一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法
一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢铁冶金元素检测技术领域，尤其是涉及一种钢铁冶金物料中钾、钠、 铅、锌、砷、铜含量的测定方法。
【背景技术】
[0002] 尚炉炼铁的原料主要是铁矿石。铁矿石中的喊金属主要是钟和纳。尚炉本身有一 定的排碱能力，碱金属含量在控制范围内对高炉影响不大。但是当入炉铁矿石碱金属含量 过多，超过高炉排碱能力，就会形成碱金属富集，极易造成软化温度降低，软熔带上移，不利 于发展间接还原，造成焦比升高。球团含有碱金属会造成球团异常膨胀，引起严重粉化，恶 化料柱透气性，碱金属对焦炭性能破坏也很严重。另外，高炉中上部碱金属化合物黏附在炉 墙上，促使炉墙结厚、结瘤并破坏砖衬。铁矿石中的铅在高炉中几乎全部被还原，由于铅的 密度大，故沉于死铁层之下，易破坏炉底砖缝，有可能会造成炉底烧穿。铁矿石中的锌很容 易气化，锌蒸汽容易进入砖缝，氧化成为氧化锌后膨胀，破坏炉身上部耐火砖衬。铁矿石中 的铜和砷基本还原进入生铁，影响生铁质量。因此，为了掌握冶炼过程中的炉况和产品质量 以及原燃料的消耗，铁矿石中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜等有害元素的检测数据尤为重要。
[0003] 由于受资源条件的限制，钢铁企业所用原料中有害元素K、Na、Pb、Zn、As以及Cu 的含量越来越高，这些有害元素入炉后，一方面破坏原料的冶金性能，并在炉内形成循环， 影响路况的稳定和指标的优化，另一方面对炉衬和冷却设施造成侵蚀，缩短高炉寿命。因 此，准确及时的测定这些元素的含量，以便在生产过程中采取抑制措施，对优化高炉生产具 有重要意义。
[0004] 为满足冶炼生产要求，测试方法应具有如下特点：1).分析物料品种全，对铁矿 石、除尘灰、污泥、焦炭、煤粉、渣样等冶炼过程中的物料均可以测定；2).分析含量范围宽， 可用于含量为〇.00X%~X. XX%的测定，其中锌元素的测定范围上限可达到35% ;3).操作 简单，易于掌握，精密度和准确度较高，加标回收率较高。
[0005] 目前，对于上述物料的测定方法主要是光度法、原子吸收光谱法以及X荧光光谱 法。但光度法步骤繁琐，操作条件难于控制，试剂消耗大；原子吸收光谱法比较简单，但由于 测定范围较窄，且只能进行单元素测定，难以满足大批试样多元素分析的要求；X荧光光谱 法虽然简便快捷，但易受基体影响，只适合相似基体的单一品种，而且需要成套的标准物质 建立曲线。
[0006] 因此，如何开发一种能够测定多种物料、同时测定多种元素、测定范围较宽、精密 度和准确度较高且操作简单的测定方法是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法， 该测定方法能够测定钢铁冶金过程中的多种物料，至少可以同时测定钾、钠、铅、锌、砷以及 铜的含量，测定范围较宽、精密度和准确度较高，且操作简单，易于掌握。
[0008] 为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
[0009] -种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，包括以下步骤：
[0010] 1)取一定质量的基体试样，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的 物料或不含待测元素的用已知成分和含量的物质配制的混合物，利用第一酸液溶解所述基 体试样，得到第一溶样液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然 后再利用第二酸液溶解，同时调节酸度，得到第二溶样液，然后添加已知浓度且包含钾、钠、 铅、锌、砷以及铜元素的混合溶液，得到标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定 所述标准溶液的光强度，绘制所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线；
[0011] 2)取一定质量的所述待测物料试样，利用所述步骤1)中的溶样方法制取所述待 测物料的溶样液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述 钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、 砷以及铜的含量。
[0012] 优选的，所述待测物料为铁矿石、烟灰、污泥、焦炭、煤粉或冶炼渣。
[0013] 优选的，所述第一酸液为盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸，所述盐酸的添加量为 45ml/g试样~55ml/g试样，所述氢氟酸的添加量为15ml/g试样~25ml/g试样，所述高氯 酸的添加量为25ml/g试样~35ml/g试样。
[0014] 优选的，所述第二酸液为盐酸，所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样。
[0015] 优选的，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的发射功率为1350W~1450W。
[0016] 优选的，所述电感親合等离子体发射光谱仪的雾化气流量为0. 8L/min~1. 2L/ min，辅助气流量为0? 6L/min~1.OL/min。
[0017] 优选的，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的冲洗时间为40s~50s。
[0018] 本发明的有益技术效果为：
[0019] 1.本发明提供的测定方法，能够测定钢铁冶金过程中的多种物料，可以同时测定 物料中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜等多种元素的含量，测定范围较宽、精密度和准确度较高， 且操作简单，易于掌握。
[0020] 2.本发明通过选择合适的样品处理方法，灵活地匹配基体，合理的优化仪器参数， 保证了不同品种、宽范围冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷以及铜等多元素的准确测定。
[0021] 3.本发明提供的测定方法弥补了原子吸收、X荧光分析方法等现有方法的不足， 拓展了分析品种的覆盖范围，简便、快速、环保，易于掌握，具有较高的准确度和较好的精密 度。
[0022] 4.本发明提供的测定方法为进厂原料把关、指导生产及科研公关等工作发挥了重 要作用，提高了产品质量，减少了废品产出，创造了显著的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0023] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限 制。
[0024] 本发明提供了一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，包括以 下步骤：
