本發(fā)明涉及一種分析測試鋼渣中多種化學(xué)元素的方法。具體地，本發(fā)明涉及利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀同時測定鋼渣中多種化學(xué)元素含量的方法。
背景技術(shù)：
：鋼渣是一種煉鋼過程中產(chǎn)生的廢渣，其主要成分是鈣、鐵、硅、鎂的氧化物及少量鋁、錳、磷的氧化物。鋼渣成分復(fù)雜，大量的鋼渣會造成資源浪費，并且對環(huán)境會造成不利影響，因此鋼渣的處理與回收利用是目前研究的熱點。鋼渣具有廣泛的用途，其中的鈣、硅、錳以及微量元素均具有肥效，可作為渣肥施于酸性土壤；鋼渣也可以作為水泥原材料生產(chǎn)鋼渣水泥；各類鋼渣還可以作為道路工程的填充料。為了更好地回收再利用鋼渣中的有用成分，準確測定鋼渣中的主要元素至關(guān)重要?？焖贉y量鋼渣中諸如鐵、鋁、鈣和鎂等多種化學(xué)元素，能為回收鋼渣中的有用成分提供數(shù)據(jù)依據(jù)，并可以依此選用合適的回收工藝。目前測定鋼渣中鐵、鋁、鈣和鎂等化學(xué)元素的方法主要是分光光度法和EDTA容量法，這些方法具有分析步驟繁瑣、耗費時間長、滴定終點不易判斷等缺點。例如，YBT140-2009鋼渣化學(xué)分析方法，鋼渣中的每種元素都需要單獨測量分析，操作十分繁瑣且耗時。此外，對于一般的冶金樣品，絕大多數(shù)都是金屬及金屬的合金，此類樣品通常采用酸溶法，例如，JB/T7948.8-1999《熔煉焊劑化學(xué)分析方法鉬藍光度法測定磷量》以及GB/T20975.3-2008《鋁及鋁合金化學(xué)分析方法第3部分:銅含量的測定》，然而，酸溶法不能充分溶解樣品中碳硅含量較高的樣品，易使測試結(jié)果偏低。電感耦合等離子體(ICP)發(fā)射光譜儀具有分析速度快、檢出限低、分析準確度和精密度較高、測定范圍寬等特點，主要用于微量元素的分析。目前利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測量化學(xué)元素，有一些國家標準，例如《鋼鐵及合金痕量元素的測定(第 3部分)：電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鈣、鎂和鋇含量》(GB/T20127.3-2006)和《氧化鋁化學(xué)分析方法氧化鋁雜質(zhì)含量的測定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》(YS/T630-2007)等。GB/T20127.3-2006的方法中，在微波消解系統(tǒng)作用下，試料以硫酸高溫高壓消解，試液引入氬氣等離子體中，在選定的最佳操作條件下，用電感耦合等離子體光譜儀測定。而在YS/T630-2007的方法中，試料用鹽酸和硝酸的混合酸溶解，并加鍶作內(nèi)標從而將霧化溶液引入電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。此外，ICP方法所分析的元素有很多，例如硅、鐵、鋁、鎂、鈣、鉀、鈉、鉻、鎳、釩、鈦、銅、鋅、錳、鋇等元素。然而，這些標準中測量分析的元素多為微量元素，例如YS/T630-2007的方法僅適用于高溫合金中質(zhì)量分數(shù)為0.001％至0.01％的鈣、鎂、鋇的測定。而本發(fā)明所分析的元素含量均在1％以上，屬于常量元素分析，因此這些分析檢測標準并不適用于本發(fā)明。此外，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀可以廣泛應(yīng)用于冶金、化工、地質(zhì)等各行業(yè)。然而，冶金樣品種類很多，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀更多的應(yīng)用是在冶金成品或者半成品中，在成品或者半成品中樣品的元素含量相對固定，分析前處理的方法相對單一。而鋼渣是屬于廢渣，煉鋼過程中不同的煉鋼爐產(chǎn)生的廢渣，元素含量變化范圍很大，目前采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定鋼渣中化學(xué)成分的方法尚無國家或行業(yè)標準發(fā)布。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定鋼渣中多種化學(xué)元素含量的方法，該方法可同時測定鋼渣中的多種元素。本發(fā)明同時測定鋼渣中多種化學(xué)元素含量的方法可包括以下步驟：(1)固體樣品預(yù)處理；(2)制備樣品溶液；(3)制備標準溶液；(4)繪制所述待測元素的標準曲線；(5)測定樣品溶液；(6)計算元素含量。根據(jù)本發(fā)明的方法，固體樣品預(yù)處理的步驟(1)可包括將鋼渣樣品破碎至細粉并烘干。