劉曉麗 張洪雙 王雨欣 姜濤 陳斌

摘 要：本文研究了采用酸溶的方式消解樣品，ICP-AES光譜法測(cè)定電爐渣中二氧化硅的分析方法。采用濃鹽酸和濃硝酸溶解電爐尾料樣品，加入氫氟酸消解二氧化硅和硼酸絡(luò)合氟離子，采用ICP-AES法測(cè)定電爐尾料樣品中的二氧化硅含量。二氧化硅的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為0.35%～0.58%，加標(biāo)回收率為95.6%～102.3%。方法加標(biāo)回收率好，滿足分析方法要求。

關(guān)鍵詞：ICP-AES，二氧化硅，電爐渣，酸溶消解，分析方法

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

0 引 言

目前， 電爐渣中二氧化硅測(cè)定采用硅鉬黃分光光度法[1]，試料在700℃經(jīng)堿熔融，用硫酸（1+5）浸取熔融物，在硫酸存在條件下，二氧化硅與鉬酸銨生成黃色雜多酸鹽，于分光光度計(jì)波長(zhǎng)420 nm處測(cè)量其吸光度。本方法是通過(guò)加入濃硝酸、濃鹽酸溶解電爐尾料樣品獲得溶解液，加氫氟酸消解二氧化硅生成氟硅酸，加入硼酸絡(luò)合氟離子，使其溶液穩(wěn)定性更好，減少ICP-AES法測(cè)定時(shí)氫氟酸對(duì)結(jié)果的影響。此方法分析速度快，成本低，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑和材料

除非另有說(shuō)明，在分析中僅適用確認(rèn)為分析純的試劑和蒸餾水或去離子水或相當(dāng)純度的水。

無(wú)水碳酸鈉。

鹽酸（ρ=1.19 g/mL）。

硝酸（ρ=1.42 g/mL）。

氫氟酸（ρ=1.13 g/mL）。

硼酸溶液（50 g/L）。

二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液：稱取0.4 0 0 0 g二氧化硅（w SiO2≥99.95%）（預(yù)先用瑪瑙研缽研細(xì)，于1000℃灼燒2 h，并置于干燥器中冷卻至室溫），置于鉑坩堝中，加入約5 g無(wú)水碳酸鈉（1.1），混勻，再覆蓋約0.5 g無(wú)水碳酸鈉（1.1），蓋上坩堝蓋，置于馬弗爐中，升溫至1000℃，保溫12 min，取出稍冷，用熱水浸取熔融物于聚乙烯燒杯中，用熱水洗凈坩堝及蓋，冷卻。移入預(yù)先盛有約600 mL水的1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，移入聚乙烯瓶中貯存。此溶液1 mL含0.40 mg二氧化硅。

氬氣（wAr≥99.99%）。

1.2 儀器

ICAP 7400電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀；

水浴鍋。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品分析步驟

稱取電爐渣0.100 g（精確至0.0001 g）于400mL聚乙烯燒杯中，加入15 mL鹽酸（1.1）、5 mL硝酸（1.1），于低溫（150～180℃）加熱溶解至小體積（5～10 mL），移入水浴鍋中，加入2 mL氫氟酸（1.1），65～70℃保溫溶解30 min，取出聚乙烯燒杯，用水沖洗杯壁，加入6 mL硼酸溶液（1.1），過(guò)濾、轉(zhuǎn)入100mL聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

移取5.00 mL試液于100 mL的聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，于ICP-AES上按設(shè)定的儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 工作曲線繪制

分別移取0.00、1.00、2.50、5.00、7.5 mL硅標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液（1.1）于一組100 mL聚乙烯容量瓶中，加入2 mL硝酸（1.1），配制成二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。溶液中二氧化硅濃度依次為0.00、4.00、10.00、20.00、30.00 mg/L。于ICP-AES上按推薦的儀器工作條件測(cè)定，儀器自動(dòng)繪制出工作曲線。

1.3.3 儀器工作條件

ICAP 7400推薦工作條件見表。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析線選擇

譜線的選擇一是根據(jù)待測(cè)元素的含量確定強(qiáng)度適宜的分析譜線，二是根據(jù)譜線附近干擾情況選擇干擾少的分析譜線，通過(guò)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)和樣品在不同波長(zhǎng)下的譜圖，查看譜圖情況，尋找最佳譜線。同一濃度的溶液在不同分析譜線下的強(qiáng)度值不同，因此選擇合適的分析譜線對(duì)樣品檢測(cè)靈敏度至關(guān)重要[2]。當(dāng)波長(zhǎng)選擇在250.69{136} nm時(shí)測(cè)定靈敏度最高。在結(jié)合樣品測(cè)定結(jié)果的譜圖，因此選擇硅的測(cè)定波長(zhǎng)為250.69{136} nm為最佳，此時(shí)測(cè)定樣品中的硅元素時(shí)靈敏度最高。因此，選擇250.6 nm譜線做分析線。

2.2 稱樣量選擇

選取2個(gè)不同含量的樣品，每個(gè)樣品分別稱取5份，按試驗(yàn)方法（1.3）進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2數(shù)據(jù)表明，試料量分別為0.0800、0.1000、0.2000、0.3000 g二氧化硅測(cè)定結(jié)果一致?？紤]到樣品的均勻性及溶解時(shí)酸的用量，因此試驗(yàn)選擇試料量為0.1000 g。

2.3 干擾試驗(yàn)

電爐渣中Ni 0.5%、Cu 0.5%、Fe 40%、Co 0.5%、SiO2 4 0%左右，當(dāng)稱取0.1 g樣品時(shí)，按試驗(yàn)方法（1.3）進(jìn)行測(cè)定，待測(cè)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，因此需要進(jìn)行干擾試驗(yàn)。

