红外吸收光谱法测定硅铁中硫含量

吕晓东（宁夏产品质量监督检验院）

硅铁是以兰炭、钢屑和硅石为原料，在电炉中冶炼而成的铁硅系合金。由于硅和氧的亲和力很大，极易生成二氧化硅，所以硅铁是炼钢时常用的脱氧剂，同时由于SiO2生成热较大，在脱去钢水中氧的同时，也有利于提高钢水的温度。同时，硅铁还可作为合金元素添加于各种弹簧钢、耐热钢、轴承钢、低合金结构钢及电工硅钢之中。

近年来，国际上受电能紧张和硅石匮乏的限制，世界硅铁生产基地正逐渐向中国转移。作为重要的硅铁出口国，2007年，我国出口到日本、韩国、荷兰、美国、比利时、印度、意大利及我国台湾省的硅铁总量达120.66万吨。2010年全年中国硅铁产量为5108710.38吨；2011年1-10月，全国硅铁的产量达478万吨，同比增长12.23%。

目前，国家标准中规定的硫的分析方法是色层分离硫酸钡重量法测定硫量：GB/T4333.7-1984。在低硫情况下，硫酸钡不易完全沉淀，检测结果的重复性不好，复样频次高，检测步骤繁琐，检测效率低，成本高，不能满足日常检验中的需求。利用高频燃烧红外吸收法测定硅铁样品中的碳硫含量，试验周期短，精密度高，准确度好，但目前国家标准中尚未收录此类分析方法。本实验室经过长时间的实验，建立了高频燃烧红外吸收光谱法测定硅铁中硫含量的方法，并摸索出一套最佳分析条件，供大家参考。

1 试验部分

1.1 仪器

HCS-140高频红外碳硫分析仪（上海德凯仪器有限公司）。

坩埚为红外分析仪专用坩埚；

钨粒锡粒和纯铁等各种助剂空白值，ω碳＜0.0005%，ω硫＜0.0005%；

气体：工业氧气（纯度≥99.95%）。

1.2 试验方法

将瓷坩埚在l100℃温度下灼烧3h，冷却后贮存于干燥器中备用。打开仪器电源开关和高频开关，预热仪器，使设备处于正常稳定运行状态，设置最优分析参数。清理燃烧炉内残灰，视情形更换CO2和H2O吸附剂，打开氧气开关，检查燃烧炉及系统气密性，确认正常后待用。

将处理好的坩埚放于天平上，称取锡助熔剂0.2g，将天平清零后称取试样 (0.150±0.015)g于坩埚中，再秤取纯铁0.5g、钨粒1.6g，均匀覆盖于试样上，于高频红外碳硫仪上进行分析。

2 测定条件

2.1 助熔剂配比

将锡、纯铁和钨三种试剂单独做为助熔剂，或采用锡+钨、铁+钨、锡+铁、锡+铁+钨4种组合方式为混合助熔剂，分别进行试验。结果表明，三种试剂单独做助熔剂时样品熔融不完全或状态差，易飞溅、板结，最大板流变化大，信号响应值低，吸收曲线锯齿状明显。

采用锡+钨、铁+钨和锡+铁的组合为助熔剂时，样品或信号值低，吸收曲线峰形差；或坩埚内壁及边缘黑麻点多；或易飞溅、板结；锡+铁的吸收曲线呈锯齿状。

采用锡+铁+钨的组合方式，则信号值高、数据重复性好，样品熔融完全，表面平滑，无明显飞溅，坩埚内壁较干净，吸收曲线顺滑，峰型好。

2.2 助熔剂加入量

当纯铁加入量一定时，粉尘随混合助熔剂中锡含量减少而减少；实验结果表明，当Fe加入量为 0.5g、Sn加入量为0.2g、W加入量为1.6g时，样品熔融状态好，释放曲线状态也好，测试结果的读数与祥品含量接近，数据稳定。

2.3 助熔剂加入次序

当先加入锡粒于坩埚底部，再把样品加在锡粒上，再依次加入纯铁和钨粒时，测定数据重复性和再现性均较好。加入锡粒可以起到降低硅铁样品的熔点，加速燃烧及搅拌的作用；硅铁电磁感性性低，加入导电导磁性能好的纯铁，可以使反应顺利进行；钨在通氧时于650℃开始氧化生成三氧化钨，这一过程会释放出大量的热量，能显著改变样品的熔化特性，提高熔融物的热容，并且三氧化钨的生成有利于CO2和SO2的析出，同时三氧化钨在850℃时显著升华，增强碳和硫的扩散速率，使其充分氧化释放，利于碳和硫的测定。纯铁和钨粒覆盖在试样表面还能防止试样燃烧时易飞溅的问题。

2.4 样品称量

根据以上确定的实验条件，取已知硫含量的硅铁标准样品，分别称取不同样量进行比较分析。当称取试样＞0.4g时，样品燃烧剧烈，坩埚内壁飞溅污染严重，有时甚至会造成石英管打火，测定结果误差大；当称取试样量在0.2～0.3g时，测定结果重复性和再现性不好；当称取试样量＜0.10g时，由于称样误差较大，造成实验结果不稳定，波动较大。实验结果表明，在样品中硫含量＜0.010%时，称样量为0.15g时，测定结果较好。

2.5 分析时间与截止电平

选择不同硫含量范围的硅铁样品，根据上述确定的实验条件进行测定，分析参数中的截止电平由1～10，分析时间由30～40s不同。实验结果表明，本方法中分析时间为35s，截止电平为7时测试数据较好。

2.6 精密度试验

表1 精密度试验 （n=10，%）

表2 实际测试结果

3 试样的分析

3.1 分析参数

分析前预吹氧时间15s，分析时间35s，截止电平为7。

3.2 实验方法

在坩埚内先加入锡助熔剂0.2g，然后加入 （0.150±0.015）g试样，再加入0.5g纯铁，最后加入钨粒1.6g。将坩埚放在高频燃烧炉支座上，升到燃烧位置，进行分析。每个试样分析2～3次，取平均值报出结果。

4 结论

从以上结果可以看出，采用HCS-140型高频红外碳硫分析仪对硅铁标准样品中硫含量进行分析，实验周期短，数据再现性好，测试误差远远小于国家标准GB/T4333.7-1984中所规定的允许差0.0025%，能够满足企业日常检验的需要。

[1]GB/T4333.7-1984色层分离硫酸钡重量法测定硫量

[2]马小东，张长均.超低碳硫的在线分析 [J].冶金分析，2007,27（增刊）：40-43

[3]刘文玖，谢金玑.高频红外吸收法测定铁矿石中总硫量[J].冶金分析，2002,22（4）：59-60