ICP-AES法測定電爐渣中二氧化硅

劉曉麗 張洪雙 王雨欣 姜濤 陳斌

摘 要：本文研究了采用酸溶的方式消解樣品，ICP-AES光譜法測定電爐渣中二氧化硅的分析方法。采用濃鹽酸和濃硝酸溶解電爐尾料樣品，加入氫氟酸消解二氧化硅和硼酸絡合氟離子，采用ICP-AES法測定電爐尾料樣品中的二氧化硅含量。二氧化硅的相對標準偏差RSD為0.35%～0.58%，加標回收率為95.6%～102.3%。方法加標回收率好，滿足分析方法要求。

關鍵詞：ICP-AES，二氧化硅，電爐渣，酸溶消解，分析方法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.07.036

0 引 言

目前， 電爐渣中二氧化硅測定采用硅鉬黃分光光度法[1]，試料在700℃經堿熔融，用硫酸（1+5）浸取熔融物，在硫酸存在條件下，二氧化硅與鉬酸銨生成黃色雜多酸鹽，于分光光度計波長420 nm處測量其吸光度。本方法是通過加入濃硝酸、濃鹽酸溶解電爐尾料樣品獲得溶解液，加氫氟酸消解二氧化硅生成氟硅酸，加入硼酸絡合氟離子，使其溶液穩定性更好，減少ICP-AES法測定時氫氟酸對結果的影響。此方法分析速度快，成本低，結果準確可靠。

1 試驗部分

1.1 試劑和材料

除非另有說明，在分析中僅適用確認為分析純的試劑和蒸餾水或去離子水或相當純度的水。

無水碳酸鈉。

鹽酸（ρ=1.19 g/mL）。

硝酸（ρ=1.42 g/mL）。

氫氟酸（ρ=1.13 g/mL）。

硼酸溶液（50 g/L）。

二氧化硅標準貯存溶液：稱取0.4 0 0 0 g二氧化硅（w SiO2≥99.95%）（預先用瑪瑙研缽研細，于1000℃灼燒2 h，并置于干燥器中冷卻至室溫），置于鉑坩堝中，加入約5 g無水碳酸鈉（1.1），混勻，再覆蓋約0.5 g無水碳酸鈉（1.1），蓋上坩堝蓋，置于馬弗爐中，升溫至1000℃，保溫12 min，取出稍冷，用熱水浸取熔融物于聚乙烯燒杯中，用熱水洗凈坩堝及蓋，冷卻。移入預先盛有約600 mL水的1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，移入聚乙烯瓶中貯存。此溶液1 mL含0.40 mg二氧化硅。

氬氣（wAr≥99.99%）。

1.2 儀器

ICAP 7400電感耦合等離子體原子發射光譜儀；

水浴鍋。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品分析步驟

稱取電爐渣0.100 g（精確至0.0001 g）于400mL聚乙烯燒杯中，加入15 mL鹽酸（1.1）、5 mL硝酸（1.1），于低溫（150～180℃）加熱溶解至小體積（5～10 mL），移入水浴鍋中，加入2 mL氫氟酸（1.1），65～70℃保溫溶解30 min，取出聚乙烯燒杯，用水沖洗杯壁，加入6 mL硼酸溶液（1.1），過濾、轉入100mL聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

移取5.00 mL試液于100 mL的聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，于ICP-AES上按設定的儀器工作條件進行測定。

1.3.2 工作曲線繪制

分別移取0.00、1.00、2.50、5.00、7.5 mL硅標準貯存溶液（1.1）于一組100 mL聚乙烯容量瓶中，加入2 mL硝酸（1.1），配制成二氧化硅標準系列溶液。溶液中二氧化硅濃度依次為0.00、4.00、10.00、20.00、30.00 mg/L。于ICP-AES上按推薦的儀器工作條件測定，儀器自動繪制出工作曲線。

1.3.3 儀器工作條件

ICAP 7400推薦工作條件見表。

2 結果與討論

2.1 分析線選擇

譜線的選擇一是根據待測元素的含量確定強度適宜的分析譜線，二是根據譜線附近干擾情況選擇干擾少的分析譜線，通過測定標準和樣品在不同波長下的譜圖，查看譜圖情況，尋找最佳譜線。同一濃度的溶液在不同分析譜線下的強度值不同，因此選擇合適的分析譜線對樣品檢測靈敏度至關重要[2]。當波長選擇在250.69{136} nm時測定靈敏度最高。在結合樣品測定結果的譜圖，因此選擇硅的測定波長為250.69{136} nm為最佳，此時測定樣品中的硅元素時靈敏度最高。因此，選擇250.6 nm譜線做分析線。

2.2 稱樣量選擇

選取2個不同含量的樣品，每個樣品分別稱取5份，按試驗方法（1.3）進行測定，結果見表2。

表2數據表明，試料量分別為0.0800、0.1000、0.2000、0.3000 g二氧化硅測定結果一致?？紤]到樣品的均勻性及溶解時酸的用量，因此試驗選擇試料量為0.1000 g。

