苏 彬 王学云 王丽君 周永豪 曹战钊 单 强

(安阳钢铁集团有限公司)

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铌铁中铌钛钽硅铝磷

苏 彬 王学云 王丽君 周永豪 曹战钊 单 强

(安阳钢铁集团有限公司)

60 ℃温度下用硝酸和氢氟酸溶解试样，用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定铌铁中铌、钛、钽、硅、铝、磷。本方法使用铌铁标样打底，加入适量标准系列溶液建立校准曲线，消除了基体元素对被测元素的影响，同时克服了被测元素落在校准曲线线性范围之外的问题。样品中高含量的铌采用高精密度测量法，提高了测定结果的准确性。

电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES) 铌铁

0 前言

近年来，铌铁的应用领域不断拓展，冶金行业主要用来冶炼含铌钢。铌铁的添加可以增强钢的强度、韧性和抗腐蚀性，有效改善钢的焊接性能。因此铌合金在炼钢生产中有着广阔的应用前景。

检测铌铁的化学成分，用现行国标的化学分析方法分析铌铁中铌、钛、钽、硅、铝、磷，消耗试剂多、操作过程繁琐，周期较长，很难满足炼钢需求。本法建立了用硝酸和氢氟酸溶样，使铌和硅以稳定可溶性络合物形态存在，利用耐氢氟酸系统以ICP-AES法测定铌铁中铌、钛、钽、硅、铝、磷的分析方法。结果表明，该方法能有效的检测铌铁中多种元素，测定误差在国家标准允许差范围[1-5]。

1 试验部分

1.1 仪器及工作条件

(1)仪器：Thermo iCAP7400型全谱直读等离子体原子发射光谱仪和配耐氢氟酸进样系统。

(2)工作条件：高频发射功率为1 350W,辅助气为氩气，流量为0.5 L·min-1,雾化器气体流量为0.70 L·min-1，蠕动泵转速为50 r·min-1,观测高度为12.0 mm,测定积分时间为30 s。

1.2 主要试剂

硝酸：(ρ=1.42 g/mL)；

氢氟酸：(ρ=1.15 g/mL)；

实验所用试剂均为优级纯，水为去离子水；

铌、钛、钽、硅、铝、磷标准溶液(钢铁研究总院)：1 000 μg/mL。

2 条件试验

2.1 溶样酸用量对试样溶解的影响和氢氟酸的作用

铌铁不能溶解在单一的硝酸中，因此用硝酸与氢氟酸溶解铌铁样品。氢氟酸能有效溶解试样中的硅，形成四氟化硅。当溶样温度≤60 ℃时，四氟化硅不易逸出，可避免测定结果偏低。同时当用酸分解试样时，铌极易水解析出沉淀，但在氢氟酸体系中铌能以稳定可溶性络合物形态存在[6]，使分析结果稳定和准确。

在氢氟酸与硝酸的混合酸中，改变氢氟酸的用量，同时分析6个相同铌铁样品，测定结果见表1。

表1 氢氟酸用量对样品结果影响

从表1可以看出，加1 mL氢氟酸，经过20 min的时间，样品仍不能完全溶解，而加入5 mL、6 mL氢氟酸时，样品在10 min左右反应完全。为避免溶解样品时间太长，氢氟酸的用量选取5 mL。因此第5组为最佳混合酸用量。

2.2 谱线选择

分别配制质量浓度10 μg/mL的Nb、Ti、Ta、Si、Al、P单元素标准溶液，从谱线库中每个元素选择两条谱线，用等离子体原子发射光谱仪分别在被测元素的分析线波长处扫描待测元素背景信号强度值，各元素之间无干扰。从中选择灵敏度高、背景低、干扰小、强度高的谱线为最佳分析谱线，见表2。

表2 元素的最佳分析谱线

2.3 标准曲线的绘制

现有铌铁标样元素无法覆盖日常分析样品中被测元素的含量范围。为了消除基体对待测元素的影响，实验中采用铌铁标样打底，加入被测元素标准系列，配制校准曲线的标准系列溶液。实验结果表明，用该标准系列溶液绘制的标准曲线线性关系良好，并能根据试样中被测元素的含量变化灵活地调节曲线的线性范围，结果见表3。

2.4 高含量元素铌的测定

铌是铌铁中的主要元素，为提高测量的准确度，

表3 校准曲线的线性方程、相关系数及线性范围

采用高精密度测量法[7]，即在初步测定试样的铌含量后，在铌含量上下约1.0%处加校准点，反复校准和测量，结果见表4。

表4 高精密度测量法与常规测量方法对比

从表4可以看出，对于高含量铌的测定，高精密度测量法比校准曲线法准确度高。

2.5 精密度和准确度

为了考察测定结果的精密度和准确度，按实验方法及选定的条件对铌铁标样(YSBC28635-2012)中各元素进行10次测定，结果见表5。

表5 精密度和准确度实验结果

从表5可以看出，该铌铁标样中Nb、Ti、Ta、Si、Al、P测定结果的相对标准偏差

表3 非金属夹杂物检验结果对比

表4 效益测算

从表4可以看出，成本降低9.18 元/t，板坯铝镇静年产量约150万t，可降低成本约1 377万元/年。

4 结论

(1)通过LF生产工艺优化的实践，确定了合理的LF炉渣组分、低熔点以及具有良好流动性的精炼渣。

(2)通过LF造渣工艺的优化，降低了钢水中夹杂物的含量，从而使钢水的纯净度得到了提高。

(3)成分硅含量得到了有效控制，成分合格率达到100%。

(4)通过工艺的优化，降低了造渣物料的消耗，从而降低了生产成本，为企业带来了良好的经济效益。

[1] 俞海明.电炉钢水的炉外精炼技术[M].北京:冶金工业出版社，2010:29-30.

[2] 陈家祥.钢铁冶金学[M].北京: 冶金工业出版社，1990：59-60.

[3] 黄稀枯.钢铁冶金原理[M].重庆:重庆大学出版社,1990:201-202.

[4] 李献忠，汪菊华. LF精炼渣系的分析与应用[M]. 北京:冶金工业出版社，2010：1-2.

DETECTION OF NIOBIUM, TITANIUM, TANTALUM, SILICON, ALUMINIUM AND PHOSPHORUS IN FERRONIOBIUM BY INDUCTIVELY COUPLED PLASMA ATOMIC EMISSION SPECTROMETRY

Su Bin Wang Xueyun Wang Lijun Zhou Yonghao Cao Zhanzhao Shan Qiang

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

At 60 ℃, with nitric acid - hydrofluoric acid dissolving sample, a method to determine Nb, Ti, Ta, Si, Al and P in ferroniobium was established by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry ( ICP-AES). This method can ensure high recognition rate and remove the disturbing factor in the solution.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry ( ICP-AES) ferroniobium

，工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁集团有限公司质量检测处化学室；

2017—2—19