降低分析成本，为科研和生产提供快捷、有力的数据支持。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法，包括：

称取高炉除尘灰试样于瓷舟中，放入600-800℃马弗炉中，灼烧时炉门稍微开启保持有空气进入，灼烧1-6分钟除去碳、硫，取出瓷舟，稍冷后将试样转移至微波消解罐中，先用水洗瓶加入少量水润湿，然后加王水，按照微波消解仪的操作规程盖上密封盖后放入微波消解仪中，连接好温度传感器，根据压力容器个数，按微波消解条件设定反应方法并进行微波消解，消解完成后取出消解罐，将消解液移入塑料容量瓶中，以纯水定容后采用等离子体原子发射光谱仪进行测定；

随同试样进行空白试验，用高纯铁代替试样进行试验，确保与待测试样中铁含量一致；

混合标准溶液绘制工作曲线，在含有与试样量相同铁基体的100ml系列塑料容量瓶中，根据试样中各待测元素大致含量分别加入有梯度含量的待测元素标准溶液，制成相应含量范围标准溶液工作曲线，混合标准溶液环境应与样品溶液匹配；

标准样品绘制工作曲线，根据样品中各待测元素的含量，选择3～4个(铁基含量与试样接近的)铁矿石标准物质制作标准样品工作曲线，标准样品的溶解方法与试样相同；

将校准曲线溶液由低到高、空白溶液和铁矿石标准物质或加标回收样品溶液、试样溶液引入电感耦合等离子发射光谱仪测定待测元素信号强度，以待测元素信号强度为纵坐标，离子质量百分数为横坐标，绘制校准溶液工作曲线，由已知质量百分数的校准曲线求出待测元素的质量百分数；

结果计算公式如下：

W_{(被测组分)}＝W_i-W₀

式中：W_{(被测组分)}为分析物中待测元素的含量，质量分数；

W_i为试样溶液中待测元素含量，质量百分数；

W₀为空白溶液中待测元素含量，质量分数。

进一步的，所述微波消解仪采用MARS微波消解仪，压力容器型号为XP1500。

进一步的，检测范围为：Ca％：0.100％～10.00％；Mg％：0.050％～5.00％；Cu％：0.001％～3.00％；Al％：0.020％～5.00％；Mn％：0.020％～3.00％；Ti％：0.010％～1.50％；K：0.010～20.00％；Na：0.010～20.00％；Pb：0.100～10.00％；Zn：0.005％～10.00％。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

1)以高纯铁作为打底基体，用混合标准溶液配制与样品溶液匹配的校准溶液工作曲线；或选择3～4个(铁基含量与试样接近的)铁矿石标准样品制作标准样品工作曲线，这两种配制工作曲线的方法均可以消除基体元素干扰。实际检测中可根据试样含量的高低选择其中一种绘制工作曲线，曲线线性范围较宽，曲线范围基本涵盖了除尘灰中各元素的含量范围，当试样含量高时也不需要稀释试液，可以同时测量十个元素含量，因而测量时间较短，测量结果准确、可靠。

2)将试样置于600～800℃马弗炉中灼烧除去碳、硫后，加王水微波消解，达到分解完全的目的；所用试剂取自同一试剂瓶，加入同等的量，尤其对钠、锌等元素的易污染得到有效的控制。给出了各元素的测定范围，基本上涵盖了日常来样除尘灰中各元素的含量范围。

3)本发明方法采用ICP-AES法同时、准确、快速测定高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌等十元素。加标回收率在95.4～104.2％，精密度RSD最高为4.84％，完全可以为科研和生产提供有力、可靠的数据支持。

具体实施方式

一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法，具体过程如下：

1方法提要

于马弗炉中灼烧除去试样中的碳、硫，再加王水微波消解，采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定。

