ICP-AES法测定电炉渣中二氧化硅

刘晓丽 张洪双 王雨欣 姜涛 陈斌

摘 要：本文研究了采用酸溶的方式消解样品，ICP-AES光谱法测定电炉渣中二氧化硅的分析方法。采用浓盐酸和浓硝酸溶解电炉尾料样品，加入氢氟酸消解二氧化硅和硼酸络合氟离子，采用ICP-AES法测定电炉尾料样品中的二氧化硅含量。二氧化硅的相对标准偏差RSD为0.35%～0.58%，加标回收率为95.6%～102.3%。方法加标回收率好，满足分析方法要求。

关键词：ICP-AES，二氧化硅，电炉渣，酸溶消解，分析方法

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.07.036

0 引 言

目前， 電炉渣中二氧化硅测定采用硅钼黄分光光度法[1]，试料在700℃经碱熔融，用硫酸（1+5）浸取熔融物，在硫酸存在条件下，二氧化硅与钼酸铵生成黄色杂多酸盐，于分光光度计波长420 nm处测量其吸光度。本方法是通过加入浓硝酸、浓盐酸溶解电炉尾料样品获得溶解液，加氢氟酸消解二氧化硅生成氟硅酸，加入硼酸络合氟离子，使其溶液稳定性更好，减少ICP-AES法测定时氢氟酸对结果的影响。此方法分析速度快，成本低，结果准确可靠。

1 试验部分

1.1 试剂和材料

除非另有说明，在分析中仅适用确认为分析纯的试剂和蒸馏水或去离子水或相当纯度的水。

无水碳酸钠。

盐酸（ρ=1.19 g/mL）。

硝酸（ρ=1.42 g/mL）。

氢氟酸（ρ=1.13 g/mL）。

硼酸溶液（50 g/L）。

二氧化硅标准贮存溶液：称取0.4 0 0 0 g二氧化硅（w SiO2≥99.95%）（预先用玛瑙研钵研细，于1000℃灼烧2 h，并置于干燥器中冷却至室温），置于铂坩埚中，加入约5 g无水碳酸钠（1.1），混匀，再覆盖约0.5 g无水碳酸钠（1.1），盖上坩埚盖，置于马弗炉中，升温至1000℃，保温12 min，取出稍冷，用热水浸取熔融物于聚乙烯烧杯中，用热水洗净坩埚及盖，冷却。移入预先盛有约600 mL水的1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，移入聚乙烯瓶中贮存。此溶液1 mL含0.40 mg二氧化硅。

氩气（wAr≥99.99%）。

1.2 仪器

ICAP 7400电感耦合等离子体原子发射光谱仪；

水浴锅。

1.3 试验方法

1.3.1 样品分析步骤

称取电炉渣0.100 g（精确至0.0001 g）于400mL聚乙烯烧杯中，加入15 mL盐酸（1.1）、5 mL硝酸（1.1），于低温（150～180℃）加热溶解至小体积（5～10 mL），移入水浴锅中，加入2 mL氢氟酸（1.1），65～70℃保温溶解30 min，取出聚乙烯烧杯，用水冲洗杯壁，加入6 mL硼酸溶液（1.1），过滤、转入100mL聚乙烯容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

移取5.00 mL试液于100 mL的聚乙烯容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，于ICP-AES上按设定的仪器工作条件进行测定。

1.3.2 工作曲线绘制

分别移取0.00、1.00、2.50、5.00、7.5 mL硅标准贮存溶液（1.1）于一组100 mL聚乙烯容量瓶中，加入2 mL硝酸（1.1），配制成二氧化硅标准系列溶液。溶液中二氧化硅浓度依次为0.00、4.00、10.00、20.00、30.00 mg/L。于ICP-AES上按推荐的仪器工作条件测定，仪器自动绘制出工作曲线。

1.3.3 仪器工作条件

ICAP 7400推荐工作条件见表。

2 结果与讨论

2.1 分析线选择

谱线的选择一是根据待测元素的含量确定强度适宜的分析谱线，二是根据谱线附近干扰情况选择干扰少的分析谱线，通过测定标准和样品在不同波长下的谱图，查看谱图情况，寻找最佳谱线。同一浓度的溶液在不同分析谱线下的强度值不同，因此选择合适的分析谱线对样品检测灵敏度至关重要[2]。当波长选择在250.69{136} nm时测定灵敏度最高。在结合样品测定结果的谱图，因此选择硅的测定波长为250.69{136} nm为最佳，此时测定样品中的硅元素时灵敏度最高。因此，选择250.6 nm谱线做分析线。

2.2 称样量选择

选取2个不同含量的样品，每个样品分别称取5份，按试验方法（1.3）进行测定，结果见表2。

表2数据表明，试料量分别为0.0800、0.1000、0.2000、0.3000 g二氧化硅测定结果一致。考虑到样品的均匀性及溶解时酸的用量，因此试验选择试料量为0.1000 g。