[0025] 1)取一定质量的基体试样，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的 物料或不含待测元素的用已知成分和含量的物质配制的混合物，利用第一酸液溶解所述基 体试样，得到第一溶样液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然 后再利用第二酸液溶解，同时调节酸度，得到第二溶样液，然后添加已知浓度且包含钾、钠、 铅、锌、砷以及铜元素的混合溶液，得到标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定 所述标准溶液的光强度，绘制所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线；
[0026] 2)取一定质量的所述待测物料试样，利用所述步骤1)中的溶样方法制取所述待 测物料的溶样液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述 钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、 砷以及铜的含量。
[0027] 采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定元素含量需要先绘制待测元素的标准溶 液的工作曲线。工作曲线是以待测元素的浓度为横坐标，以待测元素的光强度为竖坐标绘 制的直线。鉴于待测物料中的待测元素含量都比较小，甚至是微量，与待测物料中的主元素 含量相差很大，进行测定时，较高含量的主元素会对较低含量待测元素的测定结果产生影 响。为了提高上述测定方法的精密度和准确度，确保同一物料的多个元素同时测定，尤其 在没有系列标准物质的情况下，必须灵活的匹配基体，合理的绘制工作曲线。因此，本发明 配制标准溶液时选择添加基体，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的物料， 例如：检测铁矿石中的钾、钠、 铅、锌、砷以及铜含量时，可以选择同时不含钾、钠、铅、锌、砷 以及铜的铁矿石作为基体试样；所述基体试样也可以是不含待测元素的用已知成分和含量 的物质配制的混合物，例如：检测铁矿石中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜含量时，可以预先检测 铁矿石中的主元素种类及主元素含量，然后用分析纯的物质按照主元素的种类及含量去配 制一种混合物，将这种混合物作为基体试样。所述基体试样中的元素含量不要求与待测物 料中的元素含量一模一样，所述基体试样中的元素含量至少达到待测物料中的元素含量的 92%~96%。
[0028] 鉴于电感耦合等离子体发射光谱仪只能检测溶液样品，而上述的基体试样多是固 态，因此绘制工作曲线之前需要先溶样。溶解铁矿石等钢铁冶金物料所用的酸一般为HCL、 HN03、H2S04、HF、HCL04、王水等，不同组分的样品溶样方法各有不同。溶样原则是可以使各类 试样溶解完全，得到的溶液清澈，杜绝出现浑浊状态。本发明中，第一酸液优选为盐酸、氢氟 酸以及高氯酸的混合酸，利用高氯酸的强氧化性和盐酸、氢氟酸的强络合溶解能力，可以使 各上述基体试样溶解完全，得到的溶液清澈。所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g 试样，优选为47ml/g试样~53ml/g试样；所述氢氟酸的添加量为15ml/g试样~25ml/g试 样，优选为17ml/g试样~23ml/g试样；所述高氯酸的添加量为25ml/g试样~35ml/g试样， 优选为27ml/g试样~33ml/g试样。上述单位ml/g试样中的分子为酸液的体积，分母为单 位质量的试样，此处为lg的基体试样。利用第一酸液溶解基体试样，得到第一溶样液，然后 将所述第一溶样液蒸干。然后添加蒸馏水反复蒸干多次，使得溶液中残留的混合酸被驱赶 完全。优选的，蒸馏水为二次蒸馏水，以避免带入新的杂质元素；优选的，反复蒸干三次，次 数少了不能保证混合酸被驱赶完全，次数多了使得制样繁琐。然后再利用第二酸液溶解，优 选的第二酸液为盐酸，所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样。同时调节酸度，得 到第二溶样液。将第二溶液分成若干等份，优选为6份，备用。
[0029] 然后，配制已知浓度的钾、钠、铅、锌、砷以及铜的混合溶液。该混合溶液只包括钾、 钠、铅、锌、砷以及铜6种元素的溶质，且钾、钠、铅、锌、砷以及铜6种元素的浓度均已知。混 合溶液的份数应于上述的第二溶液的份数相同，且全部混合溶液的某一元素的浓度为梯度 分布。优选的，混合溶液的份数为6份。将6份混合溶液分别加入到6份上述第二溶液中， 定容，得到6份标准溶液。优选的，标准溶液定容于容量瓶内。任一标准溶液包括钾、钠、 铅、锌、砷以及铜6种金属元素，钾、钠、铅、锌、砷以及铜6种元素的浓度均已知，且任一待测 元素在6份标准溶液中的浓度成梯度分布。例如：6份标准溶液中的钾元素的含量分别为 0yg/ml、0. 5yg/ml、l. 0yg/ml、l. 5yg/ml、2. 0yg/ml、5. 0yg/ml。其余 5 种元素依次类 推。理论上，测定待测元素前，应对待测元素的含量有个大概范围的估计值，然后在配制标 准溶液时，控制一系列标准溶液的浓度范围可以覆盖上述的待测元素的估计值，并尽量控 制待测元素的估计值在浓度范围的中间范围，如此可以提高测定方法的精密度和准确度。
[0030] 然后，用利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，绘制所 述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线。测定标准溶液时与测定待测物料的溶样 液时，应保证电感耦合等离子体发射光谱仪的各项工作参数一致。仪器的工作状态及工作 参数是获得良好测定结果的必要条件。
[0031] 1) ?分析谱线的选择
[0032] 对于分析谱线的选择，通常根据待测元素含量的高低以及样品中存在的干扰元 素，选择发射净强度大、信背比高、共存元素干扰少的谱线作为待测元素分析谱线，选择合 适的位置扣除背景，建立分析方法。本发明中，所述电感耦合等离子体发射光谱仪选用的钾 的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分 析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm。
[0033] 2) ?发射功率的选择
[0034] 碱金属元素在电离以后，其外电子结构就具有惰性气体的稳定结构了，因此再要 使其激发就非常地困难，碱金属元素K、Na极易电离，需要的激发能量很低，而难电离的Pb、 As等元素需要较高的激发能量，功率的高低直接影响等离子炬曝光部位的高度，当曝光部 位太低时，信号变弱，而ICP的激发能量过高电离干扰严重，不能得到理想的净强度值，综 合考虑不同功率对各元素谱线强度的影响，各元素的检出限和功率增大对矩管使用寿命的 影响，本发明中，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的发射功率为1350W~1450W。
[0035] 3) ?雾化气流量的选择
