电感耦合等离子体原子发射光谱法测定磷铁中的磷、钛、锰

2020-05-07王学云张嵬巍李存根关漫漫

河南冶金 2020年1期

苏彬王学云张嵬巍王伟李存根关漫漫

（安阳钢铁股份有限公司）

0 前言

磷铁合金是冶金行业的重要原料，应用十分广泛，在冶金行业中，磷铁合金主要作为合金添加剂，用以将金属中的磷元素含量准确地调整到需要的水平。此外，在冶炼过程中，磷铁还起到增强铁水流动性，提高钢的抗拉强度，整体提升钢的耐磨度及耐腐蚀性，改善导热和耐热性能等作用。我们对磷铁中磷、钛、锰采用化学分析方法，其中磷铁磷含量的测定采用酸碱滴定法[1]，锰含量采用亚砷酸钠一亚硝酸钠标准溶液滴定法或高碘酸盐光度法测定[2-4]，而钛的分析方法至今还未见报道过。虽然这些方法的准确度和精密度都比较高，但耗时较长，不能满足快产快出的生产模式需要快速分析的要求。笔者通过采用（盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸）混酸溶解磷铁样品，混酸溶样后未溶解的残渣相对较少，残渣经灰化-熔融-浸取等处理，试样溶解完全。电感耦合等离子体原子发射光谱法实现了磷铁中磷、钛、锰的快速分析，测定误差在国家标准允许差范围，满足生产要求。

1 试验部分

1.1 仪器工作参数的选择

ICP-AES 光谱仪的工作参数主要是指功率、载气流量和观测高度等，选择工作条件的主要依据是综合考虑较小的干扰效应、较强并且稳定的分析强度，以及对所有待测元素都合适的条件，笔者使用的是Thermo iCAP7400 型全谱直读等离子体原子发射光谱仪，仪器的参数选择如下：冷却气流量15 L/min， RF 功率1 150 W，蠕动泵转速50 r/min。观测高度12.0 mm，测定积分时间30 s。

1.2 主要试剂

硝酸：（＝1.42 g/mL）；盐酸：（＝1.19 g/mL）；氢氟酸：（＝1.15 g/mL）；高氯酸：（＝1.67 g/mL）；硫酸：（＝1.84 g/mL）；HCL-HNO3-HF-HCLO4混酸：10+2+2+5。

实验所用试剂均为优级纯，水为去离子水；钛、锰、磷标准溶液（钢铁研究总院）：1 000 μg/mL。

2 试验方法

准确称量试样0.200 0 g 于四氟聚乙烯烧杯中，HCL-HNO3-HF-HCLO4混酸蒸至湿盐状，用10 mL浓盐酸溶解盐类。将溶液过滤于200 mL 容量瓶中，冲洗沉淀至滤纸无色。将沉淀物收集于30 mL 铂金坩埚中，置于800 ℃马弗炉中灰化。将灰化后的残渣经硫酸（1+1）3 滴、2 mL 氢氟酸处理加热除硅，待硫酸烟冒尽，冷却后覆盖1 g 硼酸+无水碳酸钠（1：2）混和溶剂，用金属丝搅拌均匀后再覆盖1 g 混和溶剂，置于马弗炉内由低温开始升温至700 ℃时保持10 min，继续升温至1 000 ℃，保持30 min。取出后冷却，于100 mL（1+4）稀盐酸中浸取。将两次获得的溶液合并，并加入6 mL 浓硝酸，使之为盐硝混酸介质，冷却定容。随同做空白试验。

3 结果与讨论

3.1 试样溶解

磷铁是一种结构稳定的合金，有文献报道[5-9]，磷铁常用的酸溶法包括硫磷混酸分解、王水在聚四氟乙烯坩埚内加压分解、硝酸-氢氟酸-高氯酸-硫磷混酸共同分解等方法，但往往会残留不溶固体颗粒。即如果只加入混酸是不能将试样完全溶解的，存在样品有不溶固体颗粒。采用碱熔法熔解，方法繁琐、重现性差、背景高、容易引入干扰元素。为此，笔者采用HCL-HNO3-HF-HCLO4混酸溶解磷铁样品，溶解样品后过滤剩余的不溶残渣相对较少，不溶解的残渣经高温灰化、熔融、浸取等处理，达到了试样的完全分解。电感耦合等离子体原子发射光谱法可准确测定其中的磷、钛、锰的含量。

3.1.1 混酸、熔剂的选择和用量对样品结果的影响

使用不同的混合酸溶解磷铁样品，酸溶效果差别很大，酸溶效果差，未溶解的颗粒就会较多，在回渣碱溶时的高温熔融步骤就需要加入较多的碱性混合熔剂，导致分析液中的盐度高，因为在ICP-AES 检测时，产生电离效应的主要因素就是盐分过高，它还可以降低电感耦合等离子体原子发射光谱仪的火焰温度，产生干扰，影响ICP-AES的原子发射强度，所以混酸的使用和碱性熔剂的选择最终会影响方法的准确度。对比发现，HCLHNO3-HF-HCLO4混酸：10+2+2+5 溶样后的剩余不溶物最少，硼酸+无水碳酸钠（1：2）混和溶剂计入2 g左右，使样品完全溶解。相对于其他方法，本法熔剂具有溶解完全、盐度低的特点。通过对仪器条件的优化，确定了对于灵敏度高、背景低、干扰少、发射强度稳定的分析线的选择，并且通过该实验也能快速准确地进行多元素同时检测。

3.1.2 干扰消除

ICP-AES 中普遍存在基体效应，基体匹配法是消除基体效应引起的非光谱干扰的主要手段。为了减少检测中的干扰，混酸以及碱性熔剂的加入量应严格控制，保持一致，采用基体匹配法建立工作曲线，消除基体干扰。使用磷铁标样打底，加入适量标准系列溶液建立校准曲线，克服在绘制校准曲线时因使用的磷铁标样中待测元素含量范围过窄而致使试样中的被测元素落在校准曲线线性范围之外。

3.2 谱线选择

影响分析结果准确性的最主要原因是光谱干扰和分析线的选择。因为铁是多谱线元素，对待测元素谱线有可能造成干扰，又有待测元素谱线之间可能产生的干扰。为了避免这些影响，笔者分别配制质量浓度10 μg/mL 的磷、钛、锰单元素标准溶液，从谱线库中每个元素选择两条谱线，用等离子体原子发射光谱仪分别在被测元素的分析线波长处扫描待测元素背景信号的强度值，各元素之间无干扰。由此，从磷、钛、锰元素的谱线中选择谱线灵敏度高、背景低、干扰小、强度高的为最佳分析谱线，具体见表1。