ICP-AES法在合金分析中的應用

楊宗強（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣 056404）

ICP-AES法在合金分析中的應用

楊宗強（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣 056404）

介紹了應用ICP-AES法對硅鋁鋇合金中的硅、鋁、鋇元素成分進行分析的情況。硅鋁鋇合金試樣的前期處理方法是，用氫氧化鉀和過氧化鈉對試樣進行高溫熔融，用鹽酸進行溶解，然后定容，待測。與化學法比較，ICP-AES法操作步驟簡單，分析結果準確，分析速度快，能夠滿足生產的需要。

硅 鋁 鋇 元素 合金 試驗 溶樣 分析

1 前言

硅鋁鋇合金是由硅、鋁、鋇及鐵元素組成的多元素復合鐵合金品種，屬于復合脫氧劑系列。硅鋁鋇合金可以替代純鋁作為脫氧劑，降低煉鋼生產成本。同時，硅和鋁的脫氧產物形成復合夾雜物，容易從鋼液中排除，從而可以生產出純度較高、質量較好的優質鋼。鋇能提高鋼的變形穩定性，減少夾雜物數量，因此硅鋁鋇合金在煉鋼工業中得到大量的應用[1]。天鐵對硅鋁鋇合金的用量很大，采用的分析方法是化學分析方法，對硅元素的分析采用的是硅鉬藍光度法，對鋁元素的分析采用的是EDTA滴定法，對鋇元素的分析采用的是重量法，該方法分析步驟繁瑣，分析時間長（分析一個試樣要兩天的時間），操作人員的勞動強度大，人為誤差大，不能滿足快速生產對分析檢驗工作的要求。ICP-AES法的特點是檢出限低，分析結果準確，操作步驟簡單，分析速度快，可多元素同時分析。為了滿足天鐵降成本，快速分析的要求，應用ICPAES法對硅鋁鋇合金中的硅、鋁、鋇元素成分進行分析，進行了如下試驗，對硅鋁鋇合金的溶樣方法進行了試驗；對氫氧化鉀、過氧化鈉、鹽酸的用量進行了試驗；進行了加標回收試驗；與化學法進行了對比試驗。

2 實驗部分

2.1 主要儀器條件

全譜直讀等離子體原子發射光譜儀：ICAP6300（美國熱電公司）；

垂直觀測高度：15 mm；

RF功率：1 150 W；

輔助氣流量：0.5 L/min；

分析泵速：50 r/min；

沖洗泵速：100 r/min；

沖洗時間：30 s；

最大積分時間：短波范圍15 s，長波范圍5 s。

2.2 試劑和器皿

氬氣:體積分數99.995%；

鹽酸（1+1）；

氫氧化鉀（分析純）；

過氧化鈉（分析純）；

硅鋁鋇合金標準樣品（國家標準參考物質）；

硅元素標準溶液；

鋁元素標準溶液；

鋇元素標準溶液；

銀坩堝。

2.3 實驗方法

稱取0.100 0 g樣品于銀坩堝中，加入1.500 0 g氫氧化鉀，5 ml去離子水，放在電熱板上低溫溶解蒸干，再加入1.000 0 g過氧化鈉放在電爐子上蒸黃使其溶解，再放入馬弗爐（650℃）中熔融10 min，在400 ml燒杯中熱水浸取，加鹽酸（1+1）60 ml煮沸，再定容500 ml容量瓶中，最后抽取10 ml溶液定容于100 ml容量瓶中，待測。

3 試驗過程

3.1 溶樣方法

用ICP光譜儀分析合金試樣，關鍵的分析步驟是對試樣的溶解，分析結果是否準確決定因素也是試樣的溶解。對于硅鋁鋇合金的溶樣方法有多種，有微波消解儀消解法、酸溶法和堿熔法，分別對這三種方法進行了試驗。

微波消解儀消解法：天鐵使用的硅鋁鋇合金的硅元素含量大約為20%，用微波消解儀進行溶樣時，出現硅酸沉淀，分析結果偏低。因此，使用微波消解儀消解法不適用于硅元素的分析。

酸溶法：試驗過程中加入氫氟酸（不加氫氟酸，不能完全溶解，底部有沉淀），化學反應比較劇烈，溫度比較高，部分硅元素生成SiF4氣體揮發掉，使硅元素分析結果偏低，此方法不適用于硅元素的分析。

堿熔法：用氫氧化鉀和少量的去離子水在電熱板上低溫溶解蒸干，再加入過氧化鈉在電熱板上蒸黃溶解，再放入馬弗爐（650℃）中熔融10 min，最后用鹽酸進行溶解，取得了很好的效果，溶解完全，溶液澄清。試驗過程中氫氧化鉀和過氧化鈉對鎳坩堝的腐蝕性太強，鎳坩堝使用壽命短。由于氫氧化鉀和過氧化鈉對銀坩堝腐蝕性不強，銀坩堝使用壽命較長，所以試驗選用銀坩堝。需要注意的是，在電熱板上加熱時，一定要控制好溫度，以免引起噴濺，造成分析結果偏低。