[0036] 雾化气流量是影响信号强度的重要因素之一，雾化气流量的大小直接影响雾化器 提升量、雾化效率、雾滴粒烃、气溶胶在通道中的停留时间等，增加雾化气流量可以提高雾 化效率，提升量增加，但雾化气流量过高会影响到等离子体的稳定性，通过实验发现，雾化 气流量对易电离的钠元素和难电离的铅、砷影响比较大，对钾、锌、铜等元素影响较小，当雾 化气流量超过1.lL/min时，等离子体火焰不稳，雾化气流量低于时，铅和砷的强度明显下 降，综合考虑对各元素的影响，本发明中，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的雾化气流量 为 0? 8L/min~L2L/min〇
[0037] 4) ?辅助气流量的选择
[0038] 辅助气是矩管中间的气流，用于点燃等离子体和保护矩管。对大多数待测元素而 言（除Cd以外），辅助气流量对谱线强度的影响并不明显，随着辅助气流量的增大，各待测 元素谱线强度均有下降的趋势，辅助气流量在1. 0以上时，谱线强度下降较为明显，到0. 8 时下降趋势变缓，综合考虑辅助气对矩管的保护作用，本发明中，所述电感耦合等离子体发 射光谱仪辅助气流量为0. 6L/min~1.OL/min。
[0039] 5).冲洗时间的选择
[0040] 在测定微量元素时，容易受记忆效应的影响，必须保证足够的冲洗时间，尤其在测 定含量波动较大的试样时，如果冲洗时间不足，采集的数据精度明显不好。为此，本发明中， 所述电感親合等离子体发射光谱仪的冲洗时间为40s~50s。
[0041] 按照上述参数调整电感耦合等离子体发射光谱仪的参数。调整好后，利用电感耦 合等离子体发射光谱仪测定上述标准溶液的光强度，结合标准溶液中已知的钾、钠、铅、锌、 砷以及铜的浓度，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线。
[0042] 然后，开始制取待测物料的溶样。待测物料的溶样方法与上述的基体试样的溶样 方法相同：取一定质量的待测物料，利用盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸 的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样，优选为47ml/g试样~53ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为15ml/g试样~25ml/g试样，优选为17ml/g试样~23ml/g试样；所述高氯酸的添 加量为25ml/g试样~35ml/g试样，优选为27ml/g试样~33ml/g试样，从而得到第一溶样 液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然后再利用盐酸溶解，所 述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样，同时调节酸度，得到待测物料的溶样液。优 选的，溶样液定容于容量瓶内。上述单位ml/g试样中的分子为酸液的体积，分母为单位质 量的待测物料，此处为lg的待测物料。然后，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定上述 溶样液的光强度，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和溶样液的光强度得 到溶样液中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的含量，此含量为浓度含量，还要换算，变成待测物料中 的质量百分数含量。
[0043] 本发明提供的测定方法能够测定钢铁冶金 过程中的多种物料，可以是铁矿石、烟 灰、污泥、焦炭、煤粉或冶炼渣。
[0044] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的钢铁冶金物料中钾、钠、 铅、锌、砷、铜含量的测定方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0045] 实施例1
[0046] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为55ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为15ml/g试样；所述高氯酸的添加量为25ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为55ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0047] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1450W，雾化气流量为0. 8L/min，辅 助气流量为1. 〇L/min，冲洗时间为40s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0048] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0049] 实施例2
[0050] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为45ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为25ml/g试样；所述高氯酸的添加量为35ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为45ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0051] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1350W，雾化气流量为1. 2L/min，辅 助气流量为〇. 6L/min，冲洗时间为50s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0052] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0053] 实施例3
[0054] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0055] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1400W，雾化气流量为1.OL/min，辅 助气流量为〇. 8L/min，冲洗时间为45s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0056] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0057] 实施例4
[0058] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0059] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1350W，雾化气流量为1. 2L/min，辅 助气流量为〇. 6L/min，冲洗时间为50s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0060] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0061] 实施例5
