火花直讀光譜法快速測定銅陽極板中硫含量

朱海燕 尹文梅 楊晶麗 吳汾

【摘要】本文用火花直讀光譜法測定銅陽極板中硫含量，分析了火花直讀光譜儀檢測銅陽極板的最佳預燃時間、最佳曝光時間、工作曲線范圍、分析波長等儀器條件參數，同時對銅陽極板試樣加工制備方法、曲線校正方法、樣品均勻性進行了研究，通過有證標準樣品測定和紅外碳硫法分析比較，對該方法準確度進行驗證，同時進行了精密度實驗。結果表明該方法精密度、準確度良好。采用該方法有效縮短了分析檢測時長，實現了陽極板中雜質元素的一次測定，滿足生產控制要求。

【關鍵詞】火花直讀光譜法；銅陽極板；硫含量

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.003

Rapid Determination of Sulfur Content in Copper Anode Plate by Spark Direct Reading Spectroscopy

ZHU Haiyan， YIN Wenmei， YANG Jingli， WU Fen

（Guangxi Jinchuan Nonferrous Metals Co.， Ltd.， Fangchenggang 538002， China）

Abstract： In this article，the spark direct-reading spectrometer was used to conduct analysis the sulfur content for copper anode， choose the best spark direct reading spectrometer detecting copper anode precombustion time， the best exposure time， scope of work curve， analysis instrument condition parameters such as wavelength， at the same time for copper anode plate sample processing and preparation methods and calibration curve method， the uniformity of the sample were studied， through a standard sample. The accuracy of the proposed method was verified by comparing with infrared carbon-sulfur method， and the precision experiment was carried out. The results show that the precision and accuracy of the proposed method are good. This method can effectively shorten the time of analysis and detection， and realize the determination of impurity elements in the anode plate， which meets the requirements of production control.

Keywords： spark direct-reading spectrometer；copper anode plate；sulfur content

銅陽極板是以銅精礦為原料熔煉的銅中間產品，是電解法生產陰極銅的原料?；鸹ㄖ弊x光譜法因其快速的檢測速度和同時檢測多種元素的能力，在鋼鐵、有色等冶金行業得到廣泛應用[1]。在陽極銅的生產過程中，其雜質元素都會出現強烈的化學和物相變化，對陽極鈍化、陰極銅質量、電解液凈化以及從陽極銅中回收有價元素等方面產生重要影響[2]。銅陽極板是以銅精礦為原料熔煉的銅中間產品，在還原處理時需要進行控制分析。成品對硫、鉛、鋅、鎳、銻、砷等雜質元素有指標要求[3]。因此，快速準確地分析銅陽極板中各雜質元素的成分顯得尤為重要。目前，我們采用火花直讀光譜法測定銅陽極板中等鉛、鋅、鎳、銻、砷等雜質元素，銅陽極板中硫的分析采用高頻紅外碳硫儀進行分析。本文對火花直讀光譜法測定銅陽極板中硫進行了相關研究，對日常樣品進行了分析，結果表明其精密度和準確度均能滿足生產控制要求。

1.1儀器設備

火花直讀光譜儀；氬氣凈化機；液氬，氬氣純度大于99.998%，氬氣工作壓力為0.60 MPa；臺式車床。

1.2實驗方法

1.2.1試樣制備加工

粗銅在陽極爐熔煉過程中，達到工藝控制放銅條件時，從陽極爐放銅口取出液體銅倒入專用模具中，一次澆鑄成圓柱狀試樣，澆鑄過程中要避免產生氣泡，待銅液自然冷卻凝固后脫模。

采用車床加工樣錠，對樣品表面進行車切，切削樣錠表面氧化皮和上下表面毛邊、飛刺，制出表面光潔平整且無氣孔的待測面，加工時應防止試樣過熱氧化[4]。

1.2.2儀器分析參數

儀器開機預熱達到可進行檢測的條件后，先對光譜儀進行描跡、標準化校準。因為在直讀光譜儀使用過程中，溫度、濕度、氬氣壓力、振動等變化會使譜線產生位移，透鏡污染、電極沾污、電源波等也均會使校準曲線發生平移或轉動，所以要用隨機提供的系列標準樣品（SUS RC11、SUS RC12、SUS RC14）對校準曲線的漂移進行修正。本方法選用火花直讀光譜儀分析程序，采用儀器已建立的測純銅的CU-10方法。該校正曲線依靠多年累積的國際標樣庫，每條曲線均有幾十塊標樣建立，儀器和曲線本身的設計可以排除重疊干擾和基體的干擾。另外，陽極板雜質元素含量范圍一般都比較小，光譜干擾的影響可以忽略[5]。按表1選擇測量工作條件。

