鉀、鈉、鋅是高爐煉鐵爐料中的有害元素，含量過高會(huì)對高爐的產(chǎn)量和壽命產(chǎn)生不良影響，妨礙高爐的正常冶煉[1]。鉀、鈉等堿金屬在高爐內(nèi)氣化后，上升過程中與其他物質(zhì)反應(yīng)形成碳酸鹽、硅酸鹽、氧化物、氰化物等，未隨爐渣排出的部分會(huì)形成鉀、鈉的循環(huán)富集，引起高爐料柱透氣性惡化，壓差梯度變高，導(dǎo)致高爐上部結(jié)瘤，從而縮短高爐內(nèi)襯的壽命[2-3]。對于鋅元素，揮發(fā)的鋅蒸汽滲入爐襯，在冷凝過程中被氧化，體積增大導(dǎo)致風(fēng)口上翹、變形，對高爐進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響[4]。為了在相應(yīng)的工藝環(huán)節(jié)及時(shí)采取必要的控制措施，必須準(zhǔn)確掌握入爐原料的有害元素情況[5]。因此，有必要對煉鐵高爐入爐料中氧化鉀、氧化鈉、鋅等有害元素的含量進(jìn)行分析測定。文獻(xiàn)[6-8]基于X熒光光譜法對燒結(jié)礦及除塵灰中各元素含量進(jìn)行測定，但在建立方法曲線時(shí)需要依賴標(biāo)準(zhǔn)樣品，或采用自制內(nèi)控標(biāo)樣，前期也需要做大量的定值工作。本文針對燒結(jié)礦和除塵灰這兩種入爐料，兼顧各組分含量的高低范圍，討論一種用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定K2O、Na2O、Zn含量的方法。

1.   實(shí)驗(yàn)部分

1.1   儀器及工作參數(shù)

iCAP 7400全譜直讀型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國賽默飛世爾公司），配套耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)。

ICP-OES最佳工作條件：RF功率為1150 W；輔助氣流量為0.5 L/min；霧化器氣體流量為0.60 L/min；采用垂直觀測方式，觀測高度為12.0 mm；沖洗泵速為100 r/min；分析泵速為50 r/min；泵穩(wěn)定時(shí)間為5 s；樣品沖洗時(shí)間為30 s；長波曝光時(shí)間為5 s；短波曝光時(shí)間為15 s；自動(dòng)積分。充足穩(wěn)定的高純氬氣作為氣源，純度高于99.99%。

1.2   主要試劑

高純鐵，純度＞99.99%；鹽酸，1.16 g/mL，優(yōu)級純；硝酸，1.4 g/mL，優(yōu)級純；氫氟酸， 1.13 g/mL，分析純；高氯酸， 1.67 g/mL，優(yōu)級純；鉀、鈉、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，質(zhì)量濃度均為1000 mg/L；(1+1)鹽酸；實(shí)驗(yàn)用水使用超純水，電阻率≥18 MΩ·cm。

1.3   實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1   樣品前處理

準(zhǔn)確稱取0.5000 g干燥的燒結(jié)礦試樣（除塵灰試樣稱取0.1000 g），置于100 mL聚四氟乙烯燒杯中，用水濕潤，依次加入10 mL鹽酸、1 mL硝酸、4 mL氫氟酸、3 mL高氯酸，蓋上聚四氟乙烯燒杯蓋，放置電熱板上加熱，溫度控制在150 ℃左右（可采用沙?。?，至完全溶解，打開蓋，蒸發(fā)至干。加入10 mL(1+1)鹽酸，放置電熱板上加熱溶解，待試樣冷卻后，轉(zhuǎn)移至100 mL塑料容量中，用水定容后混勻。若發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)不溶物，可將其通過濾紙過濾除去。對于除塵灰試樣，因其碳含量高，很難溶解完全，導(dǎo)致測定結(jié)果偏低[9-10]，需將稱量好的除塵灰樣品放入瓷坩堝中，置于815 ℃馬弗爐中灼燒30 min，再按上述方法溶解試樣。

1.3.2   校準(zhǔn)溶液系列的配制

依照燒結(jié)礦和除塵灰試樣中待測元素的含量范圍確定校準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的濃度。按照表1所示，分別移取鉀、鈉、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，配制成具有濃度梯度的系列校準(zhǔn)溶液。表1中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為換算成占所稱燒結(jié)礦試樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由于稱樣量不同，除塵灰中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)需要在此基礎(chǔ)上乘以5倍。