[0062] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样， 得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0063] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1450W，雾化气流量为0. 8L/min，辅 助气流量为1. 〇L/min，冲洗时间为50s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0064] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 100ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0065] 实施例6
[0066] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0067] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1400W，雾化气流量为1. 2L/min，辅 助气流量为〇. 8L/min，冲洗时间为45s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0068] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0069]表1本发明测定方法精密度实验数据
[0072] 实施例1~6采用本发明提供的测定方法对同一铁矿石物料中钾、钠、铅、锌、砷以 及铜的含量进行了 6次平行测定，结果见表1。从表1的结果可得，本发明提供的测定方法能 够准确测定铁矿石中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜的含量，其相对标准偏差为2. 9%~5. 8%， 表明该测定方法的精密度较高。
[0073] 表2.加标回收实验数据
[0075] 采用本发明提供的测定方法对一份已知待测元素含量的标准物质加入一定量的 待测元素，进行加标回收实验，结果见表2。从表2的结果可得，钾、钠、铅、锌、砷以及铜的平 均回收率为97%~104%，加标回收率较高，表明该测定方法的准确度较高。
[0076] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0077] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一 般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将 不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致 的最宽范围。
【主权项】
1. 一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 取一定质量的基体试样，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的物料 或不含待测元素的用已知成分和含量的物质配制的混合物，利用第一酸液溶解所述基体试 样，得到第一溶样液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然后再 利用第二酸液溶解，同时调节酸度，得到第二溶样液，然后添加已知浓度且包含钾、钠、铅、 锌、砷以及铜元素的混合溶液，得到标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述 标准溶液的光强度，绘制所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线； 2) 取一定质量的所述待测物料试样，利用所述步骤1)中的溶样方法制取所述待测物 料的溶样液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述钾、 钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以 及铜的含量。2. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述待测物料为铁矿石、烟灰、污泥、 焦炭、煤粉或冶炼澄。3. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述第一酸液为盐酸、氢氟酸以及高 氯酸的混合酸，所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样，所述氢氟酸的添加量为 15ml/g试样~25ml/g试样，所述高氯酸的添加量为25ml/g试样~35ml/g试样。4. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述第二酸液为盐酸，所述盐酸的添 加量为45ml/g试样~55ml/g试样。5. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪 的发射功率为1350W~1450W。6. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪 的雾化气流量为〇. 8L/min~I. 2L/min，辅助气流量为0. 6L/min~I.OL/min。7. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪 的冲洗时间为40s~50s。
【专利摘要】本发明公开了一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，先绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的含量。该测定方法通过优化样品处理方法、基体的匹配方法以及仪器参数，能够测定钢铁冶金过程中的多种物料，可以同时测定物料中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜等多种元素的含量，测定范围较宽、精密度和准确度较高，且操作简单，易于掌握，创造了显著的经济效益和社会效益。
【IPC分类】G01N21/68
【公开号】CN104897647
【申请号】CN201510363547
【发明人】赵贵芬, 徐增芹, 魏纯玉, 耿厚安, 陈俊江, 高帅, 张海燕, 唐海燕, 崔晶
【申请人】山东钢铁股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月26日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢铁冶金元素检测技术领域，尤其是涉及一种钢铁冶金物料中钾、钠、 铅、锌、砷、铜含量的测定方法。
【背景技术】