2主要仪器及工作参数

2.1 OPTIMA5300DV电感耦合等离子体光谱仪(美国PE公司生产)。仪器工作参数：见表1。

表1工作参数

2.2MARS微波消解仪(美国CEM公司生产)，压力容器型号：XP1500。

3试剂与标准溶液

除非另有说明，在分析中仅使用优级纯的试剂和符合GB/T6682规定的二级及以上纯水。

3.1高纯铁，纯度>99.99。

3.2盐酸，ρ约1.19g/mL。

3.3硝酸，ρ约1.42g/mL。

3.4王水，盐酸+硝酸＝3+1，现配。

3.5钙标准溶液，1000μg/mL(介质5％HCl)，国家标准溶液。

3.6镁标准溶液，1000μg/mL(介质5％HCl)，国家标准溶液。

3.7铜标准溶液，1000μg/mL(介质1％HNO₃)，国家标准溶液。

3.8铝标准溶液，1000μg/mL(介质10％HCl)，国家标准溶液。

3.9锰标准溶液，1000μg/mL(介质10％HNO₃)，国家标准溶液。

3.10钛标准溶液，1000μg/mL(介质10％HNO3+2％HF)，国家标准溶液。

3.11钾标准溶液，1000μg/mL(介质H₂O)，国家标准溶液。

3.12钠标准溶液，1000μg/mL(介质H₂O)，国家标准溶液。

3.13铅标准溶液，1000μg/mL(介质10％HNO₃)，国家标准溶液。

3.14锌标准溶液，1000μg/mL(介质10％HCl)，国家标准溶液。

4分析步骤

4.1试样溶液的制备

称取高炉除尘灰试样0.1000g于瓷舟中，放入600～800℃马弗炉中，灼烧时炉门稍微开启保持有空气进入，灼烧1～6分钟除去碳、硫，取出瓷舟，稍冷后将试样转移至微波消解罐中，先用水洗瓶加入少量水润湿，然后加10.00mL王水(3.4)，按照微波消解仪的操作规程盖上密封盖后放入微波消解仪中，连接好温度传感器(温度探头必须全部***液面下方)，根据压力容器个数(CEM仪器可自动调节功率，但在设定方法时仍应注意功率平台与容器数目的匹配关系)，按表2微波消解条件设定反应方法并进行微波消解，消解完成后取出消解罐，将消解液移入100mL塑料容量瓶中，以纯水定容后采用等离子体原子发射光谱仪进行测定。

表2微波消解试样最佳工作条件

4.2空白试验和验证试验

随同试样进行空白试验，用高纯铁(3.1)代替试样进行试验，确保与待测试样中铁含量一致。因没有高炉除尘灰标准物质，可以选择铁矿石标准物质等同代替高炉除尘灰随同试样进行，或者采取加标回收试验来验证方法的正确性。所用试剂应取自同一试剂瓶，加入同等的量(空白和含碳、硫低的样品不必灼烧)。

4.3测定

4.3.1校准曲线

4.3.1.1混合标准溶液绘制工作曲线

在含有与试样量相同铁基体的100ml系列塑料容量瓶中，根据试样中各待测元素大致含量分别加入有梯度含量的待测元素标准溶液，制成相应含量范围标准溶液工作曲线，混合标准溶液环境应与样品溶液匹配。

4.3.1.2标准样品绘制工作曲线

根据样品中各待测元素的含量，选择3～4个(铁基含量与试样接近的)铁矿石标准物质制作标准样品工作曲线，标准样品的溶解方法与试样相同(含碳、硫低的样品不必灼烧)。

4.3.2测量

参照表1工作参数调制仪器条件，选Ca 317.933、Mg 285.213、Cu 324.754、Al396.153、Mn 257.610、Ti 334.941、K 766.490nm、Na 589.592nm、Pb 220.353nm、、Zn202.548nm作为各元素的分析线，将校准曲线溶液(4.3.1.1或4.3.1.2)由低到高、空白溶液和铁矿石标准物质或加标回收样品溶液(4.2)、试样溶液(4.1)引入电感耦合等离子发射光谱仪测定待测元素信号强度，以待测元素信号强度为纵坐标，离子质量百分数为横坐标，绘制校准溶液工作曲线，由已知质量百分数的校准曲线求出待测元素的质量百分数。