2.3 干扰试验

电炉渣中Ni 0.5%、Cu 0.5%、Fe 40%、Co 0.5%、SiO2 4 0%左右，当称取0.1 g样品时，按试验方法（1.3）进行测定，待测溶液中Ni 0.25 mg/L，Cu 0.25mg/L、Fe 20 mg/L、Co 0.25 mg/L、SiO2 2 0 m g/L，因此需要进行干扰试验。

采用4.00、20.00、30.00 mg/L二氧化硅标准溶液，分别加入不同量的铁于10 0 mL聚乙烯容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。按试验方法于ICP-AES上测定，铁≤75 mg/L、Ni≤1.0 mg/L、Cu≤1.0 mg/L、Co≤1.0 mg/L对二氧化硅测定没有影响。

2.4 HF加入量选择

选取2个不同含量的样品，分别称取7份，加入不同量的氢氟酸（1.1），按试验方法（1.3）进行分析。选用10.00 mg/L和20.00 mg/L的二氧化硅标准溶液，加入不同量的氢氟酸于100 mL聚乙烯容量瓶中，按试验方法（1.3）进行分析，结果见表3。

表3数据表明，样品溶解氢氟酸加入量为0.5～3mL时，二氧化硅结果一致；二氧化硅标准溶液中氢氟酸加入量为0～3 mL时，二氧化硅测定结果一致。因此，试验选择氢氟酸的用量为2 mL。

2.5 HF加入时间选择

选取2个不同含量的样品，分别称取2份，采用试验方法（1.3）将样品进行溶解，一份试料溶解至小體积（5～10 mL），移入水浴锅中，加入2 mL氢氟酸（1.1）；另一份样品溶解至小体积（5～10 mL），冷却至室温，加入2 mL氢氟酸（1.1），移入水浴锅中，按试验方法（1.3）测定，HF在样品冷却前或者冷却后加入，对测定结果没有影响。

2.6 水浴温度选择

选取2个不同含量的样品，每个样品分别称取9份，选择不同的水浴温度对试料进行溶解，按试验方法（1.3）进行测定，结果见表4。

表4数据表明，当水浴温度在65～70℃时，二氧化硅测定结果一致。因此，水浴温度设定为65℃。

2.7 水浴时间选择

选取2个不同含量的样品，每个样品分别称取6份，选择不同的水浴时间对试料进行溶解，按试验方法（1.3）进行测定，结果见表5。

表5数据表明，当水浴时间在20～40 min时，二氧化硅测定结果一致。因此，水浴时间选取30 min。

2.8 硼酸加入量选择

选取2 份不同含量的样品，分别称取5 份电炉渣，选择加入不同量的硼酸（1.1），按试验方法（1.3）进行测定，结果见表6。

表6数据表明，当硼酸加入量达在3～7 mL时，二氧化硅测定结果一致。因此，选取硼酸加入量为6 mL。

2.9 稀释倍数选择

按样品分析步骤（1.3.1）分别对2份不同含量的电炉渣进行溶解，移取不同量的试液于100 mL的聚乙烯容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，在ICPAES上按设定的仪器推荐条件进行测定，试液量在5～10 mL之间，测定结果一致。因此，为减少冲洗时间，保证分析速度，试验选择试液量为5.00 mL。

3 样品分析

3.1 精密度试验

选取2个不同含量的样品，按试验方法对电炉渣中二氧化硅，进行精密度试验，平行测定11次，结果见表7。

表7实验数据表明，电炉渣中二氧化硅RSD小于0.58%，完全满足分析方法要求。

3.2 加标回收试验

选取SiO2含量为97.23%的硅石标样（YSBC13804—94），按试验方法对3份不同含量的样品进行加标回收试验，电炉渣中二氧化硅加标回收率为95.6%～102.3%。

3.3 对照试验

采用试验方法与硅钼黄分光光度法[3]对电炉渣中二氧化硅进行测定，结果见表8。

表8数据结果表明，采用酸溶样品ICP-AES法与硅钼黄分光光度法的结果吻合，满足分析要求。

4 结 语

通过以上大量试验数据表明，对于电炉渣中二氧化硅的分析，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法，在酸性条件下测定，方法操作简单，结果准确，精密度高，回收率良好，能够满足分析要求。

参考文献

[1]金川集团股份有限公司.镍冶炼过程物料分析方法汇编：Q/YSJC-FX03—2020[S].2021.

[2]金川集团股份有限公司.镍冶炼过程物料分析方法硅钼黄分光光度法测定二氧化硅的量：Q/YSJC-FX03.19—2020[S].2021.

[3]杨利峰，刘国军，王建新.ICP–AES法测定铁矿石中全铁、磁性铁、五氧化二铌、二氧化硅、氧化铈和磷[J].化学分析计量，2018（6）：72-76.

作者简介

刘晓丽，本科，高级工程师，从事镍冶炼过程物料检测分析技术研究工作。

（责任编辑：张瑞洋）