[0002] 尚炉炼铁的原料主要是铁矿石。铁矿石中的喊金属主要是钟和纳。尚炉本身有一 定的排碱能力，碱金属含量在控制范围内对高炉影响不大。但是当入炉铁矿石碱金属含量 过多，超过高炉排碱能力，就会形成碱金属富集，极易造成软化温度降低，软熔带上移，不利 于发展间接还原，造成焦比升高。球团含有碱金属会造成球团异常膨胀，引起严重粉化，恶 化料柱透气性，碱金属对焦炭性能破坏也很严重。另外，高炉中上部碱金属化合物黏附在炉 墙上，促使炉墙结厚、结瘤并破坏砖衬。铁矿石中的铅在高炉中几乎全部被还原，由于铅的 密度大，故沉于死铁层之下，易破坏炉底砖缝，有可能会造成炉底烧穿。铁矿石中的锌很容 易气化，锌蒸汽容易进入砖缝，氧化成为氧化锌后膨胀，破坏炉身上部耐火砖衬。铁矿石中 的铜和砷基本还原进入生铁，影响生铁质量。因此，为了掌握冶炼过程中的炉况和产品质量 以及原燃料的消耗，铁矿石中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜等有害元素的检测数据尤为重要。
[0003] 由于受资源条件的限制，钢铁企业所用原料中有害元素K、Na、Pb、Zn、As以及Cu 的含量越来越高，这些有害元素入炉后，一方面破坏原料的冶金性能，并在炉内形成循环， 影响路况的稳定和指标的优化，另一方面对炉衬和冷却设施造成侵蚀，缩短高炉寿命。因 此，准确及时的测定这些元素的含量，以便在生产过程中采取抑制措施，对优化高炉生产具 有重要意义。
[0004] 为满足冶炼生产要求，测试方法应具有如下特点：1).分析物料品种全，对铁矿 石、除尘灰、污泥、焦炭、煤粉、渣样等冶炼过程中的物料均可以测定；2).分析含量范围宽， 可用于含量为〇.00X%~X. XX%的测定，其中锌元素的测定范围上限可达到35% ;3).操作 简单，易于掌握，精密度和准确度较高，加标回收率较高。
[0005] 目前，对于上述物料的测定方法主要是光度法、原子吸收光谱法以及X荧光光谱 法。但光度法步骤繁琐，操作条件难于控制，试剂消耗大；原子吸收光谱法比较简单，但由于 测定范围较窄，且只能进行单元素测定，难以满足大批试样多元素分析的要求；X荧光光谱 法虽然简便快捷，但易受基体影响，只适合相似基体的单一品种，而且需要成套的标准物质 建立曲线。
[0006] 因此，如何开发一种能够测定多种物料、同时测定多种元素、测定范围较宽、精密 度和准确度较高且操作简单的测定方法是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法， 该测定方法能够测定钢铁冶金过程中的多种物料，至少可以同时测定钾、钠、铅、锌、砷以及 铜的含量，测定范围较宽、精密度和准确度较高，且操作简单，易于掌握。
[0008] 为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
[0009] -种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，包括以下步骤：
[0010] 1)取一定质量的基体试样，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的 物料或不含待测元素的用已知成分和含量的物质配制的混合物，利用第一酸液溶解所述基 体试样，得到第一溶样液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然 后再利用第二酸液溶解，同时调节酸度，得到第二溶样液，然后添加已知浓度且包含钾、钠、 铅、锌、砷以及铜元素的混合溶液，得到标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定 所述标准溶液的光强度，绘制所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线；
[0011] 2)取一定质量的所述待测物料试样，利用所述步骤1)中的溶样方法制取所述待 测物料的溶样液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述 钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、 砷以及铜的含量。
[0012] 优选的，所述待测物料为铁矿石、烟灰、污泥、焦炭、煤粉或冶炼渣。
[0013] 优选的，所述第一酸液为盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸，所述盐酸的添加量为 45ml/g试样~55ml/g试样，所述氢氟酸的添加量为15ml/g试样~25ml/g试样，所述高氯 酸的添加量为25ml/g试样~35ml/g试样。
[0014] 优选的，所述第二酸液为盐酸，所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样。
[0015] 优选的，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的发射功率为1350W~1450W。
[0016] 优选的，所述电感親合等离子体发射光谱仪的雾化气流量为0. 8L/min~1. 2L/ min，辅助气流量为0? 6L/min~1.OL/min。
[0017] 优选的，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的冲洗时间为40s~50s。
[0018] 本发明的有益技术效果为：
[0019] 1.本发明提供的测定方法，能够测定钢铁冶金过程中的多种物料，可以同时测定 物料中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜等多种元素的含量，测定范围较宽、精密度和准确度较高， 且操作简单，易于掌握。
[0020] 2.本发明通过选择合适的样品处理方法，灵活地匹配基体，合理的优化仪器参数， 保证了不同品种、宽范围冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷以及铜等多元素的准确测定。
[0021] 3.本发明提供的测定方法弥补了原子吸收、X荧光分析方法等现有方法的不足， 拓展了分析品种的覆盖范围，简便、快速、环保，易于掌握，具有较高的准确度和较好的精密 度。
[0022] 4.本发明提供的测定方法为进厂原料把关、指导生产及科研公关等工作发挥了重 要作用，提高了产品质量，减少了废品产出，创造了显著的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0023] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限 制。
[0024] 本发明提供了一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，包括以 下步骤：
[0025] 1)取一定质量的基体试样，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的 物料或不含待测元素的用已知成分和含量的物质配制的混合物，利用第一酸液溶解所述基 体试样，得到第一溶样液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然 后再利用第二酸液溶解，同时调节酸度，得到第二溶样液，然后添加已知浓度且包含钾、钠、 铅、锌、砷以及铜元素的混合溶液，得到标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定 所述标准溶液的光强度，绘制所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线；
