郭琳媛，張睿

(中國(guó)鍋爐水處理協(xié)會(huì) 國(guó)家鍋爐水處理與有機(jī)熱載體質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100013)

在特種設(shè)備行業(yè)，鍋爐的安全運(yùn)行與人們的生活息息相關(guān)。鍋爐投運(yùn)以后，在某些條件下，會(huì)在受熱面上結(jié)垢，這不僅會(huì)降低鍋爐和熱交換設(shè)備的傳熱效率，增加熱損失和燃料的消耗量，而且會(huì)使金屬發(fā)生沉積物下腐蝕，引起鍋爐水冷壁過熱，導(dǎo)致鼓包或爆管［1-3］，甚至引起停產(chǎn)、鍋爐報(bào)廢，嚴(yán)重危害了熱力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以，在鍋爐檢修中，都要進(jìn)行割管和測(cè)定垢量，為了解垢的成分類型和形成原因，以便根據(jù)垢量及其組成采取正確的處理措施，必須對(duì)它們進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析，提供可靠的數(shù)據(jù)。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)在垢樣分析中擁有多元素同時(shí)檢測(cè)能力、分析速度快、選擇性好、精度和準(zhǔn)確度較高、ICP 光源校準(zhǔn)曲線線性范圍寬等特點(diǎn)［4］。為此，利用ICP-AES 進(jìn)行鍋爐管道中垢樣的組成分析，為清垢防垢提供有效數(shù)據(jù)與參考資料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

鐵、鋁、鈣、銅、鉀、鎂、鈉、硅、磷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 μg/mL(鋼鐵研究總院、國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心);鹽酸，優(yōu)級(jí)純;去離子水。

Thermo Scientific ICAP-6000 型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀。

1.2 校準(zhǔn)曲線

由于ICP-AES 可以多元素同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，所以把待測(cè)元素配制于同一標(biāo)準(zhǔn)溶液中。金屬元素易于被氧化，標(biāo)準(zhǔn)溶液需用1%HNO3溶液定容至100 mL容量瓶中，而非金屬元素標(biāo)準(zhǔn)溶液直接用去離子水定容，故配制金屬元素標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和非金屬元素標(biāo)準(zhǔn)溶液系列兩個(gè)系列。其中，由于樣品中主要含量為鐵，故配制標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度見表1。

表1 配制校準(zhǔn)曲線溶液時(shí)各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(μg/mL)Table 1 The standard solution concentration of elements for calibration curve

1.3 樣品處理

從割下的爐管上截取長(zhǎng)為10 cm 的一段，在車床上切割其外壁，使管樣壁厚為0.5 ～1.0 mm。稱重及測(cè)定內(nèi)表面積。

將試樣浸入鹽酸(1 +1)溶液，加熱至60 ℃，用塑料棒攪動(dòng)，直至試樣內(nèi)表面的垢均已清洗掉為止。用定量濾紙過濾，殘?jiān)Q重為酸不溶物含量;濾液稀釋至1 L 容量瓶中。

如分析試液中某種元素的含量比較高，將試液稀釋后，在原試液測(cè)定的同一個(gè)界面條件下，用同一條曲線進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果不受影響。實(shí)驗(yàn)中所有玻璃器皿使用前均用鹽酸(1 +1)浸泡24 h，用去離子水沖洗干凈。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

分析樣品中所含元素較多，被測(cè)元素Fe、Al、Ca、Cu、K、Mg、Na、Si、P 中，K、Na 較易激發(fā)，所需功率較低，但考慮到其它元素的整體影響，最終選擇功率為1 150 W。為了提高霧化效率，霧化器壓力、輔助氣流量和泵速的選擇見表2。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，再將這三項(xiàng)指標(biāo)上調(diào)，檢測(cè)結(jié)果的精度提高不明顯。故實(shí)驗(yàn)選擇表2 的工作條件。

表2 ICP 儀器最佳工作條件Table 2 The best working conditions of ICP

2.2 分析線的選擇

為了選擇最適宜的譜線作為分析線，每個(gè)元素的測(cè)定都選擇了多條譜線，根據(jù)各元素譜線的干擾情況，選擇了靈敏度高、光譜干擾小且光譜干擾易被扣除的譜線作為分析線［5］。從校準(zhǔn)曲線可知，F(xiàn)e、Al、Ca、Cu、K、Mg、Na、Si、P 的多條譜線線性均較好，考慮到分析時(shí)間和工作強(qiáng)度，綜合考慮元素間的干擾、各譜線線性及峰形，選擇了以下譜線作為分析線，見表3。

2.3 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的校準(zhǔn)曲線

混合型標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)見表3。

表3 元素分析線及校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)Table 3 Elemental analysis and correlation coefficient of the calibration curve

2.4 精密度與準(zhǔn)確性

使用本方法對(duì)同一樣品中Fe、Al、Ca、Cu、K、Mg、Na、Si、P 進(jìn)行3 次測(cè)定，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，精密度及加標(biāo)回收率結(jié)果見表4。

表4 方法精密度測(cè)定結(jié)果(μg/mL)Table 4 Measurement result of method precision

由表4 可知，回收率在98.4% ～101.6%，說(shuō)明本方法的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

2.5 實(shí)際垢樣分析

某鍋爐廠定期檢驗(yàn)取水冷壁管，向火側(cè)位置，樣品處理后經(jīng)ICP-AES 測(cè)量，結(jié)果見表5。

表5 樣品中元素含量測(cè)定結(jié)果Table 5 The measurement results of element contents in the sample

考慮到具體元素在垢樣中的氧化物形式，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)氧化物含量，見表6。

表6 樣品中各種氧化物含量Table 6 Various oxide content in the sample

3 結(jié)論

通過對(duì)鍋爐管道垢樣主要元素的測(cè)定方法研究，建立了以前處理為酸溶，利用ICP-AES 法測(cè)定垢樣中主要元素Fe、Al、Ca、Cu、K、Mg、Na、Si、P 含量的方法。結(jié)果表明，該方法操作方便快捷、結(jié)果準(zhǔn)確度高，能快速準(zhǔn)確測(cè)定鍋爐管道中垢樣的上述成分的含量，更能滿足于現(xiàn)今高效率垢樣成分分析。唯一缺點(diǎn)為ICP-AES 儀器昂貴，操作費(fèi)用高，在工業(yè)分析中需結(jié)合各方要求進(jìn)行方法選擇。

［1］ 阮桂色.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展［J］.中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)，2011，1(4):15-18.

［2］ 趙玉珍，呂佩德.ICP-AES 法測(cè)定釹鐵硼永磁材料中常量及微量元素［J］.分析實(shí)驗(yàn)室，1997，16(6):25-28.

［3］ 郭立靖，張鐵斌. 火力電廠熱力設(shè)備上垢樣成分分析［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2006，24:102-103.

［4］ 王婷.火力發(fā)電廠垢樣的分析方法［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2010(10):61-64.

［5］ 呂琦，崔雋，郭芳，等. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定煤粉助燃劑中7 種主要氧化物［J］. 冶金分析，2013，33(5):67-71.