利用X射線熒光光譜快速分析高錳生鐵錳含量

張 勇 王青竹 張霄霄 王春燕

（蕪湖新興鑄管有限責任公司，蕪湖 241000）

1 前言

高錳生鐵（又稱鏡鐵）是用錳礦石經過高溫冶煉富錳渣時產生的一種衍生產物，其錳含量為6%～20%，它是區別于高爐冶煉的鐵水澆筑而成的鑄鐵。朱青德等[1]已在頂吹轉爐冶煉過程中成功實驗用高錳生鐵替代硅錳合金、增碳劑等原輔料，從而起到降本增效作用。

現公司也計劃采購一批高錳生鐵進行實驗，因此需要檢測中心提供高錳生鐵的化學成分以供生產及結算。利用熒光光譜法檢測生鐵各成分的文獻有很多[2-5]，文獻中提及的生鐵為適合熒光光譜分析的形狀規則的球拍樣或圓柱體樣，而本實驗中的高錳生鐵為不規則的塊狀樣（如圖1），因其硬度大無法直接鋸或切割加工，只能鉆屑分析。屑狀生鐵樣錳的檢測常采用國標法[6-8]，但國標法操作過程復雜繁瑣，分析時間長，所用試劑多，很難滿足鋼廠快速分析以及環保的要求，且國標法僅適合錳含量為0.001%～4.00%的生鐵檢驗。李帥[9]等人采用灼燒-氧化劑預氧化-熔融的方式利用熒光光譜儀成功分析了生鐵屑中錳（最大ω（Mn）%=1.66%）、硅、磷的含量，本實驗結合檢測中心的實際情況進行了探索。

圖1 高錳生鐵形狀

2 實驗

2.1 儀器及測量條件

ARL9900型波長色散 X-射線熒光光譜儀（美國Thermo公司），銠靶X光管，功率3.6 kW； HNJC-L4D融樣爐；儀器的測量條件見表1。

表1 儀器的測量條件

2.2 試劑

無水四硼酸鋰（分析純）；20%（m/m）溴化銨（分析純）；硝酸（分析純）；50%（m/m）硝酸鋰（分析純）；純錳標樣（ω（Mn）%=99.1%，鋼鐵研究總院）；生鐵標樣YSBC37026-09（ω（Mn）%=0.14%，鄭州機械研究所）。

2.3 實驗方法

稱取屑狀高錳生鐵試樣0.400 0g置于鉑黃坩堝中,加入（V/V=2:1）硝酸15mL，待劇烈反應停止后，置于電熱板低溫區域進行加熱，直至試樣完全溶解，并繼續加熱至溶液完全蒸干，取下鉑黃坩堝冷卻至室溫，再稱取無水四硼酸鋰6.0000g，移取2mL硝酸鋰，8滴溴化銨溶液于已冷卻的鉑黃坩堝中，然后將其置于預先設定至1050℃的熔樣爐中，熔融10min，取出玻璃樣片冷卻待測試。

3 結果與討論

3.1 取樣

因高錳生鐵為不規則，硬度大的生鐵塊，直接鋸或切割加工難度較大，因此采用鉆頭取樣。本實驗使用直徑為12mm的硬質合金鉆頭進行取點，鉆取屑狀樣品。鉆樣時需將表層鉆取的屑狀樣丟棄，直至鉆到銀白色屑狀樣才可。

3.2 分析方法選擇

一般的生鐵為高爐生產過程抽查的圓柱樣或球拍樣，通過銑樣機或砂帶磨樣機將分析面磨制光滑即可用熒光光譜儀實現快速分析；還有一種是因生產過剩或成分不適合下道工序，通過鑄鐵機澆筑而成的長方體鑄鐵塊，因硬度大無法切割加工，只能鉆取屑狀樣按照國標進行化學成分分析。而高錳生鐵外形上和后者相似，因此亦可采用化學方法進行分析，但存在操作繁瑣，分析周期長，所用到的試劑多等問題，因此選取本實驗中的方法進行嘗試。

3.3 制樣條件選擇

熒光光譜儀對被分析的玻璃樣片要求均勻無缺陷，實驗根據實際情況進行了設計，實驗條件及實驗現象見表2。通過實驗，考慮到成本及分析效率因素，最終確定制樣條件為采用（V/V=2:1）硝酸對高錳生鐵屑進行除碳及預氧化，然后按照重量比為15:1的比例稱取助溶劑，在1050℃的熔融爐中融樣10min后取出冷卻。

表2 實驗條件及實驗現象

3.4 繪制工作曲線

實驗室現有純錳標樣及部分生鐵標樣（錳標值最高含量僅為1.84%），因此考慮利用純錳標樣和錳標值最低含量為0.14%的標樣來配制一定梯度含量的標樣，配制公式[10]如下：

式中：

mi：i種標樣的稱樣質量，g；

mj：j種標樣的稱樣質量，g；

A：兩種標樣的稱樣總質量，g；

Wi(M)：i種標樣中某元素（M）的質量分數，%；

Wj(M)：j種標樣中某元素（M）的質量分數，%；

Wx(M)：欲合成標樣中某元素（M）的目標質量分數，%。

按照式（1）配制的標樣Mn含量范圍為0.14%～21.82%，按照3.3的樣品制備條件來進行標樣制備，并繪制新的分析曲線，線性相關系數為0.99984，如圖2。

圖2 分析曲線

3.5 準確度測試

按照3.4的方法，配制了理論錳標值為18.4977 %和6.4512%的標樣，以及隨機抽取兩個試樣，分別使用熒光光譜法和GB/T 223.63-2022《鋼鐵及合金 錳含量的測定 高碘酸鈉（鉀）分光光度法》進行分析，結果見表3。

表3 不同分析方法比對結果

3.6 穩定性及人員間比對

不同人員分別對3組樣品進行穩定性分析，結果見表4。

表4 同一試樣穩定性驗證結果表

4 結論

1）對于通過鋸切等加工手段不易制備的不規則高錳生鐵試樣，可以采用鉆取鐵屑的方式進行取樣，但需注意去除表層鐵屑以及鉆樣深度。

2）采用（V/V = 2:1）硝酸低溫加熱的方式處理生鐵屑狀樣，操作方便、簡單，為處理其他類似含碳量高的試樣提供了方法參考。

3）利用本實驗中的方法處理試樣，既解決了腐蝕鉑黃坩堝的問題，也為其他類似試樣實現用熒光光譜法快速檢測提供了方法參考，同時還可擴展分析高錳生鐵或其他類似試樣的其他元素。