昆钢科技. KungangKejx 20215
20212
e型钢曾海梅1孙肖媛2
（1.武昆股份技术中心；2.昆钢科技创新h）
摘要采用等离子发射光谱法测定直接还原铁中硅、9、磷、饥、钛、铜、铝、S、镁、钙、钾、钠含量，通过试验确立了方法的测定范围、试样溶液的制备（试样中 Mn、P、As、K、Na、Cu元素用酸溶解、Ca、Mg、Al、Si、Ti、V元素用混合熔剂熔融）、校准曲线溶液的制备、分析谱线的选择等。样晶的相对标准偏差小于3%，说明
方法的精密度达到要求。不同人员、不同实验室分析试样误差都在允许差范围内，样晶
加标回收率在97~102%之间，说明方法的准确性好，该方法已经批准形成国家标准,
标准号GB/T38812.3-2020。
关键词等离子发射光谱法直接还原铁
1前言
随着钢产能的急剧增长，世界范围内废钢、冶金焦煤资源紧缺，采用煤取代冶金焦生产直接还原铁的工艺研究越来越受到人们的关注。隧道窑、转底炉煤基直接还原工艺，是近年来备受关注的新型炼铁工艺，该工艺免去了建设高炉和煤焦化所需的巨额投资，以矿粉、煤粉为原料，在一定温度条件下还原得到直接还原铁。直接还原铁可替代废钢作为炼钢原料，特别是在电炉生产优质洁净钢时，配入作为稀释废钢带入的大量残余元素（Pb、Sn、Cu（Ni、Cr等）的优质原料°直接还原铁也可以代替部分矿石直接进入高炉炼铁，提高高炉利用系数。
直接还原铁中硅含量的测定应用GB/T6730.10铁矿石化学分析法[1]重量法测定硅量、磷含量的测定应用GB/T6730.19铁矿石化学分析法，磷钳蓝光度法测定磷量、铜含量的测定应用GB/T6730.36铁矿石化学分析法原子吸收分光光度法测定铜量[2]家标元素
等，需要每个元素分别测定，这些方法存在操作步骤繁琐，所需化学试剂较多，有些还要用到有机试剂，影响操作人员的身体健康，废酸、废碱污染环境，分析周期长等不足，而难于满足生产需要。电感耦合等离子体原子发射光谱法是近年来较为成熟的分析方法，具有检出限低、准确度高、基体效应小等特点，可用于低含量的测定。采用电感耦合等子原子发射谱法测定直接还原铁多元素，可一次溶
样进行多元素分析，且操作方便，大大缩短了检测周期，提高了检测效率，减轻了检测人员的劳动强度，同时不需要使用大量化学试剂，减轻了化学试剂对环境造成的污染，还减少了化学试剂对试验人员的身体伤害，降低了成本。
根据国家标准化管理委员会国标委综合[2017]103号文“国家标准委关于下达2017年第三批国家标准制修订计划的通知”要求，由武钢集团昆明钢铁股份有限公司负责《直接还原铁、
硅、G、磷、飢、钛、铜、铝、I、镁、钙、钾、钠含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法》国家
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标准的制定工作，项目编号为20171698-T-605，该项目由全国铁矿石与直接还原铁标准化技术委员会归口。
2等离子发射光谱法与其它分析方法的比较
2.1与传统化学分析方法的比较
等离子发射光谱法克服了传统化学分析对于每一种元素、不同含量范围要用不同的分析方法，它可以
同时进行多元素不同含量范围的测定，只需将 待测试样溶解成为溶液即可在所选定的仪器工作条件下测定［3-4］，绝大部分溶液不需进行分离、掩蔽、显等步骤，节省了人力、物力资源。
2.2等离子发射光谱法与原子吸收光谱法比较
等离子发射光谱法与原子吸收光谱法比较见表1'
表1等离子发射光谱法与原子吸收光谱法比较
比较参数等离子发射光谱法原子吸收光谱法
分析最高温度等离子炬：8000K：3080K
滞留时间在等离子炬中滞留3300微秒滞留77微秒易挥发及易原子化的金属元素良好，女口：锌挥发原子化的金属元素良，：锌
(1m-g/mL)、镉(1m-g/mL)、铜(1m-g/mL)。(06mpg/mL)镉(0.5m-/mL)铜(1mjj-/mL)o
检测限
高熔点和难挥发的元素能测定，女口：硼(4m-/mL)、