2.3 干擾試驗

電爐渣中Ni 0.5%、Cu 0.5%、Fe 40%、Co 0.5%、SiO2 4 0%左右，當稱取0.1 g樣品時，按試驗方法（1.3）進行測定，待測溶液中Ni 0.25 mg/L，Cu 0.25mg/L、Fe 20 mg/L、Co 0.25 mg/L、SiO2 2 0 m g/L，因此需要進行干擾試驗。

采用4.00、20.00、30.00 mg/L二氧化硅標準溶液，分別加入不同量的鐵于10 0 mL聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。按試驗方法于ICP-AES上測定，鐵≤75 mg/L、Ni≤1.0 mg/L、Cu≤1.0 mg/L、Co≤1.0 mg/L對二氧化硅測定沒有影響。

2.4 HF加入量選擇

選取2個不同含量的樣品，分別稱取7份，加入不同量的氫氟酸（1.1），按試驗方法（1.3）進行分析。選用10.00 mg/L和20.00 mg/L的二氧化硅標準溶液，加入不同量的氫氟酸于100 mL聚乙烯容量瓶中，按試驗方法（1.3）進行分析，結果見表3。

表3數據表明，樣品溶解氫氟酸加入量為0.5～3mL時，二氧化硅結果一致；二氧化硅標準溶液中氫氟酸加入量為0～3 mL時，二氧化硅測定結果一致。因此，試驗選擇氫氟酸的用量為2 mL。

2.5 HF加入時間選擇

選取2個不同含量的樣品，分別稱取2份，采用試驗方法（1.3）將樣品進行溶解，一份試料溶解至小體積（5～10 mL），移入水浴鍋中，加入2 mL氫氟酸（1.1）；另一份樣品溶解至小體積（5～10 mL），冷卻至室溫，加入2 mL氫氟酸（1.1），移入水浴鍋中，按試驗方法（1.3）測定，HF在樣品冷卻前或者冷卻后加入，對測定結果沒有影響。

2.6 水浴溫度選擇

選取2個不同含量的樣品，每個樣品分別稱取9份，選擇不同的水浴溫度對試料進行溶解，按試驗方法（1.3）進行測定，結果見表4。

表4數據表明，當水浴溫度在65～70℃時，二氧化硅測定結果一致。因此，水浴溫度設定為65℃。

2.7 水浴時間選擇

選取2個不同含量的樣品，每個樣品分別稱取6份，選擇不同的水浴時間對試料進行溶解，按試驗方法（1.3）進行測定，結果見表5。

表5數據表明，當水浴時間在20～40 min時，二氧化硅測定結果一致。因此，水浴時間選取30 min。

2.8 硼酸加入量選擇

選取2 份不同含量的樣品，分別稱取5 份電爐渣，選擇加入不同量的硼酸（1.1），按試驗方法（1.3）進行測定，結果見表6。

表6數據表明，當硼酸加入量達在3～7 mL時，二氧化硅測定結果一致。因此，選取硼酸加入量為6 mL。

2.9 稀釋倍數選擇

按樣品分析步驟（1.3.1）分別對2份不同含量的電爐渣進行溶解，移取不同量的試液于100 mL的聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，在ICPAES上按設定的儀器推薦條件進行測定，試液量在5～10 mL之間，測定結果一致。因此，為減少沖洗時間，保證分析速度，試驗選擇試液量為5.00 mL。

3 樣品分析

3.1 精密度試驗

選取2個不同含量的樣品，按試驗方法對電爐渣中二氧化硅，進行精密度試驗，平行測定11次，結果見表7。

表7實驗數據表明，電爐渣中二氧化硅RSD小于0.58%，完全滿足分析方法要求。

3.2 加標回收試驗

選取SiO2含量為97.23%的硅石標樣（YSBC13804—94），按試驗方法對3份不同含量的樣品進行加標回收試驗，電爐渣中二氧化硅加標回收率為95.6%～102.3%。

3.3 對照試驗

采用試驗方法與硅鉬黃分光光度法[3]對電爐渣中二氧化硅進行測定，結果見表8。

表8數據結果表明，采用酸溶樣品ICP-AES法與硅鉬黃分光光度法的結果吻合，滿足分析要求。

4 結 語

通過以上大量試驗數據表明，對于電爐渣中二氧化硅的分析，采用電感耦合等離子體原子發射光譜法，在酸性條件下測定，方法操作簡單，結果準確，精密度高，回收率良好，能夠滿足分析要求。

參考文獻

[1]金川集團股份有限公司.鎳冶煉過程物料分析方法匯編：Q/YSJC-FX03—2020[S].2021.

[2]金川集團股份有限公司.鎳冶煉過程物料分析方法硅鉬黃分光光度法測定二氧化硅的量：Q/YSJC-FX03.19—2020[S].2021.

[3]楊利峰，劉國軍，王建新.ICP–AES法測定鐵礦石中全鐵、磁性鐵、五氧化二鈮、二氧化硅、氧化鈰和磷[J].化學分析計量，2018（6）：72-76.

作者簡介

劉曉麗，本科，高級工程師，從事鎳冶煉過程物料檢測分析技術研究工作。

（責任編輯：張瑞洋）