一种高炉铁料中高含量有害元素的快速分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光谱分析技术领域，具体涉及一种高炉铁料中高含量有害元素的快速 分析方法。
【背景技术】
[0002] 氧化钾、氧化钠、铅、锌、砷在高炉炼铁生产中属于有害元素，有害元素负荷增加会 导致出现高炉料柱透气性恶化、休风率增加、焦比升高、铁水质量降低等问题，给高炉顺行、 提高高炉效益带来挑战。在当前国内钢铁市场持续低迷、供求矛盾加剧、钢铁行业面临极为 严峻考验的形势下，为扭亏为盈、增强企业竞争力和生存能力，需调整高炉用料结构，为防 止由贫杂铁料引入的有害元素在炉内循环富集，需要对入厂原料的有害元素进行趋势性跟 踪和分析评价，以便合理搭配炉料，保证在有害元素受控的范围内，降低炼铁成本。
[0003] 目前对高炉铁料有害元素的检测全部采用原子吸收光谱法，此法过程繁琐，检测 时间长，检测1个试样需要240分钟以上，生产效率较低，影响生产连续性，限制高炉作业 率，且作业人员劳动强度大，对炼铁成本影响较大，极大地限制了在生产中的应用，同时，原 子吸收光谱法对于样品的制取和元素含量的范围要求较为严格，目前广泛用于低含量元素 的测定；且样品溶液的制备和检测时间长，无法满足铁料有害元素检测时效性的要求，有害 元素检测数据对生产的指导作用有限。而利用X射线荧光光谱法检测时，由于绘制曲线所 用的高标样搜集困难，因此，对超出工作曲线分析范围的高含量有害元素样品的检测分析 方法尚为空白，如果采用X射线荧光光谱法检测高炉铁料中高含量有害元素，会造成检测 值与真实值之间误差较大，不准确，无法得到该样品中有害元素的准确含量，采用传统的湿 法化学分析相比，样品需要溶解成水溶液，且需要进行高倍稀释，溶解试剂需求量大、操作 繁琐。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决上述问题，提出了一种高炉铁料中高含量有害元素的快速分析方 法。
[0005] 本发明的技术方案是：一种高炉铁料中高含量有害元素的快速分析方法，具体包 括以下步骤： 1) 确定仪器分析条件 采用X射线荧光光谱仪，通过对K、Na、Zn、Pb、As五种元素进行光学电学条件选择，扣 除背景干扰和谱线干扰，确定仪器分析条件； 2) 选择标准样品 搜集不同含量梯度的标准样品用于绘制工作曲线。标准样品的有害元素含量覆盖范 围：其中，K2O 0· 0068% ~L 640%、Na2O 0· 0060% ~0· 590%、Zn 0· 0030% ~0· 240%、Pb 0. 0009% ~0. 319%、As 0.0062% ~0. 051% ; 3) 绘制工作曲线以及工作曲线的基体校正 标准样品采取高温熔融法制备玻璃熔片，利用X射线荧光光谱仪测定，分别以标准样 品的K20、Na20、Zn、Pb、As含量为横坐标，以测定标准样品的荧光强度为纵坐标，软件自动绘 制工作曲线，采用理论α系数校正基体效应； 4) 试样分析 a. 高含量有害元素样品的确定：检测试样时对超出工作曲线分析范围的样品确 定为高含量有害元素样品，即 K2O >1.640%、Na2O >0.590%、Ζη>0. 240%、Pb>0. 319%、 As>0.051% ； b. 稀释标样的确定：对试样中K20、Na20、Zn、Pb、As含量小于上述高含量有害元素 样品中每种有害元素最小值1/10的一试样将其确定为稀释标样，即K 2O〈0. 164%、Na2O 〈0.059%、Zn〈0.024%、Pb〈0.0319%、As〈0.0051%; c. 