本發(fā)明的方法可進一步包括：鋼渣樣品首先用顎式破碎機破碎，然后用振動磨粉碎，然后經(jīng)烘干得到待測樣品。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(1)中，破碎的工藝可包括：首先所述鋼渣用顎式破碎機破碎至粒度直徑為10mm以下，然后用振動磨繼續(xù)粉碎至粒度直徑為85μm以下。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(1)中，顎式破碎機規(guī)格可為出料直徑小于10mm。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(1)中，振動磨規(guī)格可為出料直徑小于85μm。根據(jù)本發(fā)明的方法，制備樣品溶液的步驟(2)可包括：將樣品先酸溶再加入混合熔劑，然后高溫加熱，冷卻后用稀鹽酸浸取，并定容作為母液，用于所述待測元素含量測定。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，酸溶的處理可包括加入HNO3和HF。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，混合熔劑的處理可包括加入無水碳酸鈉和硼酸。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，高溫加熱可在高溫爐內(nèi)進行。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，高溫加熱的工藝可包括：將樣品置于已升溫至400℃的高溫爐內(nèi)，繼續(xù)加熱至1000℃至1100℃。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，高溫加熱的工藝可包括：將樣品置于已升溫至400℃的高溫爐內(nèi)，繼續(xù)加熱至1000℃。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，HNO3可為濃度是68％的分析純。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，HF可為濃度是48％的分析純。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，無水碳酸鈉和硼酸可為分析純。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，用于浸取樣品的稀鹽酸可為質(zhì)量分數(shù)為10％的鹽酸水溶液。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(2)中，用于浸取樣品的所述稀鹽酸可為質(zhì)量分數(shù)為5％的鹽酸水溶液。根據(jù)本發(fā)明的方法，制備標準溶液的步驟(3)可包括：用鹽酸水溶液制備具有濃度梯度的所述待測元素的標準溶液。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(3)中，制備待測元素的標準溶液的鹽酸水溶液的質(zhì)量 百分含量可為10％。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(3)中，待測元素的濃度梯度可為0mg/L、8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L和40mg/L。根據(jù)本發(fā)明的方法，繪制待測元素的標準曲線的步驟(4)可包括：調(diào)節(jié)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)，并使用耐高鹽霧化器和炬管。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(4)中，可將電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)調(diào)節(jié)為：霧化器氣體流量為0.5L/min至1.5L/min，輔助氣流量為0.2L/min至1.0L/min，射頻功率為1200W至1400W。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(4)中，可將電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)調(diào)節(jié)為：霧化器氣體流量為0.8L/min，輔助氣流量為0.5L/min，射頻功率為1300W。