提高生铁磷含量分析数据准确度方法的实践

于 惠，杨惠苹

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

0 引言

生铁是炼钢的重要原料，其中碳、硅、锰、磷、硫、钛六大成分的含量对生铁的质量具有重要影响，尤其是生铁中磷含量对炼钢生产工艺操作影响较大，因此准确测定出生铁中磷含量对炼铁、炼钢操作具有重要指导意义。目前生产中生铁磷含量的检测的方法是X-荧光光谱仪，但需要定期采用吸光光度法对X-荧光光谱仪检测方法进行效验，吸光光度计法效验具有适用浓度范围广，分析成本低、操作简便迅速、灵敏度高、准确度高等优点[1]。目前天津市新天钢联合特钢有限公司（下称天钢联合特钢公司）由于冶炼工艺改进，引入了磷含量更高的生产原料，使得生铁中磷含量较之前大幅上涨。在实际生产中发现，当生铁中磷含量＞0.150%时，吸光光度法经常出现测定数值偏低且不稳定的情况。

为了提高高磷生铁磷含量测定的准确度，本文对现有吸光光度法测定高磷生铁磷含量数值偏的问题进行了研究，从样品溶解条件、试剂加入量、比色皿规格三方面，对吸光光度法检测生铁磷含量的工艺进行了改进，并对检测工艺改进后的实践结果进行了分析。

1 吸光光度计分析法

1.1 仪器及器具

721 分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）；DL-1 电炉（上海喆钛有限公司）；100 ml 锥形瓶（四川蜀玻有限责任公司）；100 ml 容量瓶（四川蜀玻有限责任公司）。

1.2 生铁磷检测用试剂

浓硝酸：≥98.0%（天津市凯信化学工业有限公司）。

高锰酸钾：≥99.5%（天津市申泰化学试剂有限公司）。

钼酸铵：≥99.0%（天津市凯达化工厂）。

酒石酸钾钠：≥99.0%（天津市恒兴化学试剂有限公司）。

氟化钠：≥98.0%（天津市申泰化学试剂有限公司）。

氯化亚锡：≥98.0%（天津市风船化学试剂科技有限公司）。

硝酸溶液：1:1（体积比），将一份浓硝酸与一份蒸馏水混匀。

高锰酸钾溶液：25 g/l, 称取2.5 g 高锰酸钾溶于水中，稀释至100 ml，混匀，可适当加热至溶解完全。

钼酸铵-酒石酸钾钠溶液：80 g/l-80 g/l，称取8 g酒石酸钾钠溶于水中，再称取8 g 钼酸铵溶于水中，稀释至100 ml，混匀，可适当加热至溶解完全。

氟化钠-氯化亚锡溶液：24 g/l-4 g/l，称取24 g氟化钠溶于水中，再称取4 g 钼酸铵溶于水中，稀释至1000 ml，混匀，可适当加热至溶解完全.

1.3 生铁样品制备

取生铁样品，首先使用台钻去除表皮杂质，然后取三点钻孔得到粉末。将粉末放入铁钵中研磨，采用80 目筛网过筛，获得待测样品[2]。

1.4 生铁磷检测方法及步骤

（1） 称取待测样品0.2000 g 于100 ml 锥形瓶中，随同实验做系列标准样品及空白。加浓硝酸25 ml，水浴加热3 min 使溶解，取下，流水冷至室温；用脱脂棉过滤于100 ml 容量瓶中，将滤液稀释至刻度，混匀备用，获得母液。

（2）吸取母液25.00 ml 于100 ml 锥形瓶中，加入硝酸溶液5 ml，于电炉上加热至沸。滴加高锰酸钾溶液6 滴，继续加热氧化1.5 min，取下；立即加入钼酸铵-酒石酸钾钠溶液5 ml，摇匀；再加氟化钠-氯化亚锡溶液20 ml，摇匀，得到待测试液。

（3）将分光光度计调至650 nm 波长，以水为空白比色，使用0.5 cm 比色皿进行测试。先测定系列标准样品的吸光度值，建立标准曲线；再测定待测样品的吸光度值，由标准曲线对应出待测样品磷含量数值。