3.2 熔劑和酸用量的選擇

對熔樣來說，熔劑的用量越大熔樣的效果越好，但對ICP光譜儀則不一樣，ICP光譜儀要求鹽含量越少越好，熔劑用量越少越好。試驗結果表明，當熔樣時間為10 min，氫氧化鉀用量為1.500 0 g，過氧化鈉用量為1.000 0 g時，試樣能夠溶解完全；但當氫氧化鉀用量小于1.500 0 g或過氧化鈉用量小于1.000 0 g時，熔樣時間為10 min或更長時間，試樣溶解不完全。故將熔樣時間定為10 min，氫氧化鉀用量定為：1.500 0 g，過氧化鈉用量定為：1.000 0 g。

ICP光譜儀進樣系統管路非常細，對鹽含量和酸都有非常嚴格的要求，鹽含量不能大于2%，對酸來說，分子量越小，粘度越低，對進樣越有利。比較幾種常用酸：硫酸，高氯酸分子量大，粘度大，不利于進樣，一般不使用；氫氟酸，分子量小，粘度低，但對進樣系統有腐蝕性，一般也不使用；硝酸和鹽酸分子量都不大，粘度低，有利于進樣，都適用于中和酸，鹽酸分子量更小，為最佳選擇，故本試驗選擇鹽酸為中和酸。經過多次試驗，當加入55 ml鹽酸（1+1），溶液渾濁，加入60 ml鹽酸（1+1），溶液澄清，分析數據穩定，故選擇鹽酸（1+1）的用量為：60 ml。

3.3 分析譜線的選擇

硅鋁鋇合金中，硅元素含量約為20%，鋁元素含量約為35%，鋇元素含量約為7%,鐵元素含量約為20%-30%，還有少量的鈣和錳。元素含量高，在選擇分析譜線時，一般不選擇最強靈敏線，而選擇次靈敏線，同時樣品中鐵元素含量比較高，排除分析譜線干擾，主要是指排除鐵元素的干擾和硅、鋁、鋇元素之間的相互干擾。

對硅元素選擇3條譜線，波長分別是198.898（470），212.412（459），288.158（117），對鋁元素選擇3條譜線，波長分別是185.580（482），237.312（142），309.271（109），對鋇元素選擇3條譜線，波長分別是225.473（），（），（），通過比較，選擇信背比大、峰形好、鐵元素干擾小，分析元素之間相互干擾小，分析數據穩定性好的3條譜線為分析譜線。結果見表1。

表1 各被測元素的分析譜線

3.4 工作曲線

對工作曲線的繪制用標準物質YSB14609-2001，YSB14608-2001，YSB14607-2001，采用與試樣相同的處理方法，同時按相同步驟制取空白試樣，測定后扣除空白后繪制工作曲線。

4 準確度試驗

4.1 加標回收率試驗

為了進一步考查各元素之間的相互干擾情況，驗證本方法的測量準確性，進行加標回收率的試驗。按實驗方法對標樣YSB14608-2001進行溶樣，然后進行加標回收試驗，最后計算各元素的回收率，結果見表2。

表2 回收率試驗結果

由表2可知，各元素成分的回收率達98%～103%，說明試樣溶液體系中共存元素的影響可忽略，本法測量結果準確。

4.2 精密度試驗

對同一樣品重復熔樣，測量11次，結果見表3。

表3 方法精密度試驗結果

從以上數據可知，本方法的相對標準偏差小于0.7%。

4.3 未知樣品的對比分析

本法對未知樣品進行測定，與化學法進行比較，測定結果見表。

表4 未知樣品對比分析結果w(%)

5 結論

5.1 經過較長時間與化學法對比實驗，分析數據比較穩定，分析誤差均小于0.10%，均在國標允許誤差范圍之內。

5.2 本法操作步驟比較簡單，三種元素同時出分析結果，分析速度快，分析結果準確，降低了操作人員的勞動強度，能滿足天鐵降成本、快速生產的需要。

[1]許傳才.鐵合金冶煉工藝學[M].北京：冶金工業出版社，2008：102-103.

Application of ICP-AES Method to Alloy Analysis

Yang Zongqiang

The paper explains the analysis on silicon,aluminum and barium in Si-Al-Ba alloy by ICP-AES method. The pretreatment of the sample is to melt it with potassium hydrate and sodium peroxide under high temperature,dissolve it with hydrochloric acid,and then dilute to volume for measurement.Compared with chemical method,ICP-AES method meets the production requirement with easy operation,accurate results and fast speed.

silicon,aluminum,barium,element,alloy,test, dissolved sample,analysis

（收稿 2011-03-27責編趙實鳴）

楊宗強，男，2001年7月畢業于安徽工業大學化工工藝（精細化工）專業，工程師，現在天津天鐵冶金集團技術中心從事質量管理工作。