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(4)中，分析譜線可分別選定為：鐵238.204nm，鋁396.153nm，鈣317.933nm，鎂285.213nm。根據(jù)本發(fā)明的方法，測定樣品溶液的步驟(5)可包括：設(shè)置與步驟(4)相同的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)，并通過步驟(4)中繪制的標準曲線，測定樣品溶液的濃度。根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(6)中，可通過式1來計算所述待測元素的含量：式1在式1中，w為鋼渣中所述待測元素的質(zhì)量百分數(shù)，單位為％；c為測得的樣品溶液中待測元素的濃度，單位為mg/L；V為樣品溶液定容后的體積，單位為mL；m為稱量的樣品質(zhì)量，單位為g。根據(jù)本發(fā)明的方法，待測元素可包括鐵、鋁、鈣和鎂。通過本發(fā)明的方法測定鋼渣中的化學(xué)元素含量，可以簡化實驗步驟，顯著縮短實驗周期，減輕勞動強度，它具有可同時測定多種元素，線性范圍寬的優(yōu)點。具體實施方式以下詳細說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明提供一種利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀同時測定鋼渣中多種化學(xué)元素 含量的方法。該方法可包括以下步驟：(1)固體樣品預(yù)處理；(2)制備樣品溶液；(3)制備標準溶液；(4)繪制所述待測元素的標準曲線；(5)測定樣品溶液；(6)計算元素含量。根據(jù)本發(fā)明的方法，固體樣品預(yù)處理的步驟(1)可包括將鋼渣樣品破碎至細粉并烘干。在一個實施方式中，將鋼渣樣品首先用顎式破碎機破碎，然后用振動磨粉碎，直至全部通過85μm(180目)篩，然后經(jīng)烘干得到待測樣品。在另一個實施方式中，首先所述鋼渣用顎式破碎機破碎至粒度直徑為10mm以下，然后用振動磨繼續(xù)粉碎至粒度直徑為0.5mm以下，之后繼續(xù)粉碎直至全部通過85μm(180目)篩，然后經(jīng)烘干得到待測樣品。根據(jù)本發(fā)明的方法，可選用顎式破碎機規(guī)格為出料直徑小于10mm。在另一個實施方式中，可選用振動磨規(guī)格為出料直徑小于85μm。破碎的目的是使樣品在添加熔劑之后能夠最終成為熔融液體，而對于粉末類樣品，通常要加工到180目以下，如果顆粒大于該粒度，樣品將很難熔解，或者熔解不完全，造成最終的測定結(jié)果偏低。經(jīng)上述處理后的粉碎樣品能夠快速且充分地變成熔融液體，確保了測定結(jié)果的準確性。根據(jù)本發(fā)明的方法，制備樣品溶液的步驟(2)可包括：將樣品先酸溶再加入混合熔劑，然后高溫加熱，冷卻后用稀鹽酸浸取，并定容作為母液，用于所述待測元素含量測定。先酸溶再堿熔的方法確保了樣品中所有元素都可被充分溶解。在一個實施方式中，步驟(2)中的酸溶處理可包括加入HNO3和HF。具體地，加入的HNO3可為濃度是68％的分析純。加入的HF可為濃度是48％的分析純。加入HNO3能夠?qū)悠分械倪€原物質(zhì)進行氧化，如游離的碳元素，HF可以與SiO2反應(yīng)生成SiF4氣體，揮發(fā)到空氣中，從而除去樣品中的Si。HNO3和HF的用量取決于樣品中的硅含量，足夠即可，因為隨著樣品的加熱，HNO3和HF都會揮散到空氣中。在一個實施方式中，步驟(2)中的混合熔劑處理可包括加入無水碳酸鈉和硼酸。具體地，加入的無水碳酸鈉和硼酸可為分析純。在步驟(2)中，碳酸鈉和硼酸是作為混合熔劑熔融樣品，熔劑的選擇，參照大多數(shù)堿熔分析方法標準，例如GB/T6900-2006對熔劑的要求，因此，熔劑種類并無限制，還可使用其它熔劑，例如過氧化鈉、氫氧化鈉、焦硫酸鉀等，但是碳酸鈉和硼酸的組合是最常用的堿性熔劑，而且熔解效果較好。此外，熔劑的用量取決于樣品的質(zhì)量，確保熔劑的用量足夠即可。在本發(fā)明的方法中，步驟(2)中的高溫加熱可在高溫爐內(nèi)進行。在一個實施方式中， 可將樣品置于已升溫至400℃的高溫爐內(nèi)，繼續(xù)加熱至1000℃至1100℃。在另一個實施方式中，可將樣品置于已升溫至400℃的高溫爐內(nèi)，繼續(xù)加熱至1000℃。熔劑只有在高溫的條件才能和樣品反應(yīng)變成熔融的狀態(tài)。在上述溫度處理范圍內(nèi)，可確保樣品成為熔融的狀態(tài)，使得樣品溶液滿足電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對進樣溶液的要求。在一個實施方式中，在步驟(2)中用于浸取樣品的所述稀鹽酸為質(zhì)量分數(shù)為10％的鹽酸水溶液。