ICP-AES法测定高炉渣中氧化镁分析方法研究

2019-03-14荚江霞

安徽冶金科技职业学院学报 2019年1期

张洁,刘文,荚江霞

(马钢股份公司技术中心安徽马鞍山 243000)

高炉渣是在高炉炼铁过程中，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂(一般是石灰石)中的非挥发组分形成的固体废物。主要含有钙、硅、铝、镁、铁的氧化物和少量硫化物。高炉渣的各种理化性能与高炉渣的组成成分密切相关，为了保证高炉渣的性能稳定，要对高炉渣中多种氧化物含量进行测定[1]。同时快速、准确地测定其含量是保证高炉生铁质量和冶炼过程各项技术指标的关键[2]。

目前，大部分冶金企业还是采用湿法对高炉渣各成分进行检测[3]。高炉渣中氧化镁含量较低，对于低于5%的低含量氧化镁分析，采用化学湿法分析，滴定法误差较大，存在试样滴定度较大，复验超差的情况。所以近些年来，我们开始采用仪器方法来测定高炉渣中氧化镁[4]-[5]。

本研究提出了用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES) 快速、准确测定高炉渣中氧化镁的含量。

1 实验部分

1.1 主要药品与试剂

快熔剂(硼酸:碳酸钠=1:2)，盐酸(1+1)，硝酸，氢氟酸，高氯酸，镁标准储备液(1 mg/mL)，标样YSBC15803-2003，72105。

1.2 仪器与工作参数

ICP-AES(prodigy 5303)

表1 仪器工作参数

1.3 实验方法

试样称好加入铂坩埚中，加3 g快熔剂，混合均匀，在表面覆盖一层快熔剂，放入马弗炉中在1000℃下高温熔解30 min，取出后加盐酸和水将试样从铂坩埚脱出，煮沸，冷却转移至200 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，ICP上机检测。

2 结果与讨论

2.1 称样量

称样量影响仪器的测量强度，每台仪器都有自己的最佳测量范围。称样量过高时，强度太高，仪器无法显示出结果。我们使用两种标样YSBC15803-2003(MgO=5.61%)和72105 (MgO=10.45%)作为试样进行试验，结果如图一所示。根据图一可知，称样量在0.1 g时，测定结果最优，过低时未达仪器最优范围，过高时结果仪器测定结果反而降低。所以在本方法中，称样量为0.1 g。

2.2 熔样方法

化学熔样一般分酸熔或者碱熔，酸熔是指在酸性条件下，加酸溶解试样(试样加盐酸 5 mL，硝酸 3 mL，氢氟酸 5 mL，高氯酸 5 mL，在高温下冒烟熔解试样)，碱熔是指加快熔剂，在碱性条件下熔解试样(试样加快熔剂在1000 ℃下熔解30 min)，结果如表一所示。根据表一可知，碱熔熔样完全，结果更可靠，所以采用碱熔的方法。

表1 熔样方法对MgO测定结果的影响

2.3 快熔剂使用量

快熔剂影响溶液的碱性，ICP耐碱性不高，所以快熔剂量不宜过多，在快熔剂量为1-4 g进行考察，根据图表结果可知，快熔剂为3 g时即可完全熔样，加入量再多对结果没有什么影响，考虑到ICP耐碱性和成本控制原则，快熔剂使用量为3 g。

图2 快熔剂使用量对MgO测定结果的影响

2.4 熔样温度

考虑到烘箱最高设定温度为1050℃，我们在800-1050℃范围内考察熔样温度对结果的影响。图三显示了温度的影响，根据图表可知，温度对测定结果影响不大，1000℃基本可完全熔解，所以熔样温度设定为1000℃。

图3 熔样温度对MgO测定结果的影响

2.5 加盐酸量

脱样时加盐酸量是为中和熔样时的快熔剂，盐酸加入量少时，不能完全中和快熔剂，在溶液中可明显观察到白色的细小颗粒，逐渐增加盐酸量，溶液变清澈，脱样完全。根据图四结果可知，盐酸加入量为20 mL时，即可完全脱样，再增加盐酸量，对结果没有影响，所以脱样时加盐酸量为20 mL。

2.6 元素分析线的选择

ICP-AES普遍存在谱线干扰的问题，选择合适的谱线可以提高分析结果的准确度。本实验针对两种标准样品分别验证了MgO(279.553 nm)和MgO(279.078 nm)两条谱线，经过多次实验，选择背景轮廓，强度值适合的 279.078 nm作为MgO的分析线，见表二。

图4 加盐酸量对MgO测定结果的影响

试样分析线波长/nm结果YSBC15803-2003279.5535.57279.0785.6172105279.55310.43279.07810.45

2.7 基体对试样结果的影响

高炉渣试样为钙基，基体对ICP检测结果影响非常大，我们在钙基体为20%，40%，60%的情况下，加入同等量的镁标准溶液，根据表三结果可知，钙基体为40%时，仪器测定结果强度最高。

表3 基体对试样结果的影响

2.8 加标回收率

在最优条件下，分别称取5份试样，同时在另一组样品中加入与试样含量接近的MgO标液进行加标回收实验，结果如表四。由表四可知，用本方法测定高炉渣中MgO含量，加标回收率在98%-104%之间，表明本方法有较高的准确度。

2.9 方法评估

在最优条件下分析该方法的线性范围，检出限(LOD)和重现性。该方法在氧化镁含量 1-12% 范围内呈线性关系，线性相关系数为0.9999，对高炉渣中MgO的检出限在0.3%，可知该方法检出限低，线性范围宽。对三个高炉渣样品进行检测，连续测定6次，其RSD小于0.72%(表五)，表明该方法灵敏度高，重现性好。