2.   結(jié)果與討論

2.1   基體效應(yīng)的消除

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 421—2014“鐵燒結(jié)礦”中規(guī)定燒結(jié)礦的品位為TFe≥56.00%[11]，國內(nèi)6家大型鋼鐵企業(yè)將燒結(jié)礦的全鐵指標(biāo)控制在55.77%~58.51%范圍內(nèi)[12]，因此按照燒結(jié)礦試樣中鐵含量為60%計(jì)算，準(zhǔn)確稱取0.3000 g高純鐵，加入10 mL(1+1)鹽酸，放電熱板上溶解，冷卻后依次轉(zhuǎn)移至各混合校準(zhǔn)溶液中。對于除塵灰，鐵含量一般在10%~50%，雖然樣品中鐵含量波動(dòng)范圍大，但已有文獻(xiàn)表明除塵灰樣品中鐵的存在對被測元素的測定影響可以忽略[10]，故基體匹配與燒結(jié)礦試樣相同即可。

2.2   校準(zhǔn)曲線的繪制

綜合考慮試樣中所含元素的光譜干擾情況以及待測元素譜線的靈敏度，選擇靈敏度好、背景較低、光譜干擾小的譜線作為分析譜線。最終確定出各元素的分析譜線見表2。

將ICP光譜儀的各測試參數(shù)設(shè)定至最佳工作條件后，依次對各混合校準(zhǔn)溶液進(jìn)行發(fā)射光譜強(qiáng)度的測定，以待測組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，相對應(yīng)的發(fā)射光譜強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，進(jìn)行曲線擬合。校準(zhǔn)曲線繪制好后，應(yīng)用ICP光譜儀連續(xù)測定11次空白溶液（Std-0），以測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為方法中各待測組分的檢出限，以10倍的檢出限作為測定下限。表2列出了各組分校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)、檢出限和測定下限。

2.3   標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證

按照實(shí)驗(yàn)方法對以下7種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（編號W88307b為球團(tuán)礦，其他為鐵精礦）進(jìn)行測定，檢測結(jié)果見表3，實(shí)驗(yàn)方法的測定值均與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值基本一致。對于除塵灰樣品，目前尚未有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，僅對其進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。

2.4   精密度和回收率實(shí)驗(yàn)

依照實(shí)驗(yàn)方法對樣品進(jìn)行測定，并對K2O、Na2O和Zn含量的測定精密度進(jìn)行考查，結(jié)果見表4。從表4可以看出：各組分檢測結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=11）在0.731%~1.025%之間，表明方法精密度良好。分別對燒結(jié)礦和除塵灰進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，燒結(jié)礦樣品加標(biāo)量：K、Na、Zn均為0.1%；除塵灰樣品加標(biāo)量：K、Na、Zn均為0.5%。如表5所示，各組分均達(dá)到90%~110%的回收率，滿足分析測試要求。

3.   結(jié)束語

（1）針對燒結(jié)礦和除塵灰樣品組分含量范圍的不同，通過減少除塵灰樣品的稱樣量，使該兩種物料適用于同一校準(zhǔn)溶液系列，降低了生產(chǎn)成本，該方法同時(shí)滿足燒結(jié)礦和除塵灰中K2O、Na2O、Zn等有害元素含量檢測需求，適用于工廠大批量試樣的檢測。

（2）應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，在沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的前提下減少了大量的內(nèi)控標(biāo)樣定值工作，該方法符合精密度和準(zhǔn)確度要求。

參考文獻(xiàn)

[1]劉信文, 劉潔, 鄭連杰. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定高爐爐料中中氧化鉀、氧化鈉、氧化鋅. 冶金分析, 2009,29(9):26

[2]Wang X Z, Yan Z W, Wang R R, et al. Study of the enrichment characteristics of sinter by alkali metal vapors. Metallurgical Research & Technology,2018,115(3):310

[3]任貴義. 煉鐵學(xué)(上冊). 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2004

[4]盧光輝. 邯鋼4#高爐高Zn負(fù)荷原料冶煉實(shí)踐. 金屬世界, 2015(5):36

[5]劉竹林, 蔣友源. 煉鐵原料. 第二版. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2013:186

[6]劉陽, 王學(xué)云, 張兵, 等. 粉末壓片-X射線熒光光譜法測定燒結(jié)礦中K2O、Na2O、Pb、Zn、Cu方法研究. 河南冶金, 2014,22(5):13

[7]蔣薇. X熒光光譜法測定除塵灰成分的實(shí)驗(yàn)研究. 山東冶金, 2009,31(5):146

[8]范佳慧, 周莉莉, 朱春要, 等. 熔融制樣-X射線熒光光譜法測定除塵灰中10種組分. 冶金分析, 2019,39(10):61

[9]張躍超. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測燒結(jié)礦等煉鐵爐料中鉀、鈉、鉛、鋅的含量. 南方金屬, 2019(3):25

[10]夏輝, 王小強(qiáng), 何沙白, 等. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定高碳除塵灰中11種元素. 冶金分析, 2016,36(3):44

[11]中華人民共和國工業(yè)和信息化部, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). YB/T 421-2014 鐵燒結(jié)礦. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2014

[12]張建良, 劉東輝, 王筱留, 等. 燒結(jié)礦化學(xué)成分控制現(xiàn)狀及發(fā)展方向. 燒結(jié)球團(tuán), 2017,42(4):1

文章來源——金屬世界