1.2.3類型標準化校準

在實際工作中，由于分析試樣和標準樣品的冶金過程和某些物理狀態存在差異，常使校準曲線發生變化。通常標樣多為鍛造和軋制狀態，而分析樣品為澆鑄狀態。為了降低試樣冶金狀態變化對分析結果的影響，并提高分析生產試樣的準確性，本研究使用一種與分析試樣的化學成分、冶金過程和物理狀態相接近的類型標準化樣品，對生產試樣的測量結果進行類型標準化校準。

本次實驗選用元素含量位于校準曲線含量范圍之內，并且與分析樣品的含量接近的不同爐次的生產試樣作為類型標準樣品。該樣品采用相同的試樣加工制備方法制出待測面后，再經車床將該樣品部分切削成屑狀，屑狀樣品用高頻紅外碳硫法進行定值，樣錠用于火花直讀光譜分析。

在直讀光譜儀CU-10分析下，將選用的類型標準樣品加入標樣庫，輸入測定的標準值，調用類型標準化程序，進行類型標準化校準。類型標準化樣品含量見表2。

2.1試樣處理

生產試樣由銅水澆鑄成圓柱狀，試樣經車床加工制備成光潔平整且無氣孔的待測面后，在樣品厚度上切削出5層，每層分別在直讀光譜上激發檢測，用以考察樣品中硫元素偏析現象。檢測數據見表3。

從表3中可以看出，各層的檢測結果沒有明顯差異，表明樣品在澆鑄冷卻過程中，沒有產生明顯偏析情況，而且澆鑄樣品的均勻性能滿足檢測要求。

2.2精密度試驗

對不同爐次的銅陽極板實際樣品，采用實驗方法（1.2）進行制備加工，用火花直讀光譜儀進行精密度檢測。精密度試驗結果見表4。用火花直讀光譜儀對不同爐次的銅陽極板樣品測定7次，其相對標準偏差小于10%，滿足分析要求。

2.3準確度實驗

2.3.1標準樣品分析結果對照

采用購買的有證銅標準樣品對該方法進行確認。標準樣品和試樣采用統一的加工方式車切拋光，分析表面潔凈、平整、紋理均勻，無氣孔、油污、砂眼、裂紋等物理缺陷。標準樣品分析結果見表5。

從以上對照結果看出，分析結果與標準值均未超差，測量結果準確度滿足分析要求。

2.3.2對照試驗

在選定的測定條件下，選擇不同含量、不同爐次的銅陽極板實際試樣，采用高頻紅外碳硫法測定，與本方法測定結果進行對照，進行方法準確度評價，結果見表6。

根據以上數據統計，陽極板中硫的火花直讀光譜測定值與高頻紅外碳硫法測定值的差值均在允差范圍內，未發現明顯偏差，分析結果與高頻紅外碳硫法吻合較好。

用火花直讀光譜法測定銅陽極板中硫含量，結果與紅外碳硫方法數據對照良好。該方法的建立實現了火花直讀光譜法一次聯測陽極板中雜質元素，能有效縮短制樣和分析時間。該方法具有分析速度快、檢測成本低等優點，同時，精密度高、準確度好，完全可以滿足對生產指標的指導和控制。

【參考文獻】

[1]陳君，李穎，王書強.火花放電原子發射光譜法測定球墨鑄鐵的方法研究[J].中國無機分析化學，2011，1（3）：50-52.

[2]朱祖澤，賀家齊.現代銅冶金學[M].北京：科學出版社，2003：493-511

[3]陳林.直讀光譜法測定銅陽極十二元素[J].云南冶金，2014，43（6）：56-59.

[4]陰極銅直讀光譜分析方法：YS/T 464—2019[S].

[5]駱有健，錢慶長.火花源直讀光譜法測定陽極銅中19種雜質元素[J].中國無機分析化學，2012，2（4）：53-55.

【作者簡介】

朱海燕，女，1992年出生，工程師，研究方向為有色產品分析技術。

（編輯：李鈺雙）