[0026] 2)取一定质量的所述待测物料试样，利用所述步骤1)中的溶样方法制取所述待 测物料的溶样液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述 钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、 砷以及铜的含量。
[0027] 采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定元素含量需要先绘制待测元素的标准溶 液的工作曲线。工作曲线是以待测元素的浓度为横坐标，以待测元素的光强度为竖坐标绘 制的直线。鉴于待测物料中的待测元素含量都比较小，甚至是微量，与待测物料中的主元素 含量相差很大，进行测定时，较高含量的主元素会对较低含量待测元素的测定结果产生影 响。为了提高上述测定方法的精密度和准确度，确保同一物料的多个元素同时测定，尤其 在没有系列标准物质的情况下，必须灵活的匹配基体，合理的绘制工作曲线。因此，本发明 配制标准溶液时选择添加基体，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的物料， 例如：检测铁矿石中的钾、钠、 铅、锌、砷以及铜含量时，可以选择同时不含钾、钠、铅、锌、砷 以及铜的铁矿石作为基体试样；所述基体试样也可以是不含待测元素的用已知成分和含量 的物质配制的混合物，例如：检测铁矿石中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜含量时，可以预先检测 铁矿石中的主元素种类及主元素含量，然后用分析纯的物质按照主元素的种类及含量去配 制一种混合物，将这种混合物作为基体试样。所述基体试样中的元素含量不要求与待测物 料中的元素含量一模一样，所述基体试样中的元素含量至少达到待测物料中的元素含量的 92%~96%。
[0028] 鉴于电感耦合等离子体发射光谱仪只能检测溶液样品，而上述的基体试样多是固 态，因此绘制工作曲线之前需要先溶样。溶解铁矿石等钢铁冶金物料所用的酸一般为HCL、 HN03、H2S04、HF、HCL04、王水等，不同组分的样品溶样方法各有不同。溶样原则是可以使各类 试样溶解完全，得到的溶液清澈，杜绝出现浑浊状态。本发明中，第一酸液优选为盐酸、氢氟 酸以及高氯酸的混合酸，利用高氯酸的强氧化性和盐酸、氢氟酸的强络合溶解能力，可以使 各上述基体试样溶解完全，得到的溶液清澈。所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g 试样，优选为47ml/g试样~53ml/g试样；所述氢氟酸的添加量为15ml/g试样~25ml/g试 样，优选为17ml/g试样~23ml/g试样；所述高氯酸的添加量为25ml/g试样~35ml/g试样， 优选为27ml/g试样~33ml/g试样。上述单位ml/g试样中的分子为酸液的体积，分母为单 位质量的试样，此处为lg的基体试样。利用第一酸液溶解基体试样，得到第一溶样液，然后 将所述第一溶样液蒸干。然后添加蒸馏水反复蒸干多次，使得溶液中残留的混合酸被驱赶 完全。优选的，蒸馏水为二次蒸馏水，以避免带入新的杂质元素；优选的，反复蒸干三次，次 数少了不能保证混合酸被驱赶完全，次数多了使得制样繁琐。然后再利用第二酸液溶解，优 选的第二酸液为盐酸，所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样。同时调节酸度，得 到第二溶样液。将第二溶液分成若干等份，优选为6份，备用。
[0029] 然后，配制已知浓度的钾、钠、铅、锌、砷以及铜的混合溶液。该混合溶液只包括钾、 钠、铅、锌、砷以及铜6种元素的溶质，且钾、钠、铅、锌、砷以及铜6种元素的浓度均已知。混 合溶液的份数应于上述的第二溶液的份数相同，且全部混合溶液的某一元素的浓度为梯度 分布。优选的，混合溶液的份数为6份。将6份混合溶液分别加入到6份上述第二溶液中， 定容，得到6份标准溶液。优选的，标准溶液定容于容量瓶内。任一标准溶液包括钾、钠、 铅、锌、砷以及铜6种金属元素，钾、钠、铅、锌、砷以及铜6种元素的浓度均已知，且任一待测 元素在6份标准溶液中的浓度成梯度分布。例如：6份标准溶液中的钾元素的含量分别为 0yg/ml、0. 5yg/ml、l. 0yg/ml、l. 5yg/ml、2. 0yg/ml、5. 0yg/ml。其余 5 种元素依次类 推。理论上，测定待测元素前，应对待测元素的含量有个大概范围的估计值，然后在配制标 准溶液时，控制一系列标准溶液的浓度范围可以覆盖上述的待测元素的估计值，并尽量控 制待测元素的估计值在浓度范围的中间范围，如此可以提高测定方法的精密度和准确度。
[0030] 然后，用利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，绘制所 述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线。测定标准溶液时与测定待测物料的溶样 液时，应保证电感耦合等离子体发射光谱仪的各项工作参数一致。仪器的工作状态及工作 参数是获得良好测定结果的必要条件。
[0031] 1) ?分析谱线的选择
[0032] 对于分析谱线的选择，通常根据待测元素含量的高低以及样品中存在的干扰元 素，选择发射净强度大、信背比高、共存元素干扰少的谱线作为待测元素分析谱线，选择合 适的位置扣除背景，建立分析方法。本发明中，所述电感耦合等离子体发射光谱仪选用的钾 的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分 析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm。
[0033] 2) ?发射功率的选择
[0034] 碱金属元素在电离以后，其外电子结构就具有惰性气体的稳定结构了，因此再要 使其激发就非常地困难，碱金属元素K、Na极易电离，需要的激发能量很低，而难电离的Pb、 As等元素需要较高的激发能量，功率的高低直接影响等离子炬曝光部位的高度，当曝光部 位太低时，信号变弱，而ICP的激发能量过高电离干扰严重，不能得到理想的净强度值，综 合考虑不同功率对各元素谱线强度的影响，各元素的检出限和功率增大对矩管使用寿命的 影响，本发明中，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的发射功率为1350W~1450W。
[0035] 3) ?雾化气流量的选择
[0036] 雾化气流量是影响信号强度的重要因素之一，雾化气流量的大小直接影响雾化器 提升量、雾化效率、雾滴粒烃、气溶胶在通道中的停留时间等，增加雾化气流量可以提高雾 化效率，提升量增加，但雾化气流量过高会影响到等离子体的稳定性，通过实验发现，雾化 气流量对易电离的钠元素和难电离的铅、砷影响比较大，对钾、锌、铜等元素影响较小，当雾 化气流量超过1.lL/min时，等离子体火焰不稳，雾化气流量低于时，铅和砷的强度明显下 降，综合考虑对各元素的影响，本发明中，所述电感耦合等离子体发射光谱仪的雾化气流量 为 0? 8L/min~L2L/min〇
[0037] 4) ?辅助气流量的选择