4.4结果计算

4.4.1结果表示

W_{(被测组分)}＝W_i-W₀

W_i为试样溶液中待测元素含量，质量百分数；

W₀为空白溶液中待测元素含量，质量分数。

4.4.2氧化物换算系数

元素浓度和氧化物浓度的换算系数如表3所示。

5共存元素干扰和分析谱线的选择

取钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌等十元素的多条分析谱线，对均为10μg/mL的十元素标液分别进行扫描，考察共存元素的相互干扰情况，从中选择同一元素的几条可供选择的分析线，选择干扰少、信背比高的作为最佳分析谱线。由实验结果可知，所选谱线信号强，干扰少，背景简单，完全能够满足测试要求。

在0、1、2、3mg/mL的四种铁基溶液中分别加入均为10μg/mL的钙、镁、铝、钛几种元素标液，在选定的工作条件下分别测定。实验表明，随着铁基浓度的增大，各个元素分析谱线的强度比也增大，说明铁基体对待测元素有一定的干扰，因此在配制校准溶液时可加入等量的高纯铁粉来模拟实际样品成份组成，以此来抵消由基体元素引起的光谱干扰以及由试样提取、雾化而引起的物理干扰，同时可利用仪器所具有的背景校正功能，消除试剂空白、杂散光引起的背景干扰。

6分析方法精密度

按照分析步骤4对同一试样平行测定7次，其相对标准偏差见表4。

表3转换元素含量为氧化物含量系数

元素	氧化物	转换系数
			Ca	CaO	1.3992
Mg	MgO	1.6583
			Cu	CuO	1.2518
Al	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	1.8895
			Mn	MnO	1.2912
Ti	TiO<sub>2</sub>	1.6683
			K	K<sub>2</sub>O	1.2046
Na	Na<sub>2</sub>O	1.3480
			Pb	PbO	1.0772
Zn	ZnO	1.2447

表4分析方法精密度(n＝7)

元素	Ca	Mg	Cu	Al	Mn	Ti	K	Na	Pb	Zn
											RSD	1.82	0.88	0.86	0.79	1.03	1.43	4.84	4.68	3.44	1.56

由表4数据可知，同一试样平行测定7次的相对标准偏差RSD最高为4.84％，均小于5％，说明本发明方法有较高的精密度。

7回收率实验

在已知值的试样中分别加入一定量各元素标准溶液，按本发明方法测定，计算回收率，见表5。

表5加标回收实验

由表5可知，采用本发明方法的加标回收率在95.4～104.2％之间，因而本发明方法有较好的正确度。

8结论

由精密度实验数据可知，对同一试样测量7次的各元素相对标准偏差RSD最高为4.84％，均小于5％，说明本发明有较高的精密度。由回收率实验数据可知，加标回收率在95.4～104.2％之间，因而本发明方法有较好的正确度。所以，本发明方法能同时、准确测定高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌等十元素含量。

9允许差

高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌等十元素的允许差见表6。

表6允许差

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法，其特征在于，包括：

结果计算公式如下：

W_{(被测组分)}＝W_i-W₀

W_i为试样溶液中待测元素含量，质量百分数；

W₀为空白溶液中待测元素含量，质量分数。

2.根据权利要求1所述的高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法，其特征在于，所述微波消解仪采用MARS微波消解仪，压力容器型号为XP1500。

3.根据权利要求1所述的高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法，其特征在于，检测范围为：Ca％：0.100％～10.00％；Mg％：0.050％～5.00％；Cu％：0.001％～3.00％；Al％：0.020％～5.00％；Mn％：0.020％～3.00％；Ti％：0.010％～1.50％；K：0.010～20.00％；Na：0.010～20.00％；Pb：0.100～10.00％；Zn：0.005％～10.00％。