馬曉卉,佡 云,崔博程

(沈陽有色金屬研究院有限公司,遼寧 沈陽 110141)

鈮鐵主要成分是含鈮的鐵合金。經研究,鈮鐵目前主要用于冶煉高溫合金、不銹鋼和高強度低合金鋼[1]。鈮的加入可以顯著增加鋼的強度,且在高溫條件下也能使其強度不改變,其作為結構性材料可應用于核反應堆中[2-5]。鈮也可應用于噴氣式引擎零件、火箭組件的超合金中。

由于生產鈮鐵主要采用鋁熱法生產工藝,鈦含量影響其產品的加工性能,而硅、磷是鈮鐵檢驗的主要元素,對其含量的準確測定可為鈮鐵的使用提供可靠的分析數(shù)據(jù)。因此,測量鈮鐵中雜質成分硅、磷、鈦很有必要。

目前,鈮鐵成分的檢測一般參考國家標準方法分別進行測定,現(xiàn)有技術中主要采用重量法測定硅,鉬藍光度法測定磷,變色酸光度法測定鈦[6-8]。使用以上方法,步驟煩瑣,檢驗周期長[9-13],通常測定每個雜質元素需要3～10 h,化學試劑與人力消耗大,檢驗成本高。因此,建立準確、快速測定鈮鐵中雜質元素的方法非常重要。

有文獻表明,鈮鐵中硅、磷、鈦的測定可以采用射線X 熒光光譜法[14-15](XRF)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[16-17](ICP-AES)。使用XRF 檢測需要樣品前處理裝置壓樣機或熔融爐,而ICPAES 法具有操作簡便,穩(wěn)定性好等優(yōu)點,被許多行業(yè)用于分析常量和痕量元素。

通常測定鈮鐵中金屬元素時,一般在鉑金坩堝(皿)或聚四氟乙烯容器中,采用氫氟酸-硝酸溶解試樣,溶樣時間長,且不能用于硅的測定(硅與氫氟酸反應生成四氟化硅)。

基于以上分析,本文在前人研究基礎上,采用堿熔樣品的新型溶樣方法,通過電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時測定硅、磷、鈦雜質元素。此分析試驗旨在確定物料中鈮元素的最佳回收率,以確定最佳的鈮鐵制備工藝流程。

1 試驗部分

1.1 分析樣品

鈮鐵中各雜質元素種類多,鈮鐵按鈮和雜質含量的不同分為以下幾個牌號,其化學成分應符合表1規(guī)定。

表1 鈮鐵化學成分Tab.1 Chemical component of FeNb %

鈮鐵標準樣品:YSBC18606—08,重慶鋼鐵研究所研制;GBW(E)ZBT380,濟南眾標科技有限公司研制;YSBC2569—93,鋼鐵研究總院分析測試研究所研制。

1.2 儀器與試劑

儀器:電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀Thermo ICAP6300(美國賽默飛公司),與ITEVA 操作軟件配合使用。

試劑:氬氣(純度99.99%以上);無水碳酸鈉;過氧化鈉;鹽酸濃度(1.19 g/mL。試驗所用試劑均為分析純,試驗用水為二次去離子水。

1.3 標準溶液的配制

Ti 標準儲備液100 μg/mL,Si 標準儲備液500 μg/mL,P 標準儲備液1 000 μg/mL,均產自國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院。

1.4 樣品的前處理

稱取0.100 0 g 標準樣品置于預先盛有1.6 g過氧化鈉的30 mL 鎳坩堝中(隨同試樣做空白),攪拌均勻,再覆蓋少許(約0.1 g)過氧化鈉,將坩堝置于低溫電爐(200～300 ℃)使水分蒸發(fā),待過氧化鈉融化,取下,置于預先升溫好的馬弗爐中,700～750 ℃下熔融6 min,期間搖動1～2 次,取出,稍冷,放入預先裝有50 mL 熱水的300 mL 塑料燒杯中,以熱水洗滌坩堝,洗液一并留在燒杯中,沿燒杯壁,緩慢加入4 mL 鹽酸并不斷攪拌,冷卻。在250 mL 容量瓶中加入25 mL 鹽酸,冷卻后,將塑料燒杯中試液轉移至該容量瓶,用水稀釋至刻度,混勻,待測。

