堿熔-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定釩鐵爐渣中釩鐵錳磷

劉瓊鮮，楊睿瑤，楊滿洲，張高慶，王錄鋒

（攀枝花學(xué)院釩鈦學(xué)院，四川 攀枝花 617000）

釩鐵爐渣是鋁熱還原法冶煉釩鐵過程中產(chǎn)生的廢棄物，其中含V2O51.0%～1.5%[1]。目前由于對釩的需求量增大，對低品位的含釩渣類的利用也得到重視，在實際生產(chǎn)過程對釩鐵爐渣中的氧化釩進(jìn)行還原從而實現(xiàn)二次資源利用。釩鐵爐渣中釩等元素含量的高低是決定釩鐵爐渣二次利用的一個重要因素。

目前，關(guān)于釩鐵爐渣中釩、鐵、錳、磷含量的分析尚無國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，微量釩測定方法主要有原子吸收光譜法[2]和X 射線熒光光譜法[3]；微量鐵的測定方法主要有滴定法[4]、分光光度法[5]、X 射線熒光光譜法[6]；微量錳的測定方法主要有原子吸收光譜法[7]、分光光度法[8]，微量磷的測定方法主要有分光光度法[9]、原子吸收光譜法[10]。但這些方法都存在缺陷，如滴定法和分光光度法屬于傳統(tǒng)的濕法化學(xué)分析方法，分析慢，對人員的技術(shù)水平要求較高[11]；原子吸收光譜法不能同時多元素的測定[12]；操作較繁瑣，耗時長，對分析人員的技術(shù)水平要求較高；X 射線熒光光譜法（XRF）靈敏度低，一般分析質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.01% 的元素[13]，因此這些方法無法滿足現(xiàn)代高效、快速、準(zhǔn)確的工作實際需要。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICPAES）因具有操作簡單、檢測耗時少、檢出限低、靈敏度高、適合復(fù)雜體系分析和多元素同時測定等特點[14]，廣泛應(yīng)用于礦石等方面的分析中[15]。本文通過混合熔劑熔融酸化法對樣品進(jìn)行分解，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定釩鐵爐渣中釩、鐵、錳和磷的方法，其結(jié)果可靠，滿足檢測要求。

1 實 驗

1.1 儀器及工作條件

iCAP 6300 型電感耦合等離子體全譜直讀光譜儀（美國賽默飛世爾科技有限公司）：配有高鹽霧化器、高鹽霧化室及氬氣加濕器。

儀器工作條件：RF 發(fā)生器功率為1150 W；輔助氣Ar 氣流量為1.0 L/min；霧化氣流量為0.75 L/min；霧化器壓力為0.22 MPa；泵速為50 r/min；進(jìn)樣管沖洗時長為30 s；觀測高度為12 mm。

1.2 試 劑

高純氧化鋁（純度99.99%）、高純氧化鎂（純度99.99%）、高純氧化鈣（純度99.99%）；YSBC 19823-2017 和YSBC 19824-2017 釩 鐵 爐 渣國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司）；釩、鐵、錳、磷單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（鋼鐵研究總院）：1000 μg/mL；鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：50 μg/mL，釩標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：125 μg/mL，磷標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：1 μg/mL，由各單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液逐級稀釋而成；混合熔劑：無水碳酸鈉與硼酸按質(zhì)量比2∶1 混合、粉碎并搖勻。

鹽酸、無水碳酸鈉、硼酸為優(yōu)級純；實驗用水均滿足GB/T 6682 中規(guī)定的一級水要求。

1.3 實驗方法

準(zhǔn)確稱取0.2000 g（精確至0.0001 g）試樣于混合熔劑袋（預(yù)先由半張定量濾紙折成的錐形袋）中，將試樣與3 g 混合熔劑混勻，疊成錐體并包緊，置于石墨墊底坩堝中。將坩堝移入高溫（約750℃）馬弗爐內(nèi)并打開爐門至濾紙灰化完，再關(guān)閉爐門并將爐溫升至（950±10）℃熔融20～25 min，取出坩堝，稍冷。用鑷子小心地將熔塊取出并清除干凈熔塊表面的石墨粉后，將熔塊放在預(yù)先盛有30 mL 鹽酸（1+1）的燒杯中加熱浸取至熔塊分解完全，再轉(zhuǎn)入到200 mL 容量瓶中并加水定容至刻度線。隨同試樣做空白實驗。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制