磷(20m-g/mL)、_(0.2m-g/mL)o 高熔和难挥发的元素测定，：硼(700m-g/mL)、磷一般不用原子吸收直接测定、皱不能测定。
化学干扰不明显中等
元素测定多元素时测定
每一元素逐个测定
分析1200个数据/小时300个数据/小时
线性范围5〜6个数量级3量级
常规操作需要熟练容易
从表1看出，等离子发射光谱法比原子吸收光《炼钢用直接还原铁》的化学成分的规定以及日常谱法干扰/J、、检测速度快、成本低。检验的情况确定的适用范围。昆钢2005年至2018
3检测方法研究3.1测定范围年采用本方法进行日常检验试验数据数量及范围的统计，统计结果见表2。
本方法是根据行业标准YB/T4170—2008
表2几年生产实测数据统计
元素测定围(%)测量()最大值(%)最小值(%) Sx0.10~10.00800 4.980.20
Mn0.10~5.005500.690.053 P0.010~2.00550 1.080.15 V0.010~2.005500.660.090
T0.010~2.005500.660.017 Cu0.010~2.005500.200.012
A10.010~2.00550 1.120.15
20212直接还原铁多元素含量测定的研究-13-
元素测定范围(%)测量次数(次)最大值(%)最小值(%)
As0.010〜2.008000.180.012
M g
0.010〜2.005000.130.007
Ca0.010〜2.005500.130.015
K0.010〜2.005500.150.021
Na0.010〜2.005500.350.013
3.2试样溶液制备试验
(1)由于直接还原铁中Mn(P、As、K、Na( Cu元素用酸即可溶解，经反复试验及验证，用盐酸(p l.19//mL)、硝酸(p1.42//mL)、(p l.l5//mL)和高氯酸(p1.67g/mL)溶样方法能较好地溶解试样中Mn、P、As、K、Na、Cu元素。溶样中为防止磷生成磷化氢而逸失，用低温盐酸溶样。
(2)由于直接还原铁中Ca、Mg、Ag Si、Ti、V元素都是以氧化物的形式存在，直接用酸难以溶解，这些物质的氧化物在高温下用混合熔剂很容易熔融［5'6］。混合熔剂预处理样品试验如下：
风光互补led路灯①混合熔剂用量及熔融温度
加入不同量的混合熔剂，熔融效果不同。混合熔剂用量小于2/，有部分未熔试样；大于4/，试样熔解完全，但熔剂量高会引起基体、谱线和背景干扰，堵塞雾化系统和腐蚀ICP炬管，经反复试验及验证，本方法选择2~3g混合熔剂熔融效果好o 其次在确定熔融温度和熔融时间时，用无水碳酸钠一硼酸混合熔剂熔融试样时，开展了800Y、850°C、900Y和950Y四个不同的温度，熔融时间分别为15min和20min的相关试验，结果显示900C和950C，熔融时间为15min时，各元素测定结果稳定。本方法确定
熔融温度选择900C、熔融时间选择15min。
②浸取熔块的盐酸浓度
由于浸取溶液中酸度高会导致硅析出致使测定结果偏低，而浸取溶液中酸度低会导致直接还原铁熔块溶解不完全。因此在确定浸取熔块的盐酸浓度时，开展了100mL(1+1)、100mL(1+2)、100mL(1+3)和100mL(1+4)盐酸浓度浸取
验，盐酸100mL(1+4)时，浸取。盐酸浓度100mL(1+1)时，虽熔块溶解完全，但会导致硅析出、测定结果偏低。100mL( 1+ 2)、100mL(1+3)时熔溶，硅的测量果准确。本方法选择100mL稀盐酸(1+3)浸取。
3.3校准曲线溶液的制备
校准溶液被定义为绘制分析元素校准曲线所要求的溶液，它取决于仪器的性能参数和线性灵敏度。要覆盖本方法所示的浓度范围至少需要8种溶液。对于浓度范围窄的试样，校准溶液必须包括有效区，如果溶液中元素浓度超过5000XDL，必须另外绘制校准曲线以包括该范围。为了符合试样与校准溶液的求，校准溶液必须加
量的铁、熔和酸。对校准溶液，本方法推荐的步骤，用相当于试样中铁量的基准纯铁代替试样。在最
终稀释到规定体积前，加入校准溶液浓度所需的标准溶液和盐酸以获得最终比较一致的酸。