1.5 混合標準溶液的配置

按照1.3 待測試樣的酸度配制空白溶液,在100 mL 塑料容量瓶中加入10 mL 鹽酸和1 g 氯化鈉,加水稀釋至刻度,搖勻,待測。

混合標準溶液的配制:用移液槍分別取1 mL、5 mL、10 mL 鈦標準儲備液3 份,分別置于100 mL 塑料容量瓶,硅、磷標準儲備液先分別配成100 μg/mL 的母液,再從母液中分取1 mL、5 mL、10 mL,加入上述3 個容量瓶中。在上述3 個容量瓶中分別加入10 mL鹽酸和1 g 氯化鈉,用適量水稀釋至需要刻度,搖勻,待測?；旌蠘藴嗜芤旱臐舛确謩e為1 ppm、5 ppm、10 ppm。

2 測量條件及檢出限

2.1 儀器測量條件的選擇

對試驗中所用儀器的幾個重要參數(shù)進行調試,最終確定儀器工作條件:垂直觀測高度,12 mm;RF 功率,1 150 W;冷卻氣流量,15 L/min;輔助器流量,1.0 L/min;霧化器流量,0.5 L/min;重復測定次數(shù),3;蠕動泵泵速,50 rpm;沖洗時間,30 s;積分時間,5 s。

2.2 譜線的選擇及元素檢出限

鑒于電感耦合等離子體光源的激發(fā)能力強,引入光源的每一種物質會發(fā)射出相當豐富的譜線,因此,譜線的選擇應按照對待測元素干擾小或無干擾、背景低、靈敏度高的標準來選擇。經過比較,選擇的譜線見表2。

表2 元素分析譜線Tab.2 Elements analyzing spectrum lines

2.3 標準曲線的繪制

用空白溶液和混合標準溶液繪制Si、P、Ti 標準曲線如圖1～3 所示。

圖1 Si(251.611)標準曲線Fig.1 Standard curve of Si(251.611)

圖2 P(178.284)標準曲線Fig.2 Standard curve of P(178.284)

圖3 Ti(334.941) 標準曲線Fig.3 Standard curve of Ti(334.941)

3 結果與討論

3.1 測定結果

標準樣品YSBC18606-08、GBW(E)ZBT380、YSBC2569-93 中Si、P、Ti 的測定結果(平均值n=10)及相對標準偏差RSD見表3～5。

表3 YSBC18606-08 標準樣品的測定結果Tab.3 Determined results of the standard samples%

表4 GBW(E)ZBT380 標準樣品的測定結果Tab.4 Determined results of the standard samples%

表5 YSBC2569-93 標準樣品的測定結果Tab.5 Determined results of the standard samples%

3.2 試驗結果與化學法對比

為了進一步驗證方法的準確度,隨機抽取3 個日常檢測中的鈮鐵樣品,用ICP-AES 光譜法對各組分含量進行分析,同時與濕法測定結果進行對比,其中,硅的檢測采用重量法,磷的檢測采用鉬藍光度法,鈦的檢測采用變色酸光度法。結果對照列于表6,各元素分析誤差均在允許范圍內。

表6 樣品分析結果對照Tab.6 Comparison of analytical results with chemical analysis %

3.3 加標回收及精密度試驗

為了驗證方法的準確性和可靠性,對標準樣品YSBC18606-08 加入不同量的硅、磷、鈦標準溶液,按試驗方法測定回收率,該方法的回收率在98%～100%,將上述溶液進行10 次重復分析,計算相對標準偏差值,該方法各元素的相對標準偏差在0.35%～1.6%。結果見表7。

表7 回收率的測定結果Tab.7 Determined results of recovery rate%

4 結語

試樣用過氧化鈉熔融分解、強堿介質中沉淀分離后,用ICP-AES 法同時測定鈮鐵中硅、磷、鈦,避免了化學法分析流程的冗長,大幅縮短了分析時間,減少了試劑的消耗,節(jié)約了分析成本,快速簡便,測定結果準確度高,分析效果較好。

本方法符合國家節(jié)能降耗環(huán)保要求,有效地利用和發(fā)揮ICP 光譜儀多元素同時測定的性能特點。