硼铁合金中硼、硅、铝含量分析方法的研究

赵宗明

(安徽省地矿局332地质队测试中心 安徽黄山 245000)

硼铁合金作为炼钢添加剂，应用于钢的品种冶炼，在炼钢生产中被广泛使用。硼铁合金中硼、铝、硅含量的准确测定对该合金产品质量的检验和炼钢生产工艺的控制十分重要;硼铁合金中硼［1－5］、硅［5］和铝［6］含量的测定有很多种方法，大多步骤繁琐，分析时间长;从文献检索的情况来看，利用大型仪器和化学方法相结合，对硼铁合金中硼、铝和硅成分的快速检测是完全可行的。

本法使用试剂种类少，操作简便，选择混合溶剂熔融，使试样分解，盐酸溶液浸取，熔样时引入大量钠盐，产生的基体效应对测定有影响，但可以采用基体匹配方法克服;同时通过稀释溶液体积，以减少盐类的影响。结合电感耦合等离子体原子发射光谱分析技术，选择仪器最佳工作条件，确定校准曲线，完成了硼铁合金中硼、铝和硅含量的快速、准确测定，结果满意。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

美国TJA公司IRIS advantage等离子体光谱仪。

盐酸，无水碳酸钠(固体)、过氧化钠(固体)，铝标准溶液:10μg/mL，用金属铝配制;硅标准溶液:50μg/mL，用高纯二氧化硅以碳酸钠熔融配制;硼标准溶液:0.5㎎/mL，用硼酸基准试剂配制;实验室用水均为去离子水或蒸馏水。

1.2 仪器故障条件

积分时间:短波段15S，长波段5S。功率: 1150W;冷却气:14L/min;辅助气:1.0 L/min;载气:1.0L/min;泵速:100r/min，雾化压力:22pis，氩气压力:0.4Mpa。

1.3 实验方法

称取0.2000g试样，置于预先加入2.0g－2.5g无水碳酸钠的30mL的铁坩埚中，混匀，加入3g－4g过氧化钠，混匀后再覆盖0.5g－1g过氧化钠，移入780℃－820℃的马弗炉中将试样熔融分解。取出冷却，将试样置于预先加入100 mL水的400mL烧杯中，加入50 mL盐酸(1+1)至溶液清亮，将溶液置于电热板上加热煮沸5min，取下冷却，将溶液转入500 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀;分取此溶液25.00 mL于100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀;在仪器工作条件下测定。

2 实验与讨论

2.1 样品熔(溶)解实验

硼铁合金试样的分解，本法采用微波消解－酸溶解试样和使用铁坩埚碱熔融试样进行了试样分解的条件实验，由此得:微波消解所需的试样分解时间累计为25min;高温熔融所需的时间分别是750℃需6min、850℃需3min、800℃需4min，因此选择高温熔融的方法分解试样。

2.2 高温熔融不同器皿的实验

在高温熔融条件下，通过使用镍坩埚、铁坩埚熔融试样，进行基体干扰试验，结果发现选择铁坩埚对测定结果满意，故使用铁的基体配制校准曲线。

2.3 仪器工作条件

2.3.1 发生器功率的确定

提高射频发生器(RF)功率，增进能量传递的效率，是达到等离子体强化状态的一项有效措施，试验了RF功率由0.95kW逐步提高到1.55kW，当功率增大时，背景强度也随之增大，信背比减小。随着功率的增大，信噪比逐渐下降并趋于平缓。同时综合考虑到火焰的稳定性，故将高频功率设置成1150W为宜。

2.3.2 雾化器压力的确定

由于载气流量增大使溶液的吸出速率增大，进入等离子体的分析物量增大，雾化去溶干扰增大，并且使样品过分稀释，使其在ICP通道中的平均停留时间缩短，不利于激发－电离过程的完成。只改变雾化器压力，并保持其它测定参数不变，使之分别在不同雾化器压力条件下进行样品溶液的测定。发现随着雾化器压力的增大，信噪比逐渐升高，但升高到一定程度后信噪比趋于平缓，综合考虑后，硼铁测定将雾化器压力设置为22pis为宜，磷铁测定将雾化器压力设置为27pis为宜。

2.3.3 辅助气流量的确定

只改变辅助气流量，并保持其它测定参数不变，分别在不同辅助气流量的条件下进行样品溶液的测定。发现辅助气流量对元素信噪比影响不大。考虑到实际工作中辅助气增大可减少对炬管的侵蚀，故辅助气流量设置成1.0L/min。2.3.4 分析谱线的选择

谱线选择及背景扣除:选择合适的谱线和背景扣除的方法非常重要。进行多元素分析时要尽可能选择波形完整，成像位置好，共存元素之间无光谱干扰，波长差值大，强度适中的谱线作为待测元素的分析线。结合TJA公司软件的特点，通过背景和干扰元素校正功能，试验了各材料元素的多条谱线，确定了适宜的分析谱线和背景校正点，见表1。

表1 分析谱线

2.4 干扰及校正的确定

一般而言，ICP光源干扰是较小的，但仍有由于试液的物理特性不同而引起的物理干扰和元素间光谱干扰存在。硼铁合金中主体元素为硼、铁等，其中在试样溶解过程中生成大量盐类。经过实验，我们在绘制标准曲线的标准溶液中加入适量铁基匹配，消除物理干扰;采用选择干扰少的谱线和扣除背景的方式消除光谱干扰。

2.5 校准曲线

用分取后的空白试验溶液作基体，按1.3方法处理，根据试样中各成分含量范围的变化，向基体溶液中加入不同量的标准溶液，绘制校准曲线，硼、硅和铝的线性回归方程分别为:yB=5.2863x－3.4043、ySi=18.9634x+1.9737、yAl=7.2735x+ 0.5721，线性相关系数均大于0.999。

2.6 精密度实验

随机选择一试样，在不同时间内用本法测定，结果见表2。

表2 精密度试验

由表2知，本法不同测定项目、不同含量的相对标准偏差在0.46%－4.69%范围内，可满足分析误差的要求。

3 样品分析及结果对照

按照实验方法对试样中的硼、硅、铝含量进行测定，并将测定结果与国家标准分析方法的结果进行对照，结果见表3。

表3 方法比对实验

由表3知，本法和标准分析方法的测定结果误差较小，能满足生产检验的要求。

4 结论

本法采用碱熔融分解试样，选用铁基体，加入标准溶液为校准曲线，在不需要加入内标元素的条件下，可以直接应用电感耦合等离子体原子发射光谱分析技术同时测定硼铁合金中硼、硅和铝的含量;本法试剂加入少，操作简便，可实用于生产检验。

［1］ 朱春霞.酸碱滴定法快速测定硼铁中硼［J］.山东冶金，2008，30(3):57－58.

［2］ 罗倩华，王克娟.微波消解一电感耦合等离子体原子发射光谱法测定硼铁中硼［J］.冶金分析，2007，27 (8):35－38

［3］ 彭昱菲，王本辉，等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定耐火材料中三氧化二硼［J］.冶金分析，2014，34(6):38－41.

［4］ 王慧卿.硼铁合金中硼和铝的联合快速测定.莱钢科技，2010，150(6):74－76

［5］ GB/T 3653.1.3:1988.硼铁化学分析方法［S］.

［6］ GB/T 3653.4—2008.硼铁［S］.