因为磷标准溶液是用磷酸二氢钾配制而成，所以钾元素标准溶液需单独制备。
3.3.1酸处理试料的校准曲线溶液的制备
分别称取0.4000g基准纯铁8份于聚四氟乙烯烧杯中，按3.5.1步骤将其溶解，冷却至室温，将溶液转移至250mL容量瓶中，按表3加入被测元素的标准溶液(钾元素标准溶液需单独制备)，校准被测元素的围，4所示的浓度范围至少需要8种溶液。对于浓度范围窄的试料，校准溶液必须包括有效区，如果溶液中元素过5000XDL，必须外制校准
以包括该范围。如果发现校准曲线不呈线性，则增加校准系列。
・14・昆钢科技20212
表3制作校准曲线的标准溶液序列
元素标准溶液含量/-/mL标液体积/mL溶液浓度/-/mL样品质量分数/%
1.00
2.00.10
5.0010.00.50
10.0020.0 1.00
G50020.0040.0 2.00
30.0060.0 3.00
40.0080.0 4.00
50.00100.0 5.00
10.0040.0 2.00
7.5030.0 1.50
1000
5.0020.0 1.00
磷 2.5010.00.50
正弦波信号发生器
5.00 2.00.10
100 2.50 1.00.050
0.500.20.010
0.500.20.010
100 2.50 1.00.050
5.00 2.00.10
神 2.5010.00.50
7.5030.0 1.50
1000
5.0020.0 1.00
10.0040.0 2.00
5.0020.0 1.00旋转翼
1000
2.5010.00.50
0.500.20.010
100
钾 5.00 2.00.10
10007.5030.0 1.50
100 2.50 1.00.050
100010.0040.0 2.00
5.0020.0 1.00
10007.5030.0 1.50
10.0040.0 2.00
钠 2.50 1.00.050
1000.500.20.010
5.00 2.00.10
1000 2.5010.00.50
20212直接还原铁多元素含量测定的研究-15-
元素标准溶液含量/-/mL标液体积/mL溶液浓度/-/mL样品质量分数/% 100010.0040.0 2.00
100
2.50 1.00.050
5.00 2.00.10
buck降压电路
铜 5.0020.0 1.00
10007.5030.0 1.50
2.5010.00.50
1000.500.20.010
3.3.2碱处理试料的校准曲线溶液的制备
将8份加有2~3/混合熔剂（2份无水碳酸钠与1份硼酸研细混匀）的定量滤纸置于预先垫有石墨的刚玉堆蝎中，放置于900Y±15Y高温炉中，熔融15min，取出冷却，熔块放入预先加有100mL的盐酸（1+3）的烧杯中，搅拌至熔块完全溶解，将溶液过滤于250mL容量瓶中，按表5加入被测元素的标准溶液，使校准曲线覆盖被测元素的浓度范围，要覆盖表4所示的浓度范围至少需要8种溶液。对于浓度范围窄的试样，校准溶液必须包括有效区，如果溶液中元素浓度超过5000x DL，必须另外绘制校准曲线以包括该范围。如果发现校准曲线不呈线性，则增加校准系列。
表4制作校准曲线的标准溶液序列
元素标准溶液含量/-/mL标液体积/mL溶液浓度/-/mL样品量分L%
0.50 2.00.10
2.5010.00.50
5.0020.0 1.00
硅100010.0040.0 2.00
20.0080.0 4.00
30.00120.0 6.00
渣油四组分40.00160.08.00
5.0020.0 1.00
1000
2.5010.00.50
0.500.20.010
100
钛 5.00 2.00.10 10007.5030.0 1.50
100 2.50 1.00.050
100010.0040.0 2.00
0.500.20.010
100 2.50 1.00.050
5.00 2.00.10
2.5010.00.50
7.5030.0 1.50
1000
5.0020.0 1.00
10.0040.0 2.00