2 原有方法存在的问题及解决方法

2.1 样品溶解问题及解决方法

由于现实生产生中铁样品磷含量较高，原有方法中样品酸溶水浴加热3 min 无法保证样品中的磷完全溶解，因此我们对溶解条件进行改进实验。分别采取延长水浴加热时间和改用电炉加热两种方式进行实验（见图1、图2），对所得试液进行了测定，并将测定结果与标准值进行对比，对比结果如表1 所示[3]。由表1 显示的实验数据可以看出，电炉加热3 min 所得数据更接近标准样品的标准值。

表1 通过延长水浴锅加热时间和电炉加热3 min，标准样品的测定值

图1 水浴加热情况

图2 电炉加热情况

为对比测试结果稳定性，将标准值为0.097%的标准样品分别采用水浴加热3 min 和电炉加热3 min 所得试液在不同时间段内进行测定，测定结果如表2 所示。由表2 显示的实验数据可以看出，电炉加热3 min 所得样品试液的数据稳定性更高。综上所述，利用电炉加热比水浴加热所得样品的分析结果准确度和稳定性均更高。

表2 水浴加热3 min 与电炉加热3 min 测定数据稳定性对比 /%

2.2 试剂加入量问题及解决方法

由于高磷生铁样品中磷含量较一般生铁高，原有方法中氟化钠-氯化亚锡溶液试剂20 ml 的加入已经量无法保证样品可以充分反应。因此，进行了增加氟化钠-氯化亚锡溶液加入量的实验[2]，以测试其对实验分析数据的影响，测试结果如表3 所示。由表3 显示的实验数据可以看出：随着还原剂的加入量的不断增加，测定值与标准值越来越接近；当加入量增加到60 ml 时，测定值与标准值最为接近；当加入量超过60 ml 时，测定值无明显变化。因此可以得出，还原剂的加入量60 ml 为最合适。

表3 氟化钠- 氯化亚锡溶液的加入量对测定结果的影响

2.3 比色皿规格问题及解决方法

原方法中使用的是0.5 cm 的比色皿。按照容器越小，引入误差相对量会越大的思路，我们决定从比色皿的规格大小进行研究[2]。选用0.5 cm、1.0 cm、2.0 cm 的比色皿分别对标准值为0.094%和0.189%的标准样品连续测定五次，并对每组实验结果进行极差值计算。测试结果和极差值如表4 所示。由表4 显示的实验数据可以看出：0.5 cm 的比色皿确实引入了较大的相对误差，随着比色皿规格的增大，每组实验结果的极差值均在减小；当采用2.0 cm 比色皿进行测试时，两组测试数据的极差值均在误差范围内（≤0.005%），能够达到实验预期要求。

表4 选用规格不同比色皿测定数据结果的稳定性情况

3 新方法准确度和稳定性分析

3.1 新方法准确度分析

根据以上实验可得，最佳测试条件为采用电炉加热3 min 溶解样品、增加氟化钠-氯化亚锡溶液加入量至60 ml、采用2.0 cm 比色皿进行测定。按照新方法对磷含量不同的一系列生铁标准样品进行测定，结果如表5 所示。对表5 显示的测定数据进行分析，数据误差均≤0.005%，在允许范围内，说明新方法能够满足预期要求的准确度[4]。

表5 使用新方法对一系列生铁标准样品测定结果

3.2 新方法稳定性分析

为表征新方法的数据稳定性，利用新方法对磷含量不同的一系列生铁标准样品在不同时间段内进行重复测定，得到结果如表6 所示。从表中可见，各生铁标准样品在5 min 内多次测定时，所得分析结果极差值最大为0.004%，满足允许误差要求。说明新方法能够达到预期要求的稳定度[5]。

表6 对一系列生铁标准样品不同时间段测定结果

4 结语

为了解决原有吸光光度法分析高磷生铁含磷量存在的问题，本文从吸光光度法分析生铁含磷的样品溶解条件、试剂加入量、比色皿规格三方面入手，探究不同条件下高磷生铁样品中磷含量的实际检测效果。实验结果表明，电炉加热3 min 溶解样品、增加氟化钠-氯化亚锡溶液的量至60 ml 和采用2.0 cm 比色皿为最佳测试条件，可以极大提升吸光光度法检测高磷生铁样品中磷含量的准确度和稳定性，新的测试方法完全能够满足生产要求，值得推广应用。