试样玻璃熔片的制备：将步骤a得到的高含量有害元素样品与所述的稀释标样混合 稀释，采取高温熔融法制备玻璃熔片； d. 试样检测：对上述制得的试样玻璃熔片，利用X射线荧光光谱仪进行检测，根据标准 样品制作的工作曲线，得出试样中有害元素的含量值； 5) 计算得出高含量有害元素样品中有害元素的含量 以上述稀释标样中其中一有害元素含量为基数，经加权计算，得出高含量有害元素样 品中该元素的真实含量。计算公式为，其中，w(a)表示计算后得到的高含量有害元素样品 中该元素的真实含量；m(a)表示称取该高含量有害元素样品的质量;w(b)表示对试样检 测得到的该元素的含量；w(c)表示稀释标样中该元素的含量;m(c)表示称取该稀释标样 的质量；从而计算得到w (a)值。
[0006] 优选的，稀释标样为一铁精矿试样，其中K2O 0· 116%、Na2O 0· 055%、Zn 0· 003%、Pb 0.010%、As 0.005%。
[0007] 优选的，试样玻璃熔片的制备：将上述步骤a得到的高含量有害元素样品与 稀释标样按质量比2:5混合稀释，依次加入助剂无水四硼酸锂、硝酸铵、溴化锂，置于 95%Pt+5%Au坩埚中充分混匀。然后将坩埚放入熔融炉内，按照熔样温度1050°C、熔融4min、 摇摆10 min、静止0.5 min、冷却3 min的一次成型熔融程序进行熔片，取出自然冷却至室 温后待测。
[0008] 本发明的优点在于： 1、本发明提出了一种通过物料稀释分析高含量有害元素的新方法，为公司合理配加贫 杂铁料，防止有害元素在炉内循环富集提供了有效的技术支持。从含量低的有害元素样品 中确定稀释标样，稀释标样对高含量有害元素样品进行混合稀释再通过X射线荧光光谱仪 进行检测、然后通过计算得到高含量有害元素样品中有害元素的含量，与传统的原子吸收 光谱法相比，样品不需要溶解成水溶液，也不需要进行高倍稀释，操作简单、定性准确、节省 了高纯试剂用量，成本大幅度降低。X射线荧光光谱法检测1个试样只需30min，原子吸收 光谱法则需要约240min，检测速度较原子吸收光谱法提高了 8倍，极大地提高了生产效率， 实现了有害元素的快速检测。能够及时地对每批入厂原料的有害元素进行趋势性跟踪，对 各厂家原料进行定量分析，有利于企业策划与原燃料资源特点相适应的生产配料，保证在 有害元素受控的范围内，降低炼铁成本，对提高高炉操作水平和生产技术经济指标，具有重 要的指导意义。
[0009] 2、本发明采用高温熔融法制备样品，熔融制片测定，此法不仅能消除矿物效应，也 可解决含铁矿物样品中共存元素之间存在的复杂基体效应等问题。
[0010] 3、本发明稀释标样为一铁精矿试样，其中K2O 0. 116%、Na2O 0. 055%、Zn 0. 003%、 Pb 0.010%、As 0.005%。高含量有害元素样品与稀释标样按质量比2:5混合稀释熔融制片 测定，分析过程稳定、定性准确、精准度最好。
[0011] 4、本发明高含量有害元素样品经物料稀释后的检测结果与原子吸收光谱法相比， 分析误差较稀释前明显缩小。分析结果的准确度能完全满足《酒钢、榆钢按质论价技术规范 第六版》（见表1)中关于有害元素基价条件的检测要求和实际生产工艺要求。
[0012] 表1《酒钢、榆钢按质论价技术规范(第六版)》
【主权项】
