ICP-AES法在合金分析中的应用

杨宗强（天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北涉县 056404）

ICP-AES法在合金分析中的应用

杨宗强（天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北涉县 056404）

介绍了应用ICP-AES法对硅铝钡合金中的硅、铝、钡元素成分进行分析的情况。硅铝钡合金试样的前期处理方法是，用氢氧化钾和过氧化钠对试样进行高温熔融，用盐酸进行溶解，然后定容，待测。与化学法比较，ICP-AES法操作步骤简单，分析结果准确，分析速度快，能够满足生产的需要。

硅 铝 钡 元素 合金 试验 溶样 分析

1 前言

硅铝钡合金是由硅、铝、钡及铁元素组成的多元素复合铁合金品种，属于复合脱氧剂系列。硅铝钡合金可以替代纯铝作为脱氧剂，降低炼钢生产成本。同时，硅和铝的脱氧产物形成复合夹杂物，容易从钢液中排除，从而可以生产出纯度较高、质量较好的优质钢。钡能提高钢的变形稳定性，减少夹杂物数量，因此硅铝钡合金在炼钢工业中得到大量的应用[1]。天铁对硅铝钡合金的用量很大，采用的分析方法是化学分析方法，对硅元素的分析采用的是硅钼蓝光度法，对铝元素的分析采用的是EDTA滴定法，对钡元素的分析采用的是重量法，该方法分析步骤繁琐，分析时间长（分析一个试样要两天的时间），操作人员的劳动强度大，人为误差大，不能满足快速生产对分析检验工作的要求。ICP-AES法的特点是检出限低，分析结果准确，操作步骤简单，分析速度快，可多元素同时分析。为了满足天铁降成本，快速分析的要求，应用ICPAES法对硅铝钡合金中的硅、铝、钡元素成分进行分析，进行了如下试验，对硅铝钡合金的溶样方法进行了试验；对氢氧化钾、过氧化钠、盐酸的用量进行了试验；进行了加标回收试验；与化学法进行了对比试验。

2 实验部分

2.1 主要仪器条件

全谱直读等离子体原子发射光谱仪：ICAP6300（美国热电公司）；

垂直观测高度：15 mm；

RF功率：1 150 W；

辅助气流量：0.5 L/min；

分析泵速：50 r/min；

冲洗泵速：100 r/min；

冲洗时间：30 s；

最大积分时间：短波范围15 s，长波范围5 s。

2.2 试剂和器皿

氩气:体积分数99.995%；

盐酸（1+1）；

氢氧化钾（分析纯）；

过氧化钠（分析纯）；

硅铝钡合金标准样品（国家标准参考物质）；

硅元素标准溶液；

铝元素标准溶液；

钡元素标准溶液；

银坩埚。

2.3 实验方法

称取0.100 0 g样品于银坩埚中，加入1.500 0 g氢氧化钾，5 ml去离子水，放在电热板上低温溶解蒸干，再加入1.000 0 g过氧化钠放在电炉子上蒸黄使其溶解，再放入马弗炉（650℃）中熔融10 min，在400 ml烧杯中热水浸取，加盐酸（1+1）60 ml煮沸，再定容500 ml容量瓶中，最后抽取10 ml溶液定容于100 ml容量瓶中，待测。

3 试验过程

3.1 溶样方法

用ICP光谱仪分析合金试样，关键的分析步骤是对试样的溶解，分析结果是否准确决定因素也是试样的溶解。对于硅铝钡合金的溶样方法有多种，有微波消解仪消解法、酸溶法和碱熔法，分别对这三种方法进行了试验。

微波消解仪消解法：天铁使用的硅铝钡合金的硅元素含量大约为20%，用微波消解仪进行溶样时，出现硅酸沉淀，分析结果偏低。因此，使用微波消解仪消解法不适用于硅元素的分析。

酸溶法：试验过程中加入氢氟酸（不加氢氟酸，不能完全溶解，底部有沉淀），化学反应比较剧烈，温度比较高，部分硅元素生成SiF4气体挥发掉，使硅元素分析结果偏低，此方法不适用于硅元素的分析。

碱熔法：用氢氧化钾和少量的去离子水在电热板上低温溶解蒸干，再加入过氧化钠在电热板上蒸黄溶解，再放入马弗炉（650℃）中熔融10 min，最后用盐酸进行溶解，取得了很好的效果，溶解完全，溶液澄清。试验过程中氢氧化钾和过氧化钠对镍坩埚的腐蚀性太强，镍坩埚使用寿命短。由于氢氧化钾和过氧化钠对银坩埚腐蚀性不强，银坩埚使用寿命较长，所以试验选用银坩埚。需要注意的是，在电热板上加热时，一定要控制好温度，以免引起喷溅，造成分析结果偏低。