在另一個實施方式中，在步驟(2)中用于浸取樣品的稀鹽酸可為質(zhì)量分數(shù)為5％的鹽酸水溶液。如果鹽酸含量低，則樣品不易清洗，如果鹽酸含量高，則會導(dǎo)致溶液粘稠，影響測量結(jié)果。使用上述濃度的稀鹽酸水溶液，可以使樣品溶液滿足電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對進樣溶液的要求。根據(jù)本發(fā)明的方法，制備標準溶液的步驟(3)可包括：用鹽酸水溶液制備具有濃度梯度的所述待測元素的標準溶液。在一個實施方式中，在步驟(3)中制備所述待測元素的標準溶液的鹽酸水溶液的質(zhì)量百分含量為10％。使用上述濃度的稀鹽酸水溶液，可以使樣品溶液滿足電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對進樣溶液的要求。此外，在一個實施方式中，待測元素的濃度梯度可為0mg/L、8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L和40mg/L。上述待測元素的濃度梯度設(shè)置可確保標準溶液的曲線準確性。根據(jù)本發(fā)明的方法，繪制待測元素的標準曲線的步驟(4)可包括：調(diào)節(jié)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)，并使用耐高鹽霧化器和炬管。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀的可調(diào)范圍為：霧化器氣體流量為0L/min至2L/min，輔助氣流量0L/min至2L/min，射頻功率750W至1500W。在一個實施方式中，可將電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)調(diào)節(jié)為：霧化器氣體流量為0.5L/min至1.5L/min，輔助氣流量為0.2L/min至1.0L/min，射頻功率為1200W至1400W。優(yōu)選地，可將電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)調(diào)節(jié)為：霧化器氣體流量為0.8L/min，輔助氣流量為0.5L/min，射頻功率為1300W。將電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)設(shè)置在上述范圍內(nèi)，可避免結(jié)果出現(xiàn)偏差，確保測定結(jié)果的準確性。在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(4)中，分析譜線分別選定為：鐵238.204nm，鋁396.153nm，鈣317.933nm，鎂285.213nm。上述分析線譜的選擇可確保光譜干擾少、靈敏度高，從而獲得更好的測定結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的方法，測定樣品溶液的步驟(5)可包括：設(shè)置與步驟(4)相同的電感耦 合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)，并通過步驟(4)中繪制的標準曲線，測定樣品溶液的濃度。上述電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)的設(shè)置可確保測定結(jié)果的準確性。在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(6)中，通過式1來計算所述待測元素的含量：式1在式1中，w為鋼渣中所述待測元素的質(zhì)量百分數(shù)，單位為％；c為測得的樣品溶液中待測元素的濃度，單位為mg/L；V為樣品溶液定容后的體積，單位為mL；m為稱量的樣品質(zhì)量，單位為g。根據(jù)以上式1可準確地計算出元素含量。根據(jù)本發(fā)明的方法，待測元素可包括鐵、鋁、鈣和鎂。鋼渣中主要元素包括鐵、鋁、鈣和鎂，并且含量均在1％以上，通過本發(fā)明的方法可同時測定鋼渣中的鐵、鋁、鈣和鎂，并且測定結(jié)果準確性較高。下面將通過參考下面的實施例描述本發(fā)明的實施方式。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，以下實施例是非限制性的，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種修改和變化。本發(fā)明的范圍應(yīng)僅受權(quán)利要求及其等價方案所限定。