1. 一种高炉铁料中高含量有害元素的快速分析方法，其特征在于：具体包括以下步 骤： 1) 确定仪器分析条件 采用X射线荧光光谱仪，通过对K、Na、Zn、Pb、As五种元素进行光学、电学条件选择，扣 除背景干扰和谱线干扰，确定仪器分析条件； 2) 选择标准样品 搜集不同含量梯度的标准样品用于绘制工作曲线。标准样品的有害元素含量覆盖范 围：其中，K2O0? 0068% ~L 640%、Na2O0? 0060%~0? 590%、Zn 0? 0030%~0? 240%、Pb 0. 0009%~0. 319%、As0.0062%~0. 051% ; 3) 绘制工作曲线以及工作曲线的基体校正 标准样品采取高温熔融法制备玻璃熔片，利用X射线荧光光谱仪测定，分别以标准样 品的K20、Na20、Zn、Pb、As含量为横坐标，以测定标准样品的荧光强度为纵坐标，软件自动绘 制工作曲线，采用理论a系数校正基体效应； 4) 试样分析 a. 高含量有害元素样品的确定：检测试样时对超出工作曲线分析范围的样品确 定为高含量有害元素样品，即K2O>1.640%、Na2O>0.590%、Zn>0. 240%、Pb>0. 319%、 As>0.051% ； b. 稀释标样的确定：对试样中K20、Na20、Zn、Pb、As含量小于上述高含量有害元素 样品中每种有害元素最小值1/10的一试样将其确定为稀释标样，即K2O〈0. 164%、Na2O 〈0.059%、Zn〈0.024%、Pb〈0.0319%、As〈0.0051%; c. 试样玻璃熔片的制备：将步骤a得到的高含量有害元素样品与所述的稀释标样混合 稀释，采取高温熔融法制备玻璃熔片； d. 试样检测：对上述制得的试样玻璃熔片，利用X射线荧光光谱仪进行检测，根据标准 样品制作的工作曲线，得出试样中有害元素的含量值； 5) 计算得出高含量有害元素样品中有害元素的含量 以上述稀释标样中其中一有害元素含量为基数，经加权计算，得出高含量有害元素样 品中该元素的真实含量。计算公式为，其中，w(a)表示计算后得到的高含量有害元素样品 中该元素的真实含量；m(a)表示称取该高含量有害元素样品的质量;w(b)表示对试样检 测得到的该元素的含量；w(c)表示稀释标样中该元素的含量;m(c)表示称取该稀释标样 的质量；从而计算得到w(a)值。
2. 根据权利要求1所述的一种高炉铁料中高含量有害元素的快速分析方法，其特征在 于：稀释标样为一铁精矿试样，其中K2O0.116%、Na2O0.055%、Zn0.003%、Pb0.010%、As 0.005%。
3. 根据权利要求1或2所述的一种高炉铁料中高含量有害元素的快速分析方法，其特 征在于：所述试样玻璃熔片的制备：将步骤a得到的每一高含量有害元素样品与稀释标样 按质量比2:5混合稀释，依次加入助剂无水四硼酸锂、硝酸铵、溴化锂，置于95%Pt+5%Au坩 埚中充分混匀。然后将坩埚放入熔融炉内，按照熔样温度1050°C、熔融4min、摇摆10min、 静止0.5min、冷却3min的一次成型熔融程序进行熔片，取出自然冷却至室温后待测。
【专利摘要】本发明提供了一种高炉铁料中高含量有害元素的快速分析方法，具体包括以下步骤：确定仪器分析条件，搜集标准样品绘制工作曲线，试样分析，对检测试样时对超出工作曲线分析范围的样品确定为高含量有害元素样品，从含量低的有害元素样品中确定稀释标样，稀释标样对高含量有害元素样品进行混合稀释熔融制片，再通过X射线荧光光谱仪进行检测、然后通过计算得到高含量有害元素样品中有害元素的含量，与传统的原子吸收光谱法相比，样品不需要溶解成水溶液，也不需要进行高倍稀释，操作简单、定性准确、节省了高纯试剂用量，成本大幅度降低。为企业合理配加贫杂铁料，防止有害元素在炉内循环富集，降低生产成本、提高了经济效益。
【IPC分类】G01N1-28, G01N23-223
【公开号】CN104730098
【申请号】CN201510157797
【发明人】王钧婷, 魏国立, 刘克丹, 刘学广
【申请人】甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月3日