布袋除尘灰、炉灰中氧化钾和氧化钠含量分析方法的研究

姚成虎，王 娟

(马鞍山市产品质量监督检验所 安徽马鞍山 243000)

布袋除尘灰和炉灰是冶金生产过程产生的副产物[1]、[2]，进行样品分析对于指导冶炼过程，保证冶金产品质量具有重要意义。布袋除尘灰和炉灰中氧化钠、氧化钾这一类碱金属有害物质的存在对炉灰的回收利用是有害的，导致高炉碱金属循环富集严重，对高炉顺行和生铁质量等产生不利影响[3]、[4]，因此对其进行含量测定在冶金生产中具有重要指导作用。针对布袋除尘灰、炉灰样品中多元素的分析问题，目前已有的文献资料主要集中在利用火焰原子吸收法、X射线荧光光谱法和近年来发展比较快，分析测定效率较高的电感耦合等离子体原子发射光谱法测定。如张立新[5]、樊鑫[6]等人通过酸融解铁矿石试样，采用X射线荧光光谱法测定钾钠锌锰硫铬镍等多种元素，测定结果与湿法认定值偏差较小，准确度高；郭玉坤[7]、张涛[8]等研究团队通过采用火焰原子吸收法测定矿石中的多种化学元素含量，高效便捷；王彦芬[9]、赵二敏[10]等人采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定矿渣中钾、钠、锂等元素成分，前处理简单，测试准确性，可满足同时测定多种化学成分的要求。通过对多种方法进行分析对照，综合考虑，本实验主要通过采用ICP法对布袋除尘灰、高炉灰两种基体不同的样品进行分析，并通过基体效应影响、不同方法之间的对比分析选定一种适合大批量样品的测试方法。

1 实验部分

1.1主要仪器与试剂

Optima 7000DV电感耦合等离子原子发射光谱仪，测量范围为165 nm-850 nm。

钾标准储备液：1000 μg/ml；钠标准储备液：1000 μg/mL。高纯铁粉(质量分数≥99.98 %)，盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸为分析纯，氩气的纯度不小于99.999 %，实验室用水为二级水。

1.2仪器工作条件

射频功率为1300 W；等离子气体流量15 L/min；辅助气流量0.2 L/min；雾化气流量0.80 L/min；泵流量1.50 mL/min，等离子体观测方向为轴向。K分析谱线为766.490 nm，Na分析谱线为589.592 nm。

1.3实验方法

1.3.1 布袋除尘灰、炉灰样品处理及测定

称取0.1000 g样品置于250 mL聚四氟乙烯烧杯中(平行样两份)，加水润湿，依次加入15 mL盐酸，2 mL氢氟酸低温加热溶解大部分试样，然后加入10 mL硝酸氧化、5 mL高氯酸，加热蒸发至冒高氯酸烟，蒸发至近干状态，取下，稍冷。加入20 mL盐酸(1+1)溶解盐类，煮沸2 min，取下，冷却至室温。

将试样溶液转移至100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，定容，混匀。如有残渣则需进行干过滤处理。如测定结果超出线性范围，则需对试样进行稀释处理，分取10 mL体积至100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，定容，混匀。随同试样做空白实验。

将处理好的样品置于等离子体原子发射光谱仪按照仪器工作条件进行测定。

1.3.2 校准曲线绘制

为保证基体与试样保持一致，选用纯铁加不同浓度梯度的氧化钾、氧化钠标准溶液，分别绘制氧化钠和氧化钾校准曲线。

先将钾标准储备溶液稀释至40 μg/mL备用，钠标准储备溶液稀释至20 μg/mL备用，然后分别按照下表移取相应钾、钠标准溶液体积绘制标准曲线。

表1 校准曲线绘制

空白校准曲线以纯铁校准，纯铁标准溶液配制方法：称取0.1000 g纯铁，用10 mL盐酸溶解后，滴加硝酸氧化，加3 mL高氯酸蒸发至冒烟并继续蒸发至近干，冷却。加入20 mL盐酸(1+1)，加热溶解盐类，冷却至室温，移入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，此溶液1 mL含1 mg铁。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件的选择