稱取6 份0.1200 g 高純氧化鋁、0.0400 g 高純氧化鎂、高純0.0200 g 氧化鈣和3 g 混合熔劑按實驗方法完全消解后分別轉(zhuǎn)移至6 個200 mL 容量瓶中，作為基體匹配試劑。再分別移取適量釩、鐵、錳、磷的標(biāo)準(zhǔn)溶液，置于上述6 個200 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，定容，混勻，最終配制成表1 所示的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中各元素質(zhì)量濃度/（mg·L-1）Table 1 Mass concentration of each element in standard solution series

2 結(jié)果與討論

2.1 譜線選擇

ICP-AES 中，待測元素受到激發(fā)時會產(chǎn)生很多譜線，為確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確，譜線選擇的原則是靈敏度高、穩(wěn)定性好、基體干擾小、共存元素間干擾少的譜線作為分析線[12]。在選擇分析譜線時，根據(jù)iCAP6300 自帶的iTEVA 軟件譜線庫中推薦的譜線及自帶的元素譜線干擾表，每個元素初選2～3 條分析線。在選定儀器條件下，對混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和實際樣品溶液進(jìn)行光譜掃描。排除掉元素間相互干擾的譜線，保留信噪比高、靈敏度高、干擾小的分析譜線。綜合相關(guān)文獻(xiàn)[16-18]考慮，各待測元素的分析譜線分別為釩310.230 nm、鐵259.940 nm、錳257.610 nm 和磷213.618 nm。

2.2 樣品分解方法

樣品分解是本實驗至關(guān)重要的過程，若樣品分解不完全會導(dǎo)致測定結(jié)果偏低。本文研究了兩種樣品分解方法：a.鹽酸-硝酸-氫氟酸；b.混合熔劑熔融酸化法。a 方法處理樣品時發(fā)現(xiàn)分解不完全，這主要是因為釩鐵爐渣中主要礦物相為MgAl2O4、CaAl4O7[1]，其中酸不溶物（Al2O3）含量較高，因此樣品分解不完全。b 方法樣品溶解完全，樣品溶液清亮，故選擇采用混合熔劑熔融酸化法來分解樣品。

2.3 校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)、檢出限及測定下限

在設(shè)定的儀器工作條件下對標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行測定，以待測元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強度為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線，各待測元素校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)見表2。在選定實驗條件下對基體空白溶液連續(xù)測定10 次，以3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法的檢出限，以10 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算測定下限，結(jié)果見表2。

表2 校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)、檢出限和測定下限Table 2 Calibration curve correlation coefficients, detection limits and limit of determination

2.4 方法的精密度和正確度

取2 個釩鐵爐渣國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按實驗方法分別進(jìn)行8 次獨立測定，結(jié)果見表3。從表3 可知：各待測元素測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=8）不大于3.9 %，測定值與認(rèn)定值基本一致，相對誤差（RE）不大于7.7%。表明本方法的精密度良好、準(zhǔn)確度高，可滿足各待測元素的檢測需要。

表3 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果Table 3 Determination results of CRMs

3 結(jié) 論

本文采用混合熔劑（碳酸鈉+硼酸）熔融酸化法高溫熔融釩鐵爐渣樣品，經(jīng)鹽酸浸取熔塊，定容后制備成待測溶液。通過選擇合適的分析譜線、基體匹配法等消除干擾，建立了堿熔-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定釩鐵爐渣中釩鐵錳磷的方法，可用于測定釩、鐵、錳、磷含量范圍分別為0.002%～2.50%、0.003%～1.00%、0.002%～1.00%和0.002%～0.20% 的釩鐵爐渣樣品。本方法精密度良好、準(zhǔn)確度高、操作簡單，可滿足釩鐵爐渣中釩、鐵、錳、磷等元素的檢測需要。