碱熔-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钒铁炉渣中钒铁锰磷

刘琼鲜，杨睿瑶，杨满洲，张高庆，王录锋

（攀枝花学院钒钛学院，四川 攀枝花 617000）

钒铁炉渣是铝热还原法冶炼钒铁过程中产生的废弃物，其中含V2O51.0%～1.5%[1]。目前由于对钒的需求量增大，对低品位的含钒渣类的利用也得到重视，在实际生产过程对钒铁炉渣中的氧化钒进行还原从而实现二次资源利用。钒铁炉渣中钒等元素含量的高低是决定钒铁炉渣二次利用的一个重要因素。

目前，关于钒铁炉渣中钒、铁、锰、磷含量的分析尚无国家或行业标准。目前，微量钒测定方法主要有原子吸收光谱法[2]和X 射线荧光光谱法[3]；微量铁的测定方法主要有滴定法[4]、分光光度法[5]、X 射线荧光光谱法[6]；微量锰的测定方法主要有原子吸收光谱法[7]、分光光度法[8]，微量磷的测定方法主要有分光光度法[9]、原子吸收光谱法[10]。但这些方法都存在缺陷，如滴定法和分光光度法属于传统的湿法化学分析方法，分析慢，对人员的技术水平要求较高[11]；原子吸收光谱法不能同时多元素的测定[12]；操作较繁琐，耗时长，对分析人员的技术水平要求较高；X 射线荧光光谱法（XRF）灵敏度低，一般分析质量分数大于0.01% 的元素[13]，因此这些方法无法满足现代高效、快速、准确的工作实际需要。

电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICPAES）因具有操作简单、检测耗时少、检出限低、灵敏度高、适合复杂体系分析和多元素同时测定等特点[14]，广泛应用于矿石等方面的分析中[15]。本文通过混合熔剂熔融酸化法对样品进行分解，建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钒铁炉渣中钒、铁、锰和磷的方法，其结果可靠，满足检测要求。

1 实 验

1.1 仪器及工作条件

iCAP 6300 型电感耦合等离子体全谱直读光谱仪（美国赛默飞世尔科技有限公司）：配有高盐雾化器、高盐雾化室及氩气加湿器。

仪器工作条件：RF 发生器功率为1150 W；辅助气Ar 气流量为1.0 L/min；雾化气流量为0.75 L/min；雾化器压力为0.22 MPa；泵速为50 r/min；进样管冲洗时长为30 s；观测高度为12 mm。

1.2 试 剂

高纯氧化铝（纯度99.99%）、高纯氧化镁（纯度99.99%）、高纯氧化钙（纯度99.99%）；YSBC 19823-2017 和YSBC 19824-2017 钒 铁 炉 渣国家标准物质（攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司）；钒、铁、锰、磷单元素标准储备溶液（钢铁研究总院）：1000 µg/mL；铁、锰标准工作溶液：50 µg/mL，钒标准工作溶液：125 µg/mL，磷标准工作溶液：1 µg/mL，由各单元素标准储备溶液逐级稀释而成；混合熔剂：无水碳酸钠与硼酸按质量比2∶1 混合、粉碎并摇匀。

盐酸、无水碳酸钠、硼酸为优级纯；实验用水均满足GB/T 6682 中规定的一级水要求。

1.3 实验方法

准确称取0.2000 g（精确至0.0001 g）试样于混合熔剂袋（预先由半张定量滤纸折成的锥形袋）中，将试样与3 g 混合熔剂混匀，叠成锥体并包紧，置于石墨垫底坩埚中。将坩埚移入高温（约750℃）马弗炉内并打开炉门至滤纸灰化完，再关闭炉门并将炉温升至（950±10）℃熔融20～25 min，取出坩埚，稍冷。用镊子小心地将熔块取出并清除干净熔块表面的石墨粉后，将熔块放在预先盛有30 mL 盐酸（1+1）的烧杯中加热浸取至熔块分解完全，再转入到200 mL 容量瓶中并加水定容至刻度线。随同试样做空白实验。

1.4 标准溶液系列的配制

称取6 份0.1200 g 高纯氧化铝、0.0400 g 高纯氧化镁、高纯0.0200 g 氧化钙和3 g 混合熔剂按实验方法完全消解后分别转移至6 个200 mL 容量瓶中，作为基体匹配试剂。再分别移取适量钒、铁、锰、磷的标准溶液，置于上述6 个200 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，定容，混匀，最终配制成表1 所示的标准溶液系列。

表1 标准溶液系列中各元素质量浓度/（mg·L-1）Table 1 Mass concentration of each element in standard solution series

2 结果与讨论

2.1 谱线选择

ICP-AES 中，待测元素受到激发时会产生很多谱线，为确保测定结果的准确，谱线选择的原则是灵敏度高、稳定性好、基体干扰小、共存元素间干扰少的谱线作为分析线[12]。在选择分析谱线时，根据iCAP6300 自带的iTEVA 软件谱线库中推荐的谱线及自带的元素谱线干扰表，每个元素初选2～3 条分析线。在选定仪器条件下，对混合标准溶液和实际样品溶液进行光谱扫描。排除掉元素间相互干扰的谱线，保留信噪比高、灵敏度高、干扰小的分析谱线。综合相关文献[16-18]考虑，各待测元素的分析谱线分别为钒310.230 nm、铁259.940 nm、锰257.610 nm 和磷213.618 nm。

2.2 样品分解方法

样品分解是本实验至关重要的过程，若样品分解不完全会导致测定结果偏低。本文研究了两种样品分解方法：a.盐酸-硝酸-氢氟酸；b.混合熔剂熔融酸化法。a 方法处理样品时发现分解不完全，这主要是因为钒铁炉渣中主要矿物相为MgAl2O4、CaAl4O7[1]，其中酸不溶物（Al2O3）含量较高，因此样品分解不完全。b 方法样品溶解完全，样品溶液清亮，故选择采用混合熔剂熔融酸化法来分解样品。

2.3 校准曲线相关系数、检出限及测定下限

在设定的仪器工作条件下对标准系列溶液进行测定，以待测元素的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制校准曲线，各待测元素校准曲线相关系数见表2。在选定实验条件下对基体空白溶液连续测定10 次，以3 倍标准偏差计算方法的检出限，以10 倍标准偏差计算测定下限，结果见表2。

表2 校准曲线相关系数、检出限和测定下限Table 2 Calibration curve correlation coefficients, detection limits and limit of determination

2.4 方法的精密度和正确度

取2 个钒铁炉渣国家标准物质，按实验方法分别进行8 次独立测定，结果见表3。从表3 可知：各待测元素测定结果的相对标准偏差（RSD，n=8）不大于3.9 %，测定值与认定值基本一致，相对误差（RE）不大于7.7%。表明本方法的精密度良好、准确度高，可满足各待测元素的检测需要。

表3 国家标准物质测定结果Table 3 Determination results of CRMs

3 结 论

本文采用混合熔剂（碳酸钠+硼酸）熔融酸化法高温熔融钒铁炉渣样品，经盐酸浸取熔块，定容后制备成待测溶液。通过选择合适的分析谱线、基体匹配法等消除干扰，建立了碱熔-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钒铁炉渣中钒铁锰磷的方法，可用于测定钒、铁、锰、磷含量范围分别为0.002%～2.50%、0.003%～1.00%、0.002%～1.00%和0.002%～0.20% 的钒铁炉渣样品。本方法精密度良好、准确度高、操作简单，可满足钒铁炉渣中钒、铁、锰、磷等元素的检测需要。