电感耦合等离子体发射光谱法测定锌锭中的铅、锡、铝、镁含量

白小强 周字勇 陈涛 赵绥 李文梅 杨利波

（武昆股份制造管理部）

1 前言

锌锭作为镀锌工艺的重要原料，其杂质含量是影响产品质量的关键指标。杂质对镀锌层的附着力、提高镀锌板的性能起关键作用。铅的存在能使锌液的熔点降低，延长锌液的凝固时间，促进锌花的成长，可以获得较大的锌花；当铅在锌液中的含量超过1 % 时，会引起镀层的晶间腐蚀，降低镀层的耐腐蚀性能，铅的蒸发将污染环境，危害操作人员的健康。锡作为锌锭中的杂质元素，含量不应大于0.002 %，当含量大于0.002 % 时，会使锌液的黏度增加，并使镀层的黏附性能变坏，影响镀锌层的挠性，当锡含量超过0.3 % 时，锡会聚集在锌的晶粒表面而形成Zn-Sn 共析，增加了镀层的腐蚀速度，并且在腐蚀后出现坑点，锡的存在降低了镀层在酸性介质中的耐腐蚀性能。在研究锌液中加铝对镀锌的影响时发现：即使在锌液中加入极少量的铝，例如0.05 %，就可以借助于加铝后形成的保护性氧化膜而大大减少锌液表面的氧化，降低表面锌灰的生成速度和数量，因而降低了因氧化而造成的一部分锌耗。与此同时，镀层表面也比不加铝的镀层光亮。镀锌层中镁的存在可明显地提高镀层的耐腐蚀性能，还可以消除锌液中铅对耐蚀性的不良影响，但是当锌液中的镁过高时，则对镀锌产生不良影响，镁含量达到0.3 %～0.5 %时，使镀锌层表面组织变厚和粗糙，外观变为乳白色，硬度也增加，从而降低了镀层的附着性能[1]。

电感耦合等离子体发射光谱法因其激发能力强、稳定性好、干扰小、线性范围宽、检出限低，且同时可测定多种元素[2]，适用于锌锭中杂质元素的测定。

镀锌厂也可以用示波极谱法、苯芴酮-溴化十六烷基三甲胺分光光度法和火焰原子吸收光谱法分别测定锌锭中的铅、锡、铝、镁，但示波极谱法试验过程需多次加热[3]；苯芴酮- 溴化十六烷基三甲胺分光光度法要用乙酸乙酯萃取锡的硫氰酸络合物，使锡与锑分离，用硫酸与硝酸破坏有机相，再用苯芴酮-溴化十六烷基三甲胺分光光度法测定锡量以及EDTA 法测铝量[4-5]，方法较为繁琐。原子吸收光谱法检出限高，检测范围窄[6]，不宜进行大批量多元素的检测分析，不能满足多元素快速检验的要求，很难突出理化数据快速指导生产实际的目的。电感耦合等离子体发射光谱法原子化完全，能最佳化进行分析[7]，该方法快捷、准确，并且克服了火焰原子吸收光谱分析方法和苯芴酮-溴化十六烷基三甲胺分光光度法的过程繁琐，能应用于日常生产分析中，很好地满足了质量控制的需要。

2 实验部分

2.1 仪器与参数

ICAP PRO 电感耦合等离子体发射光谱仪（美国热电公司）；CP224s 电子天平，量程0 ～220 g，最小分度值0.000 1 g。ICP-OES 工作参数见表1。

表1 ICP-OES 工作参数

2.2 试剂及标准溶液配制[8]

1）氢氧化钠，优级纯；

2）酒石酸；

3）基体锌粒（≥99.999 9 %）；

4）硝酸（ρ1.42 g/mL），优级纯；

5）盐酸（ρl.19 g/mL），优级纯；

6）硫酸（ρl.84 g/mL），优级纯；

7）硝酸（1+1）；

8）超纯水；

9）锌基体溶液：称取10.0 g 基体锌粒（≥99.999 9 %），加入最少量硝酸（1+1）缓慢溶解后，移入100 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。此溶液1 mL 含0.1 g 锌；

10）铅、锡、铝、镁标准贮存溶液（各元素贮存液均配制成0.001 g/mL）：分别称取0.250 0 g 金属铅、0.250 0 g 锡片（≥99.99 %）、0.250 0 g铝片（≥99.99 %）、0.414 6 g氧化镁（MgO≥99.99%）于一组100 mL 烧杯中，分别加入30 mL 硝酸（1+1），盖上表面皿，加热至完全溶解，煮沸除去氮的氧化物，分别移入一组250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度；加入10 ml 酒石酸（200 g/L）、20 mL 浓硫酸（ρl.84 g/mL）溶解后，用盐酸（1+1）移入250 mL 容量瓶中并稀释至刻度；加入20 mL 盐酸（ρl.19 g/mL）、15 mL硝酸（ρ1.42 g/mL）溶解后，移入250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度；加入30 mL 盐酸（1+1），加热溶解后，移入250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度；混匀；

11）铅、锡、铝、镁标准溶液（各元素标准溶液均配制成0.000 1 g/mL）：分别移取10.00 mL铅、锡、铝、镁标准贮存溶液（0.001 g/mL）置于一组100 mL 容量瓶中，分别加入5 mL 硝酸（ρl.42 g/mL，优级纯），用水稀释至刻度，混匀；

12）分析试液的配制：称取1.000 g 锌锭试样，精确至0.000 1 g，将试样置于100 mL 烧杯中，加入30 mL 硝酸（1+1），微沸溶解后，移入250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

2.3 元素分析谱线波长见表2

表2 分析元素谱线波长（nm）

2.4 元素检出限和测量范围

在选定的仪器工作条件下，平行测定空白样品溶液11 次，以其3 倍标准偏差对应值作为方法的检出限，结果见表3。

表3 元素检出限和测量范围

2.5 实验方法

根据锌锭试样的化学成分，采用与样品相同基体的混合标准溶液制作标准曲线，以标样作标准化，按照所选条件将溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪同时测定铅、锡、铝、镁四种元素含量。

3 结果与讨论

3.1 精密度实验

按照实验方法对锌锭样品进行10 次平行测定，各元素的相对标准偏差（n=10）均小于5.0 %，测量结果见表4。

表4 锌锭试样的检测结果

3.1.1 锌锭试样的检测结果

锌锭试样的检测结果见表4。

由表4 可以看出，本方法在测定锌锭试样中的铅、锡、铝、镁含量时检出限低、测量范围宽、精密度好（测量结果相对标准偏差均小于5）、测定值与国标值[9]吻合，见表5。

表5 锌锭化学成分

3.1.2 分析方法的检测结果对比

与其他分析方法的检测结果对比见表6。

表6 检测结果对比

由表6 可以看出，本方法在测定锌锭试样中的铅、锡、铝、镁含量与其他方法的测定结果较接近。

4 结论

（1）采用ICP-OES 法直接测定锌锭中的铅、锡、铝、镁杂质元素含量，该方法稳定性好、精密度高（RSD 均小于5.0 %）、检出限低、测量范围宽，具有较好的准确度和可操作性；

（2）该方法测定结果与其他方法的测定值进行比较，结果相符，在生产检验中可取代其他分析方法进行多元素同时分析，能很好地满足生产检验要求。