采用4.00、20.00、30.00 mg/L二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入不同量的鐵于10 0 mL聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。按試驗(yàn)方法于ICP-AES上測(cè)定，鐵≤75 mg/L、Ni≤1.0 mg/L、Cu≤1.0 mg/L、Co≤1.0 mg/L對(duì)二氧化硅測(cè)定沒(méi)有影響。

2.4 HF加入量選擇

選取2個(gè)不同含量的樣品，分別稱取7份，加入不同量的氫氟酸（1.1），按試驗(yàn)方法（1.3）進(jìn)行分析。選用10.00 mg/L和20.00 mg/L的二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入不同量的氫氟酸于100 mL聚乙烯容量瓶中，按試驗(yàn)方法（1.3）進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

表3數(shù)據(jù)表明，樣品溶解氫氟酸加入量為0.5～3mL時(shí)，二氧化硅結(jié)果一致；二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液中氫氟酸加入量為0～3 mL時(shí)，二氧化硅測(cè)定結(jié)果一致。因此，試驗(yàn)選擇氫氟酸的用量為2 mL。

2.5 HF加入時(shí)間選擇

選取2個(gè)不同含量的樣品，分別稱取2份，采用試驗(yàn)方法（1.3）將樣品進(jìn)行溶解，一份試料溶解至小體積（5～10 mL），移入水浴鍋中，加入2 mL氫氟酸（1.1）；另一份樣品溶解至小體積（5～10 mL），冷卻至室溫，加入2 mL氫氟酸（1.1），移入水浴鍋中，按試驗(yàn)方法（1.3）測(cè)定，HF在樣品冷卻前或者冷卻后加入，對(duì)測(cè)定結(jié)果沒(méi)有影響。

2.6 水浴溫度選擇

選取2個(gè)不同含量的樣品，每個(gè)樣品分別稱取9份，選擇不同的水浴溫度對(duì)試料進(jìn)行溶解，按試驗(yàn)方法（1.3）進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表4。

表4數(shù)據(jù)表明，當(dāng)水浴溫度在65～70℃時(shí)，二氧化硅測(cè)定結(jié)果一致。因此，水浴溫度設(shè)定為65℃。

2.7 水浴時(shí)間選擇

選取2個(gè)不同含量的樣品，每個(gè)樣品分別稱取6份，選擇不同的水浴時(shí)間對(duì)試料進(jìn)行溶解，按試驗(yàn)方法（1.3）進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表5。

表5數(shù)據(jù)表明，當(dāng)水浴時(shí)間在20～40 min時(shí)，二氧化硅測(cè)定結(jié)果一致。因此，水浴時(shí)間選取30 min。

2.8 硼酸加入量選擇

選取2 份不同含量的樣品，分別稱取5 份電爐渣，選擇加入不同量的硼酸（1.1），按試驗(yàn)方法（1.3）進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表6。

表6數(shù)據(jù)表明，當(dāng)硼酸加入量達(dá)在3～7 mL時(shí)，二氧化硅測(cè)定結(jié)果一致。因此，選取硼酸加入量為6 mL。

2.9 稀釋倍數(shù)選擇

按樣品分析步驟（1.3.1）分別對(duì)2份不同含量的電爐渣進(jìn)行溶解，移取不同量的試液于100 mL的聚乙烯容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，在ICPAES上按設(shè)定的儀器推薦條件進(jìn)行測(cè)定，試液量在5～10 mL之間，測(cè)定結(jié)果一致。因此，為減少?zèng)_洗時(shí)間，保證分析速度，試驗(yàn)選擇試液量為5.00 mL。

3 樣品分析

3.1 精密度試驗(yàn)

選取2個(gè)不同含量的樣品，按試驗(yàn)方法對(duì)電爐渣中二氧化硅，進(jìn)行精密度試驗(yàn)，平行測(cè)定11次，結(jié)果見表7。

表7實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，電爐渣中二氧化硅RSD小于0.58%，完全滿足分析方法要求。

3.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)

選取SiO2含量為97.23%的硅石標(biāo)樣（YSBC13804—94），按試驗(yàn)方法對(duì)3份不同含量的樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，電爐渣中二氧化硅加標(biāo)回收率為95.6%～102.3%。

3.3 對(duì)照試驗(yàn)

采用試驗(yàn)方法與硅鉬黃分光光度法[3]對(duì)電爐渣中二氧化硅進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表8。

表8數(shù)據(jù)結(jié)果表明，采用酸溶樣品ICP-AES法與硅鉬黃分光光度法的結(jié)果吻合，滿足分析要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，對(duì)于電爐渣中二氧化硅的分析，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法，在酸性條件下測(cè)定，方法操作簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，精密度高，回收率良好，能夠滿足分析要求。

參考文獻(xiàn)

[1]金川集團(tuán)股份有限公司.鎳冶煉過(guò)程物料分析方法匯編：Q/YSJC-FX03—2020[S].2021.

[2]金川集團(tuán)股份有限公司.鎳冶煉過(guò)程物料分析方法硅鉬黃分光光度法測(cè)定二氧化硅的量：Q/YSJC-FX03.19—2020[S].2021.

[3]楊利峰，劉國(guó)軍，王建新.ICP–AES法測(cè)定鐵礦石中全鐵、磁性鐵、五氧化二鈮、二氧化硅、氧化鈰和磷[J].化學(xué)分析計(jì)量，2018（6）：72-76.

作者簡(jiǎn)介

劉曉麗，本科，高級(jí)工程師，從事鎳冶煉過(guò)程物料檢測(cè)分析技術(shù)研究工作。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）