等离子体原子发射光谱法在分析物质过程中的原子化、激发过程、电离行为、离子干扰等情况均与仪器设置的射频功率、载气流量、等离子体观测方位高度等参数都有着密切关系。

为达到最优化的仪器工作条件，首先应找到满足信噪比高、检出限低、分析效率高的分析线。因此本试验对仪器工作条件进行优化验证，最终确定等离子体原子发射光谱法最佳工作条件为射频功率为1300 W；等离子气体流量15 L/min；辅助气流量0.2 L/min；雾化气流量0.80 L/min;泵流量1.50 mL/min，等离子体观测方向为轴向。

在等离子体发射光谱仪分析过程中，元素分析谱线的选择对测试结果有着至关重要的影响，直接关系到试验结果的准确性和稳定性。钾的推荐分析谱线有404.414 nm、404.720 nm、766.490 nm、769.896 nm，钠的推荐谱线有330.232 nm、330.299 nm、588.995 nm、589.592 nm。结果表明当选择波形较好、信号强度高、背景低、干扰最少的766.490 nm，589.592 nm分别作为钾和钠的分析谱线为最优工作条件。

2.2 基体效应研究试验

在铁矿石日常金属元素含量分析过程中，样品基体一般为铁基，而本次布袋除尘灰和炉灰样品组成部分含铁差别大，因此为保证基体的一致性，则在样品处理过程中适当补充适量的铁基，使得基体含量在同一水平内，本实验考察了基体对实验结果的影响，分别对样品进行了铁基的研究分析。结果如表2所示。

表2 基体效应验证试验

结果表明：布袋除尘灰样品中铁基占比较高，炉灰样品中铁基占比较低。故在测试时需要补充适量的纯铁使基体保持基体一致，确保结果不受影响。结果表明，随着铁基含量的增加，氧化钾、氧化钠含量测定偏低，反之对于铁基含量低的炉灰样品，如果测定时不加铁基，则会出现氧化钾、氧化钠测定结果偏高。因此，在对于不同基体的布袋除尘灰和炉灰样品进行氧化钾、氧化钠含量测定时，样品铁基总量占比45%-65%之间时结果较为可靠。

2.3 校准曲线和检出限

按照最优仪器工作条件对选定的系列标准溶液进行测定，并分别绘制氧化钾、氧化钠系列校准曲线，结果表明：该系列标准溶液均在一定范围内与其对应的峰面积呈线性关系，线性范围、线性回归方程和相关系数如表3所示。

表3 测试结果线性关系

2.4 精密度和准确度实验

按照试验方法对标准物质W88306b和GSB 03-2853-2012中氧化钾、氧化钠分别平行测定11次，计算测定值的相对标准偏差(RSD)，结果见表4。

表4 精密度实验结果(n=11)

结果表明，该方法测定氧化钾、氧化钠含量的相对偏差均小于1.00%，满足精密度试验要求。

2.5 不同仪器测定结果比对

采用火焰原子吸收光谱法和等离子体原子发射光谱法对待测样品进行测定，结果见表5。结果表明，本试验方法测试结果稳定可靠。

表5 不同仪器方法比对结果

2.6 样品分析

应用本方法对布袋除尘灰样品和炉灰样品中氧化钾和氧化钠的测定结果，与火焰原子吸收法分别单个元素分别测定结果基本一致。

本试验采用电感耦合等离子原子发射光谱法测定布袋除尘灰和炉灰样品中氧化钾、氧化钠含量，解决了基体不同的样品同时测试，该方法具有较高的选择性，便捷、快速、高效，可适用于布袋除尘灰和炉灰大批量样品的日常检测。