提高生鐵磷含量分析數據準確度方法的實踐

于 惠，楊惠蘋

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

生鐵是煉鋼的重要原料，其中碳、硅、錳、磷、硫、鈦六大成分的含量對生鐵的質量具有重要影響，尤其是生鐵中磷含量對煉鋼生產工藝操作影響較大，因此準確測定出生鐵中磷含量對煉鐵、煉鋼操作具有重要指導意義。目前生產中生鐵磷含量的檢測的方法是X-熒光光譜儀，但需要定期采用吸光光度法對X-熒光光譜儀檢測方法進行效驗，吸光光度計法效驗具有適用濃度范圍廣，分析成本低、操作簡便迅速、靈敏度高、準確度高等優點[1]。目前天津市新天鋼聯合特鋼有限公司（下稱天鋼聯合特鋼公司）由于冶煉工藝改進，引入了磷含量更高的生產原料，使得生鐵中磷含量較之前大幅上漲。在實際生產中發現，當生鐵中磷含量＞0.150%時，吸光光度法經常出現測定數值偏低且不穩定的情況。

為了提高高磷生鐵磷含量測定的準確度，本文對現有吸光光度法測定高磷生鐵磷含量數值偏的問題進行了研究，從樣品溶解條件、試劑加入量、比色皿規格三方面，對吸光光度法檢測生鐵磷含量的工藝進行了改進，并對檢測工藝改進后的實踐結果進行了分析。

1 吸光光度計分析法

1.1 儀器及器具

721 分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）；DL-1 電爐（上海喆鈦有限公司）；100 ml 錐形瓶（四川蜀玻有限責任公司）；100 ml 容量瓶（四川蜀玻有限責任公司）。

1.2 生鐵磷檢測用試劑

濃硝酸：≥98.0%（天津市凱信化學工業有限公司）。

高錳酸鉀：≥99.5%（天津市申泰化學試劑有限公司）。

鉬酸銨：≥99.0%（天津市凱達化工廠）。

酒石酸鉀鈉：≥99.0%（天津市恒興化學試劑有限公司）。

氟化鈉：≥98.0%（天津市申泰化學試劑有限公司）。

氯化亞錫：≥98.0%（天津市風船化學試劑科技有限公司）。

硝酸溶液：1:1（體積比），將一份濃硝酸與一份蒸餾水混勻。

高錳酸鉀溶液：25 g/l, 稱取2.5 g 高錳酸鉀溶于水中，稀釋至100 ml，混勻，可適當加熱至溶解完全。

鉬酸銨-酒石酸鉀鈉溶液：80 g/l-80 g/l，稱取8 g酒石酸鉀鈉溶于水中，再稱取8 g 鉬酸銨溶于水中，稀釋至100 ml，混勻，可適當加熱至溶解完全。

氟化鈉-氯化亞錫溶液：24 g/l-4 g/l，稱取24 g氟化鈉溶于水中，再稱取4 g 鉬酸銨溶于水中，稀釋至1000 ml，混勻，可適當加熱至溶解完全.

1.3 生鐵樣品制備

取生鐵樣品，首先使用臺鉆去除表皮雜質，然后取三點鉆孔得到粉末。將粉末放入鐵缽中研磨，采用80 目篩網過篩，獲得待測樣品[2]。

1.4 生鐵磷檢測方法及步驟

（1） 稱取待測樣品0.2000 g 于100 ml 錐形瓶中，隨同實驗做系列標準樣品及空白。加濃硝酸25 ml，水浴加熱3 min 使溶解，取下，流水冷至室溫；用脫脂棉過濾于100 ml 容量瓶中，將濾液稀釋至刻度，混勻備用，獲得母液。

（2）吸取母液25.00 ml 于100 ml 錐形瓶中，加入硝酸溶液5 ml，于電爐上加熱至沸。滴加高錳酸鉀溶液6 滴，繼續加熱氧化1.5 min，取下；立即加入鉬酸銨-酒石酸鉀鈉溶液5 ml，搖勻；再加氟化鈉-氯化亞錫溶液20 ml，搖勻，得到待測試液。

（3）將分光光度計調至650 nm 波長，以水為空白比色，使用0.5 cm 比色皿進行測試。先測定系列標準樣品的吸光度值，建立標準曲線；再測定待測樣品的吸光度值，由標準曲線對應出待測樣品磷含量數值。