實施例1(1)固體樣品預(yù)處理：將鋼渣樣品A經(jīng)顎式破碎機破碎至粒度直徑為10mm以下，按四分法縮分至約100g，然后利用振動磨將100g試樣全部粉碎至粒度直徑為0.5mm以下，繼續(xù)縮分，加工至全部通過180目篩，在105℃烘箱中烘2小時，得到干燥細粉。(2)制備樣品溶液：準確稱取0.1000g步驟(1)中得到的樣品(精確至0.0002g)，放入25mL鉑金坩堝中。加入5mL的HNO3和5mL的HF。低溫蒸干揮散除硅，再以硝酸趕氟。冷卻后加入2g無水碳酸鈉和1g硼酸，并且混勻，將盛有樣品的坩堝置于已升溫到400℃的高溫爐內(nèi)，繼續(xù)加熱至1000℃，熔融15分鐘。取下坩堝并搖動坩堝，使試樣均勻覆蓋坩堝內(nèi)壁，稍冷卻后用50mL質(zhì)量分數(shù)為10％的鹽酸浸取于250mL燒杯中，冷卻后以水定容于250mL玻璃容量瓶中作為母液。用于測定鐵、鋁、鈣、鎂 的含量。(3)制備標準溶液：用質(zhì)量百分含量為10％的鹽酸水溶液稀釋1000mg/L的鐵、鋁、鈣、鎂標準溶液至100mg/L，再用10％的鹽酸水溶液逐級稀釋100mg/L成0mg/L、8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L、40mg/L的鐵、鋁、鈣、鎂標準溶液。(4)繪制鐵、鋁、鈣、鎂標準曲線：調(diào)節(jié)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)：霧化器氣體流量0.8L/min、輔助氣流量0.5L/min、射頻功率1300W，使用耐高鹽霧化器和炬管；分析譜線分別選定為：鐵238.204nm，鋁396.153nm，鈣317.933nm，鎂285.213nm；測定步驟(3)中得到的鐵、鋁、鈣、鎂標準溶液的發(fā)射強度；以步驟(3)配制的鐵、鋁、鈣、鎂標準溶液濃度值為橫坐標，以測得的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀發(fā)射強度為縱坐標，繪制鐵、鋁、鈣、鎂標準工作曲線，結(jié)果見表1。表1通過計算，得到的線性相關(guān)系數(shù)分別為Fe0.9999，Al0.9999，Ca0.9999，Mg0.9997，可見線性良好。(5)測定樣品溶液：設(shè)置與步驟(4)相同的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀參數(shù)，并通過步驟(4)繪制的標準工作曲線，測定樣品溶液的濃度值，結(jié)果見表2。表2鋼渣樣品AFeAlCaMg濃度(mg/L)15.3828.6538.1932.58發(fā)射強度(cps)73257.561663.9118652.3331869.1(6)通過下面式1計算得到，鋼渣中鐵含量為3.84，鋁含量為7.16，鈣含量為9.55，鎂含量為8.14。式1在式1中，w為鋼渣中待測元素的質(zhì)量百分數(shù)，單位為％；c為測得的樣品溶液中待測元素的濃度，單位為mg/L；V為樣品溶液定容后的體積，單位為mL；m為稱量的樣品質(zhì)量，單位為g。對比例1根據(jù)現(xiàn)存實施的鋼渣分析方法YB/T140-2009，對三種不同鋼渣樣品A、B、C進行測定。具體地，根據(jù)YB/T140-2009規(guī)定的EDTA(乙二胺四乙酸二鈉)容量法分別測定鐵、鋁、鈣和鎂四種元素的含量，每個樣品測試6次，取其測試平均值。實施例2采用與實施例1相同的方法分別測定與對比例1中相同的三種鋼渣樣品A、B、C中鐵、鋁、鈣和鎂四種元素的含量。將實施例2的ICP法與對比例1的EDTA容量法測定的結(jié)果比較，結(jié)果見表3。表3ICP法與EDTA法分析結(jié)果由表4中可見，兩種方法測試結(jié)果相近，四種元素含量相差甚微，并且均滿足實驗要求，說明本發(fā)明中用ICP法對鋼渣中的元素的測試結(jié)果同樣是準確可靠的。對比例2根據(jù)YB/T140-2009規(guī)定的EDTA容量法分別測定1個鋼渣樣品中的鐵、鋁、鈣和鎂4種元素的含量，實驗人員為1人。實施例3采用與實施例1相同的方法測定與對比例2中相同鋼渣樣品中的鐵、鋁、鈣和鎂4種元素的含量，實驗人員為1人。將實施例3與對比例2進行對比，結(jié)果見表4。表4實驗方法ICP法(實施例3)YB/T140-2009(對比例2)周期1天3～4天成本氬氣消耗(低)化學(xué)試劑(高)方法易掌握程度容易難檢測方式同時測定每個元素單獨測定檢測范圍高低含量同時檢測高低含量分別檢測由表4可見，本發(fā)明的ICP法與YB/T140-2009比較，采用ICP法大大縮短了實驗周期，減少了實驗成本，方法容易掌握，操作簡單，并且可同時測定多種元素，因此根據(jù)本發(fā)明的ICP法測定鋼渣中的多種元素在時間、人力和成本上具有更多優(yōu)勢。當(dāng)前第1頁1 2 3