丁玉獻,孫英倫
(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 品質保證部,山東 濟南 271104)
硼屬于非金屬元素,在鋼中的成分含量很少,但實際對鋼的性能影響很大,硼的含量與鋼的硬度密切相關。最低限度加入硼7PPm已經可以增加鋼材的硬度,但當鋼中硼的含量超過50PPm時鋼材的硬度提升量并不大,因此準確檢測出硼鐵合金的成分對指導煉鋼爐前操作意義重大。目前在實驗室中最常用的測定硼鐵中硼的方法為國標堿量滴定法,但該方法敏度不是太高,方法較繁瑣,且硅鋁等元素還要進行分次檢測,費時費力,而利用電感耦合等離子體光譜儀(本文中簡稱ICP分析儀)能簡化分析流程,提高了分析速度和準確度。
1.1.1 主要儀器
美國熱電的iCAP 6300(電感耦合等離子體光譜分析儀):RF發生器1150W,輔助氣體流量 0.5L/min,等離子體氬氣壓力0.6Mpa,沖洗泵速度100rpm,分析泵速度50rpm,垂直觀察高度15.0mm。
1.1.2 試劑
過氧化鈉(固體),鹽酸(優級純),硼鐵標準樣品。水為二級純凈水。
1.2.1 試樣預處理
稱取0.2000g試樣放入預先放有0.5g碳酸鈉的鎳坩堝中,先混勻,再添加覆蓋1g過氧化鈉,蓋上坩堝蓋,在電熱爐上加熱,將其烘至焦黃,再轉入700℃馬弗爐中,熔融5min后取出,稍冷,放入預先準備的好盛有100毫升水的聚四氟乙烯燒杯(250mL)中,使熔塊中的成分進入溶液中,用水洗凈坩堝,用(1+1)鹽酸調節至試液澄清,過濾到250mL容量瓶中,用蒸餾水洗滌濾紙和燒杯壁3~4次,先等溶液溫度降至室溫,再定容至標準刻度,人工晃動容量瓶,使溶液中的成分含量均勻分布。
1.2.2 測量液制備
移取1.2.1中制備好的溶液10mL于100mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻,待測。
1.2.3 校準溶液的制備
(1)按照2.2.1加入與試樣同量的試劑制備空白溶液。
(2)分別移?。?)中制備好的空白溶液10mL于6個100mL容量瓶中。
(3)分別移取1000μg/ mL Fe標準溶液5mL于(2)中盛有10mL空白溶液的6個100ml容量瓶中。
(4)準確移取1000μg/ mL B標準溶液10mL定容于100mL石英容量瓶中,混勻,此B溶液的標準濃度為100μg/ mL。
(5)分別移?。?)中B標準溶液0mL、5mL、10mL、14mL、16mL、20mL,按順序依次轉移至盛有10mL空白溶液和鐵標液的6個100mL容量瓶中。
(6)準確移取1000μg/ mLSi標準溶液10mL及1000μg/ mLAl標準溶液10mL定容于100mL容量瓶中,混勻。此混合標準溶液Si、Al濃度均為100μg/ mL。
(7)準確移?。?)中混合標準溶液10mL定容于100mL容量瓶中,混勻,此混合標準溶液Si、Al濃度均為10μg/ mL。
(8)分別移?。?)中混合標準溶液20mL 、16mL、14mL、10 mL、5mL、0mL按順序依次轉移至盛有10mL空白溶液、鐵標液及硼標液的6個100mL容量瓶中,定容,混勻。將此作為校準溶液。校準溶液各元素移取體積及含量見表1。
表1 校準溶液各元素移取體積及含量表
圖1 標準溶液各組別中硼、硅、鋁元素含量
1.2.4 測量
使用iCAP6300分析儀分別測量校準溶液和測量溶液,得到結果并分析。
ICP分析儀新建譜線選擇中每個元素有多條譜線,為得到準確數據,需要篩選出最佳分析譜線,通過進行譜線干擾實驗,觀察子陣列圖譜峰圖,用標準樣品進行驗證試驗,綜合優化選擇每個元素的最佳分析譜線,確立了B、Si、Al的最佳分析譜線分別為:B 182.591、Si 288.258、Al 396.152。
對硼鐵合金標準樣品GSBH42026、GSBH42025及試樣編號為M的硼鐵分別進行了6次分析測量,結果如見表2。
表2 精密度與準確度實驗(n=6) (%)
圖2 硼鐵合金標準樣品GSBH42026、GSBH42025的標準值與平均值
(1)ICP分析儀其設備費用和操作費用相對較高,受水和氬氣的純凈度影響較大,氬氣消耗量大。
(2)樣品一般需預先轉化為溶液,有個別元素的靈敏度相當差。
(3)基體效應仍然存在,光譜干擾仍然不可避免。
(4)此外,在進行儀器分析之前,工序相對復雜,時常需要用化學方法對試樣進行預處理,同時需要用標準樣品校準曲線,很多標準樣品使用前必須采用化學分析方法對其含量進行標定(如鋁錳鐵)。
(1)在過氧化鈉堿熔法熔融過程中,升溫過快易導致試劑濺出,要先將坩堝放在馬弗爐口相對溫度較低處,使試劑熔化,再移入馬弗爐700℃熔融5min即可。
(2)堿熔浸取后的溶液需要用鹽酸調至澄清,使溶液保持弱酸性,保證分析溶液pH 范圍為2-3,是最佳分析酸度。
(3)使用ICP分析儀前需進行預熱,點火前通5min的氬氣,保證實驗過程氣路穩定,分析樣品前進行預沖洗,以防上次使用儀器殘留的溶液干擾本次試驗結果的準確性。
(1)堿熔融樣品能解決酸不溶硼問題,且溶解硅和鋁的效果也比酸溶好。
(2)堿熔劑用量實驗過程中,由于堿熔融制樣有大量鈉離子進入溶液,會直接導致溶液中鹽分偏高,為了不至于鹽分太高又能很好的溶解樣品,通過實驗確定了先放0.5g碳酸鈉,再覆蓋1g過氧化鈉進行熔融,浸取試劑,按照上述操作定容后分別取10ml溶液進行檢測,這樣效果更好。
(3)在本文選定的熔樣和分析條件下,通過多次實驗和實踐應用,結果表明使用本法測量硼鐵中B、Si、Al,方法簡便,結果準確,很好的滿足了分析檢驗和煉鋼生產的需要。