[0038] 辅助气是矩管中间的气流，用于点燃等离子体和保护矩管。对大多数待测元素而 言（除Cd以外），辅助气流量对谱线强度的影响并不明显，随着辅助气流量的增大，各待测 元素谱线强度均有下降的趋势，辅助气流量在1. 0以上时，谱线强度下降较为明显，到0. 8 时下降趋势变缓，综合考虑辅助气对矩管的保护作用，本发明中，所述电感耦合等离子体发 射光谱仪辅助气流量为0. 6L/min~1.OL/min。
[0039] 5).冲洗时间的选择
[0040] 在测定微量元素时，容易受记忆效应的影响，必须保证足够的冲洗时间，尤其在测 定含量波动较大的试样时，如果冲洗时间不足，采集的数据精度明显不好。为此，本发明中， 所述电感親合等离子体发射光谱仪的冲洗时间为40s~50s。
[0041] 按照上述参数调整电感耦合等离子体发射光谱仪的参数。调整好后，利用电感耦 合等离子体发射光谱仪测定上述标准溶液的光强度，结合标准溶液中已知的钾、钠、铅、锌、 砷以及铜的浓度，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线。
[0042] 然后，开始制取待测物料的溶样。待测物料的溶样方法与上述的基体试样的溶样 方法相同：取一定质量的待测物料，利用盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸 的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样，优选为47ml/g试样~53ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为15ml/g试样~25ml/g试样，优选为17ml/g试样~23ml/g试样；所述高氯酸的添 加量为25ml/g试样~35ml/g试样，优选为27ml/g试样~33ml/g试样，从而得到第一溶样 液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然后再利用盐酸溶解，所 述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样，同时调节酸度，得到待测物料的溶样液。优 选的，溶样液定容于容量瓶内。上述单位ml/g试样中的分子为酸液的体积，分母为单位质 量的待测物料，此处为lg的待测物料。然后，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定上述 溶样液的光强度，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和溶样液的光强度得 到溶样液中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的含量，此含量为浓度含量，还要换算，变成待测物料中 的质量百分数含量。
[0043] 本发明提供的测定方法能够测定钢铁冶金 过程中的多种物料，可以是铁矿石、烟 灰、污泥、焦炭、煤粉或冶炼渣。
[0044] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的钢铁冶金物料中钾、钠、 铅、锌、砷、铜含量的测定方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0045] 实施例1
[0046] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为55ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为15ml/g试样；所述高氯酸的添加量为25ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为55ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0047] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1450W，雾化气流量为0. 8L/min，辅 助气流量为1. 〇L/min，冲洗时间为40s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0048] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0049] 实施例2
[0050] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为45ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为25ml/g试样；所述高氯酸的添加量为35ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为45ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0051] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1350W，雾化气流量为1. 2L/min，辅 助气流量为〇. 6L/min，冲洗时间为50s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0052] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0053] 实施例3
[0054] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0055] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1400W，雾化气流量为1.OL/min，辅 助气流量为〇. 8L/min，冲洗时间为45s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0056] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0057] 实施例4
[0058] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0059] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1350W，雾化气流量为1. 2L/min，辅 助气流量为〇. 6L/min，冲洗时间为50s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0060] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0061] 实施例5
[0062] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样， 得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0063] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1450W，雾化气流量为0. 8L/min，辅 助气流量为1. 〇L/min，冲洗时间为50s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0064] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 100ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0065] 实施例6
