丁玉献,孙英伦
(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司 品质保证部,山东 济南 271104)
硼属于非金属元素,在钢中的成分含量很少,但实际对钢的性能影响很大,硼的含量与钢的硬度密切相关。最低限度加入硼7PPm已经可以增加钢材的硬度,但当钢中硼的含量超过50PPm时钢材的硬度提升量并不大,因此准确检测出硼铁合金的成分对指导炼钢炉前操作意义重大。目前在实验室中最常用的测定硼铁中硼的方法为国标碱量滴定法,但该方法敏度不是太高,方法较繁琐,且硅铝等元素还要进行分次检测,费时费力,而利用电感耦合等离子体光谱仪(本文中简称ICP分析仪)能简化分析流程,提高了分析速度和准确度。
1.1.1 主要仪器
美国热电的iCAP 6300(电感耦合等离子体光谱分析仪):RF发生器1150W,辅助气体流量 0.5L/min,等离子体氩气压力0.6Mpa,冲洗泵速度100rpm,分析泵速度50rpm,垂直观察高度15.0mm。
1.1.2 试剂
过氧化钠(固体),盐酸(优级纯),硼铁标准样品。水为二级纯净水。
1.2.1 试样预处理
称取0.2000g试样放入预先放有0.5g碳酸钠的镍坩埚中,先混匀,再添加覆盖1g过氧化钠,盖上坩埚盖,在电热炉上加热,将其烘至焦黄,再转入700℃马弗炉中,熔融5min后取出,稍冷,放入预先准备的好盛有100毫升水的聚四氟乙烯烧杯(250mL)中,使熔块中的成分进入溶液中,用水洗净坩埚,用(1+1)盐酸调节至试液澄清,过滤到250mL容量瓶中,用蒸馏水洗涤滤纸和烧杯壁3~4次,先等溶液温度降至室温,再定容至标准刻度,人工晃动容量瓶,使溶液中的成分含量均匀分布。
1.2.2 测量液制备
移取1.2.1中制备好的溶液10mL于100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,待测。
1.2.3 校准溶液的制备
(1)按照2.2.1加入与试样同量的试剂制备空白溶液。
(2)分别移取(1)中制备好的空白溶液10mL于6个100mL容量瓶中。
(3)分别移取1000μg/ mL Fe标准溶液5mL于(2)中盛有10mL空白溶液的6个100ml容量瓶中。
(4)准确移取1000μg/ mL B标准溶液10mL定容于100mL石英容量瓶中,混匀,此B溶液的标准浓度为100μg/ mL。
(5)分别移取(4)中B标准溶液0mL、5mL、10mL、14mL、16mL、20mL,按顺序依次转移至盛有10mL空白溶液和铁标液的6个100mL容量瓶中。
(6)准确移取1000μg/ mLSi标准溶液10mL及1000μg/ mLAl标准溶液10mL定容于100mL容量瓶中,混匀。此混合标准溶液Si、Al浓度均为100μg/ mL。
(7)准确移取(6)中混合标准溶液10mL定容于100mL容量瓶中,混匀,此混合标准溶液Si、Al浓度均为10μg/ mL。
(8)分别移取(7)中混合标准溶液20mL 、16mL、14mL、10 mL、5mL、0mL按顺序依次转移至盛有10mL空白溶液、铁标液及硼标液的6个100mL容量瓶中,定容,混匀。将此作为校准溶液。校准溶液各元素移取体积及含量见表1。
表1 校准溶液各元素移取体积及含量表
图1 标准溶液各组别中硼、硅、铝元素含量
1.2.4 测量
使用iCAP6300分析仪分别测量校准溶液和测量溶液,得到结果并分析。
ICP分析仪新建谱线选择中每个元素有多条谱线,为得到准确数据,需要筛选出最佳分析谱线,通过进行谱线干扰实验,观察子阵列图谱峰图,用标准样品进行验证试验,综合优化选择每个元素的最佳分析谱线,确立了B、Si、Al的最佳分析谱线分别为:B 182.591、Si 288.258、Al 396.152。
对硼铁合金标准样品GSBH42026、GSBH42025及试样编号为M的硼铁分别进行了6次分析测量,结果如见表2。
表2 精密度与准确度实验(n=6) (%)
图2 硼铁合金标准样品GSBH42026、GSBH42025的标准值与平均值
(1)ICP分析仪其设备费用和操作费用相对较高,受水和氩气的纯净度影响较大,氩气消耗量大。
(2)样品一般需预先转化为溶液,有个别元素的灵敏度相当差。
(3)基体效应仍然存在,光谱干扰仍然不可避免。
(4)此外,在进行仪器分析之前,工序相对复杂,时常需要用化学方法对试样进行预处理,同时需要用标准样品校准曲线,很多标准样品使用前必须采用化学分析方法对其含量进行标定(如铝锰铁)。
(1)在过氧化钠碱熔法熔融过程中,升温过快易导致试剂溅出,要先将坩埚放在马弗炉口相对温度较低处,使试剂熔化,再移入马弗炉700℃熔融5min即可。
(2)碱熔浸取后的溶液需要用盐酸调至澄清,使溶液保持弱酸性,保证分析溶液pH 范围为2-3,是最佳分析酸度。
(3)使用ICP分析仪前需进行预热,点火前通5min的氩气,保证实验过程气路稳定,分析样品前进行预冲洗,以防上次使用仪器残留的溶液干扰本次试验结果的准确性。
(1)碱熔融样品能解决酸不溶硼问题,且溶解硅和铝的效果也比酸溶好。
(2)碱熔剂用量实验过程中,由于碱熔融制样有大量钠离子进入溶液,会直接导致溶液中盐分偏高,为了不至于盐分太高又能很好的溶解样品,通过实验确定了先放0.5g碳酸钠,再覆盖1g过氧化钠进行熔融,浸取试剂,按照上述操作定容后分别取10ml溶液进行检测,这样效果更好。
(3)在本文选定的熔样和分析条件下,通过多次实验和实践应用,结果表明使用本法测量硼铁中B、Si、Al,方法简便,结果准确,很好的满足了分析检验和炼钢生产的需要。