自动测氟仪快速测定铁矿石中氟含量

张丽伟，王 凡，田小亭，张 磊，王 玥

(内蒙金属材料研究所，内蒙古 包头 014030)

氟元素是铁矿石中常见和最主要的有害杂质元素之一。在冶炼过程中，氟的燃烧产物以气体或气溶胶的形式存在，引起人体氟中毒，污染地下水，给环境造成负担[1-2]。另外，氟元素对炉子的腐蚀性强，超过4%～5%时，破坏作用明显，必须采取措施增加炉渣的流动性。因此，氟元素的含量是考察铁矿石是否优质的指标之一。

目前，检测铁矿石中氟含量常用的方法有碱熔-离子选择电极法[3-4](GB/T6730.28-2006)、高温水解-离子色谱法等[5-7]。这两种方法实验流程复杂、实验人员全程跟进、配置试剂比较多、高温熔样。SDF3000自动测氟仪是根据高温燃烧水解-氟离子选择性电极法测定煤中氟含量：在1100 ℃条件下，试样(添加石英砂)在氧气和水蒸气混合气流中燃烧，水解，试样中氟全部转化为挥发性氟化物(SiF4或HF)并定量的溶于水中，以氟离子选择性电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，直接测定试样中氟离子浓度。该方法简便、需配置试剂少，自动化程度高。该仪器是湖南三德厂家针对煤中氟含量的测定而生产的。本文主要分析探讨该仪器能否用于测定铁矿石中氟元素的含量。

1 实验部分

1.1 仪 器

1.1.1 仪器组成

湖南三德生产的自动测氟仪主要结构包括高温炉、进样机构、氧气气路系统、冷凝水箱、水蒸气供应系统、高温水解收集装置、分析池装置、液体转移装置、整机控制系统等部分。

1.1.2 仪器性能指标

整机重量：75 kg，最大功率：2 kW，电源电压：220 v/50 Hz；检测限：100 ppm～10%，单样测试时间：60 min，升温时间：25～30 min，工作炉温：(1100±5)℃。

1.1.3 仪器工作流程

实验流程主要分为高温燃烧水解、氟离子收集、pH调节、氟分析取样、定容、测试等六个环节。

1.1.4 仪器工作原理

高温燃烧水解-氟离子选择性电极法测定煤中氟含量：在1100 ℃条件下，试样(添加石英砂)在氧气和水蒸气混合气流中燃烧，水解，试样中氟全部转化为挥发性氟化物(SiF4或HF)并定量的溶于水中，以氟离子选择性电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，直接测定试样中氟离子浓度。

1.2 试 剂

需配置的试剂主要有：NaOH溶液(10 g/L)100 mL、Na3C6H5O7·2H2O-KNO3总离子强度缓冲溶液(147 g Na3C6H5O7.2H2O和10 g KNO3溶于400 mL水中调节pH=6.0，定容于500 mL容量瓶中)、KCl饱和溶液、溴甲酚绿-乙醇指示剂(0.1 g溴甲酚绿溶于100 mL乙醇溶液中)。

1.3 试样制备

按照GB/T10322.1进行制取样。试样应全部通过0.100 mm筛孔。

1.4 工作曲线的制备

准备100 μg/mL氟标准溶液，根据铁矿石中F元素含量范围，制备工作曲线，由于铁矿石中F含量较低，从标准溶液中分别分取1 mL、3 mL、5 mL、7 mL、10 mL定容至100 mL容量瓶中，制成工作曲线(当F元素含量<1%时，可以使用本曲线)。标准曲线相关系数为0.9996，斜率为58，符合仪器性能指标要求(仪器要求相关系数为>0.9990，斜率>55)。

图1 氟元素标准曲线

2 结果与讨论

2.1 称样量

铁矿石中氟含量较低，需增大称样量来提高离子强度从而提高结果准确性，但是样品量太多会使水解不彻底，并且吸收的氟元素过多容易损坏石英舟、冷凝管的玻璃组件，因此本实验采用0.25 g称样量，精确至0.0001 g。

2.2 准确度和精密度实验

使用自动测氟仪对5个铁矿石类标准样品进行实验分析，称取0.25 g标样，配置好试剂，按照仪器操作规程进行实验，同时采用国标GB/T6730.28-2006进行比对实验，实验结果见表1。

表1 标准样品中氟元素测定结果(n=5)

实验结果表明，使用自动测氟仪法和国标法的测定结果均在标样的不确定度范围内，准确度较好。

另外，根据5次实验结果对F元素进行精密度计算，5个标样相对标准偏差RSD在0.452%～0.850%之间，本实验方法的RSD值较小。

2.3 实验方法可行性分析

自动测氟仪测定的铁矿石标准样品偏差在不确定度范围内，准确度和精密度均满足要求。

自动测氟仪高温水解实验温度为1100 ℃，燃烧时间为 30 min，氧气流量为400 mL/min。根据李颖娜等的研究，铁矿石类试样水解温度高于1000 ℃时，水解时间高于25 min，氧气流量为400 mL/min，样品能够充分水解，氟元素能完全释放[1]，由此可见，本仪器实验参数能够使铁矿石类试样充分水解。水解后，试样中氟离子通过收集吸收、pH调节、定容、然后以氟离子选择性电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，测定试样中氟离子浓度。

3 结 论

通过实验结果分析，自动测氟仪测定铁矿石中F元素的准确度满足实验要求，该仪器可用于矿石类中F元素的测定。

自动测氟仪进样、分析、结果计算完全自动化，整机单样实现无人值守，电极参数自动标定，提高了实验效率。