2 原有方法存在的問題及解決方法

2.1 樣品溶解問題及解決方法

由于現實生產生中鐵樣品磷含量較高，原有方法中樣品酸溶水浴加熱3 min 無法保證樣品中的磷完全溶解，因此我們對溶解條件進行改進實驗。分別采取延長水浴加熱時間和改用電爐加熱兩種方式進行實驗（見圖1、圖2），對所得試液進行了測定，并將測定結果與標準值進行對比，對比結果如表1 所示[3]。由表1 顯示的實驗數據可以看出，電爐加熱3 min 所得數據更接近標準樣品的標準值。

表1 通過延長水浴鍋加熱時間和電爐加熱3 min，標準樣品的測定值

圖1 水浴加熱情況

圖2 電爐加熱情況

為對比測試結果穩定性，將標準值為0.097%的標準樣品分別采用水浴加熱3 min 和電爐加熱3 min 所得試液在不同時間段內進行測定，測定結果如表2 所示。由表2 顯示的實驗數據可以看出，電爐加熱3 min 所得樣品試液的數據穩定性更高。綜上所述，利用電爐加熱比水浴加熱所得樣品的分析結果準確度和穩定性均更高。

表2 水浴加熱3 min 與電爐加熱3 min 測定數據穩定性對比 /%

2.2 試劑加入量問題及解決方法

由于高磷生鐵樣品中磷含量較一般生鐵高，原有方法中氟化鈉-氯化亞錫溶液試劑20 ml 的加入已經量無法保證樣品可以充分反應。因此，進行了增加氟化鈉-氯化亞錫溶液加入量的實驗[2]，以測試其對實驗分析數據的影響，測試結果如表3 所示。由表3 顯示的實驗數據可以看出：隨著還原劑的加入量的不斷增加，測定值與標準值越來越接近；當加入量增加到60 ml 時，測定值與標準值最為接近；當加入量超過60 ml 時，測定值無明顯變化。因此可以得出，還原劑的加入量60 ml 為最合適。

表3 氟化鈉- 氯化亞錫溶液的加入量對測定結果的影響

2.3 比色皿規格問題及解決方法

原方法中使用的是0.5 cm 的比色皿。按照容器越小，引入誤差相對量會越大的思路，我們決定從比色皿的規格大小進行研究[2]。選用0.5 cm、1.0 cm、2.0 cm 的比色皿分別對標準值為0.094%和0.189%的標準樣品連續測定五次，并對每組實驗結果進行極差值計算。測試結果和極差值如表4 所示。由表4 顯示的實驗數據可以看出：0.5 cm 的比色皿確實引入了較大的相對誤差，隨著比色皿規格的增大，每組實驗結果的極差值均在減小；當采用2.0 cm 比色皿進行測試時，兩組測試數據的極差值均在誤差范圍內（≤0.005%），能夠達到實驗預期要求。

表4 選用規格不同比色皿測定數據結果的穩定性情況

3 新方法準確度和穩定性分析

3.1 新方法準確度分析

根據以上實驗可得，最佳測試條件為采用電爐加熱3 min 溶解樣品、增加氟化鈉-氯化亞錫溶液加入量至60 ml、采用2.0 cm 比色皿進行測定。按照新方法對磷含量不同的一系列生鐵標準樣品進行測定，結果如表5 所示。對表5 顯示的測定數據進行分析，數據誤差均≤0.005%，在允許范圍內，說明新方法能夠滿足預期要求的準確度[4]。

表5 使用新方法對一系列生鐵標準樣品測定結果

3.2 新方法穩定性分析

為表征新方法的數據穩定性，利用新方法對磷含量不同的一系列生鐵標準樣品在不同時間段內進行重復測定，得到結果如表6 所示。從表中可見，各生鐵標準樣品在5 min 內多次測定時，所得分析結果極差值最大為0.004%，滿足允許誤差要求。說明新方法能夠達到預期要求的穩定度[5]。

表6 對一系列生鐵標準樣品不同時間段測定結果

4 結語

為了解決原有吸光光度法分析高磷生鐵含磷量存在的問題，本文從吸光光度法分析生鐵含磷的樣品溶解條件、試劑加入量、比色皿規格三方面入手，探究不同條件下高磷生鐵樣品中磷含量的實際檢測效果。實驗結果表明，電爐加熱3 min 溶解樣品、增加氟化鈉-氯化亞錫溶液的量至60 ml 和采用2.0 cm 比色皿為最佳測試條件，可以極大提升吸光光度法檢測高磷生鐵樣品中磷含量的準確度和穩定性，新的測試方法完全能夠滿足生產要求，值得推廣應用。