[0066] 1)取0.lg的不含钾、钠、铅、锌、砷以及铜元素的铁矿石作为基体试样，然后利用 盐酸、氢氟酸以及高氯酸的混合酸溶解，所述盐酸的添加量为50ml/g试样；所述氢氟酸的 添加量为20ml/g试样；所述高氯酸的添加量为30ml/g试样，得到第一溶样液，然后将所述 第一溶样液蒸干，然后添加二次蒸馏水反复蒸干三次，然后再利用盐酸溶解，盐酸的添加量 为50ml/g试样，同时调节酸度，得到第二溶样液，将第二溶液分成6等份。
[0067] 然后，配制6份混合溶液，所述混合溶液包含已知浓度含量的钾、钠、铅、锌、砷以 及铜元素，且6份混合溶液中的任一元素的浓度为梯度分布。将6份混合溶液分别加入到 6份上述第二溶液中，定容于100ml容量瓶，得到6份标准溶液。然后，利用电感耦合等离 子体发射光谱仪测定所述标准溶液的光强度，选用钾的分析谱线为766. 491nm、钠的分析谱 线为589. 592nm、铅的分析谱线为405. 778nm、锌的分析谱线为213. 856nm、砷的分析谱线为 189. 042nm以及铜的分析谱线为327. 754nm，发射功率为1400W，雾化气流量为1. 2L/min，辅 助气流量为〇. 8L/min，冲洗时间为45s，绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲 线。
[0068] 2)取0.lg的待测铁矿石，利用上述的溶样方法制取待测铁矿石的溶样液，定容于 l〇〇ml容量瓶，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶样液的光强度，电感耦合等离子 体发射光谱仪的工作参数与步骤1)中的相同，根据钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的 工作曲线和待测铁矿石的溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的浓度含量，经过换 算，得到待测铁矿石中钾、钠、铅、锌、砷以及铜的质量百分数。
[0069]表1本发明测定方法精密度实验数据
[0072] 实施例1~6采用本发明提供的测定方法对同一铁矿石物料中钾、钠、铅、锌、砷以 及铜的含量进行了 6次平行测定，结果见表1。从表1的结果可得，本发明提供的测定方法能 够准确测定铁矿石中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜的含量，其相对标准偏差为2. 9%~5. 8%， 表明该测定方法的精密度较高。
[0073] 表2.加标回收实验数据
[0075] 采用本发明提供的测定方法对一份已知待测元素含量的标准物质加入一定量的 待测元素，进行加标回收实验，结果见表2。从表2的结果可得，钾、钠、铅、锌、砷以及铜的平 均回收率为97%~104%，加标回收率较高，表明该测定方法的准确度较高。
[0076] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0077] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一 般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将 不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致 的最宽范围。
【主权项】
1. 一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 取一定质量的基体试样，所述基体试样为不含待测元素且与待测物料同类的物料 或不含待测元素的用已知成分和含量的物质配制的混合物，利用第一酸液溶解所述基体试 样，得到第一溶样液，然后将所述第一溶样液蒸干，然后添加蒸馏水反复蒸干多次，然后再 利用第二酸液溶解，同时调节酸度，得到第二溶样液，然后添加已知浓度且包含钾、钠、铅、 锌、砷以及铜元素的混合溶液，得到标准溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述 标准溶液的光强度，绘制所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线； 2) 取一定质量的所述待测物料试样，利用所述步骤1)中的溶样方法制取所述待测物 料的溶样液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述钾、 钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以 及铜的含量。2. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述待测物料为铁矿石、烟灰、污泥、 焦炭、煤粉或冶炼澄。3. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述第一酸液为盐酸、氢氟酸以及高 氯酸的混合酸，所述盐酸的添加量为45ml/g试样~55ml/g试样，所述氢氟酸的添加量为 15ml/g试样~25ml/g试样，所述高氯酸的添加量为25ml/g试样~35ml/g试样。4. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述第二酸液为盐酸，所述盐酸的添 加量为45ml/g试样~55ml/g试样。5. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪 的发射功率为1350W~1450W。6. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪 的雾化气流量为〇. 8L/min~I. 2L/min，辅助气流量为0. 6L/min~I.OL/min。7. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体发射光谱仪 的冲洗时间为40s~50s。
【专利摘要】本发明公开了一种钢铁冶金物料中钾、钠、铅、锌、砷、铜含量的测定方法，先绘制钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述溶样液的光强度，根据所述钾、钠、铅、锌、砷以及铜的标准溶液的工作曲线和所述溶样液的光强度得到钾、钠、铅、锌、砷以及铜的含量。该测定方法通过优化样品处理方法、基体的匹配方法以及仪器参数，能够测定钢铁冶金过程中的多种物料，可以同时测定物料中的钾、钠、铅、锌、砷以及铜等多种元素的含量，测定范围较宽、精密度和准确度较高，且操作简单，易于掌握，创造了显著的经济效益和社会效益。
【IPC分类】G01N21/68
【公开号】CN104897647
【申请号】CN201510363547
【发明人】赵贵芬, 徐增芹, 魏纯玉, 耿厚安, 陈俊江, 高帅, 张海燕, 唐海燕, 崔晶
【申请人】山东钢铁股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月26日
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