X射线荧光光谱法测定热镀铝锌板镀液中9种元素的含量

曹 芸

(上海梅山钢铁股份有限公司,南京 210039)

镀铝锌板特殊的镀层结构使其具有优良的耐腐蚀性(正常使用寿命可达25 a)和耐热性(可用于315 ℃的高温环境)。通常采用连续熔融镀层工艺生产镀铝锌板,生产过程中需要快速、准确地检测预配成分是否合格,以便进行调整,从而高效地完成生产。采用GB/T 20975.25-2020《铝及铝合金化学分析方法 第25部分:元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》检测热镀铝锌板镀液的测定时间较长(约3～4 h),难以满足机组生产要求;X射线荧光光谱法[1]具有分析快速、操作简便、分析元素多的特点。鉴于此,本工作提出了X 射线荧光光谱法测定热镀铝锌板镀液中锌、铁、硅、铝、铈、镍、钛、钙、镁等9种主、次量元素。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

C0630型台式车床;ZSX primus型全自动单道扫描型X 射线荧光光谱仪。

无水乙醇为分析纯。

选用MBH 合金标准样品系列以及执行国家标准方法进行定值[2-3]的生产样品系列绘制工作曲线,各元素认定值见表1。

表1 各元素认定值Tab.1 Certified value of each element %

表1 (续) %

1.2 仪器工作条件

仪器工作条件见表2,其中PHA 为脉冲高度分析器,SC、PC分别为闪烁计数器和正比计数器。

表2 仪器工作条件Tab.2 Working conditions of the instrument

1.3 试验方法

用取样勺从机组主锌锅中取出混匀好的镀液,冷却成形后脱模,铸成直径50 mm 的柱状样品[4]。用车床削去表面1～2 mm[5],然后用180＃氧化锆砂纸打磨,用无水乙醇擦拭干净表面,按照仪器工作条件进行分析。以铝为平衡元素,采用经验系数法校正基体效应[6],根据建立的工作曲线计算锌、铁、硅、铈、镍、钛、钙、镁等8种元素含量,铝元素含量由其他元素的余量计算获得。

2 结果与讨论

2.1 前处理方式的选择

金属样品表面光洁度会影响目标元素的信号强度,因此试验考察了不同前处理方式[①用车床削去1～2 mm 厚度的样品;②将经过①处理的样品用180＃碳化硅砂纸(粒度78μm)打磨;③将经过②处理的样品用600＃碳化硅砂纸(粒度26μm)打磨;④将经过③处理的样品用抛光布抛光;⑤将经过①处理的样品用180＃氧化锆砂纸打磨]对8种元素信号强度的影响,结果见表3。

由表3可知,不同前处理方式对锌、镍、铁、钛、铈、钙、镁元素信号强度没有较大影响,但采用碳化硅砂纸打磨样品时,硅元素信号强度变化较大,影响硅测定的准确度[7]。180＃氧化锆砂纸中含有质量分数为29.3%的氧化铝,可能对铝的测定产生影响,但试验以铝为平衡元素,不直接测定铝元素的含量,因此选用180＃氧化锆砂纸打磨,此时不干扰样品中其他8种目标元素的测定。

表3 不同前处理方式对分析结果的影响Tab.3 Effect of different pretreatment methods on the analysis results

2.2 工作曲线和检出限

按照试验方法分析标准样品系列和生产样品系列,以各元素质量分数为横坐标,其对应的信号强度为纵坐标绘制工作曲线,线性参数见表4。

按照公式(1)计算各元素的检出限LD[8],结果见表4。

表4 线性参数和检出限Tab.4 Linearity parameters and detection limits

式中:m为单位含量的计数率;Ib为背景计数率;T为峰值及背景的总测量时间。

2.3 精密度和重复性试验

按照试验方法分析实际样品11次,计算测定值的相对标准偏差(RSD)。结果显示:锌、铁、硅、铝、铈等5种主量元素测定值的RSD 均不大于1.1%,镍、钛、钙、镁等4 个次量元素测定值的RSD 为0.98%～22%。接着,对同一样品表面分别进行5次打磨并测定,结果显示9种元素测定值的RSD均不大于0.20%。以上结果说明该方法精密度较好。

随机取一个生产样品,重复分析5次,按照GB/T 20975.25-2020 要求计算各元素重复性限。结果表明:锌、镍、铁、钛、铈、钙、硅、铝、镁的重复性限依次为0.070%,0.000 10%,0,0.000 20%,0.001 0%,0.000 10%,0.020%,0.040%,0.000 10%,符合GB/T 20975.25-2020给 出的 重复性限要求。

2.4 方法比对

按照本法和电感耦合等离子体原子发射光谱法(GB/T 20975.25-2020)[2]对6个实际样品进行分析,结果见表5。

表5 方法比对结果Tab.5 Comparison results of the methods

表5 (续)

结果表明:本法更适合测定微量元素,并且精密度和重复性符合要求。

本工作提出了X 射线荧光光谱法测定热镀铝锌板镀液中9种元素含量的方法,该方法操作简单、分析快速、安全环保、准确可靠,不需要使用有毒试剂和高温加热设备,满足冷轧热镀铝锌板生产的分析需求。