3.2 熔剂和酸用量的选择

对熔样来说，熔剂的用量越大熔样的效果越好，但对ICP光谱仪则不一样，ICP光谱仪要求盐含量越少越好，熔剂用量越少越好。试验结果表明，当熔样时间为10 min，氢氧化钾用量为1.500 0 g，过氧化钠用量为1.000 0 g时，试样能够溶解完全；但当氢氧化钾用量小于1.500 0 g或过氧化钠用量小于1.000 0 g时，熔样时间为10 min或更长时间，试样溶解不完全。故将熔样时间定为10 min，氢氧化钾用量定为：1.500 0 g，过氧化钠用量定为：1.000 0 g。

ICP光谱仪进样系统管路非常细，对盐含量和酸都有非常严格的要求，盐含量不能大于2%，对酸来说，分子量越小，粘度越低，对进样越有利。比较几种常用酸：硫酸，高氯酸分子量大，粘度大，不利于进样，一般不使用；氢氟酸，分子量小，粘度低，但对进样系统有腐蚀性，一般也不使用；硝酸和盐酸分子量都不大，粘度低，有利于进样，都适用于中和酸，盐酸分子量更小，为最佳选择，故本试验选择盐酸为中和酸。经过多次试验，当加入55 ml盐酸（1+1），溶液浑浊，加入60 ml盐酸（1+1），溶液澄清，分析数据稳定，故选择盐酸（1+1）的用量为：60 ml。

3.3 分析谱线的选择

硅铝钡合金中，硅元素含量约为20%，铝元素含量约为35%，钡元素含量约为7%,铁元素含量约为20%-30%，还有少量的钙和锰。元素含量高，在选择分析谱线时，一般不选择最强灵敏线，而选择次灵敏线，同时样品中铁元素含量比较高，排除分析谱线干扰，主要是指排除铁元素的干扰和硅、铝、钡元素之间的相互干扰。

对硅元素选择3条谱线，波长分别是198.898（470），212.412（459），288.158（117），对铝元素选择3条谱线，波长分别是185.580（482），237.312（142），309.271（109），对钡元素选择3条谱线，波长分别是225.473（），（），（），通过比较，选择信背比大、峰形好、铁元素干扰小，分析元素之间相互干扰小，分析数据稳定性好的3条谱线为分析谱线。结果见表1。

表1 各被测元素的分析谱线

3.4 工作曲线

对工作曲线的绘制用标准物质YSB14609-2001，YSB14608-2001，YSB14607-2001，采用与试样相同的处理方法，同时按相同步骤制取空白试样，测定后扣除空白后绘制工作曲线。

4 准确度试验

4.1 加标回收率试验

为了进一步考查各元素之间的相互干扰情况，验证本方法的测量准确性，进行加标回收率的试验。按实验方法对标样YSB14608-2001进行溶样，然后进行加标回收试验，最后计算各元素的回收率，结果见表2。

表2 回收率试验结果

由表2可知，各元素成分的回收率达98%～103%，说明试样溶液体系中共存元素的影响可忽略，本法测量结果准确。

4.2 精密度试验

对同一样品重复熔样，测量11次，结果见表3。

表3 方法精密度试验结果

从以上数据可知，本方法的相对标准偏差小于0.7%。

4.3 未知样品的对比分析

本法对未知样品进行测定，与化学法进行比较，测定结果见表。

表4 未知样品对比分析结果w(%)

5 结论

5.1 经过较长时间与化学法对比实验，分析数据比较稳定，分析误差均小于0.10%，均在国标允许误差范围之内。

5.2 本法操作步骤比较简单，三种元素同时出分析结果，分析速度快，分析结果准确，降低了操作人员的劳动强度，能满足天铁降成本、快速生产的需要。

[1]许传才.铁合金冶炼工艺学[M].北京：冶金工业出版社，2008：102-103.

Application of ICP-AES Method to Alloy Analysis

Yang Zongqiang

The paper explains the analysis on silicon,aluminum and barium in Si-Al-Ba alloy by ICP-AES method. The pretreatment of the sample is to melt it with potassium hydrate and sodium peroxide under high temperature,dissolve it with hydrochloric acid,and then dilute to volume for measurement.Compared with chemical method,ICP-AES method meets the production requirement with easy operation,accurate results and fast speed.

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（收稿 2011-03-27责编赵实鸣）

杨宗强，男，2001年7月毕业于安徽工业大学化工工艺（精细化工）专业，工程师，现在天津天铁冶金集团技术中心从事质量管理工作。