适用于铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法与流程

本发明涉及铝铁合金成分分析技术领域，尤其是一种适用于铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法。

背景技术：

铝铁合金是钢铁企业炼钢生产中必用原料。目前对于这种合金的各种元素测定，至今尚未制定出国家或行业标准的分析方法，仍采用传统化学湿法来进行成分分析。传统化学湿法存在操作繁琐、流程长等弊端，当前无市售的铝铁合金标准物质，且各元素为独立分析，分析周期长达20小时以上。因此，急需找到更准确、简便的仪器分析方法来完成铝铁合金的分析，以此来降低职工劳动强度，提高了工作效率，其精密度和准确度均能符合生产冶炼需求。x射线荧光光谱法在钢铁分析中被广泛应用，目前多采用粉末压片制样方法，但是此法较易受颗粒效应和矿物效应影响，分析结果准确性较差。而采用直接熔融制样法，由于铝铁合金中元素均以单质形式存在，在高温熔融情况下会严重腐蚀铂金坩埚。因此，寻找一种既不损坏铂金坩埚又能很好解决颗粒效应和矿物效应影响的分析方法尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法，这种方法可以解决现有铝铁合金化学成分测定方法流程复杂、效率低的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种适用于铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法包括以下步骤：

a、处理待分析样品：选取铝铁合金的待分析样品，过150～220目分子筛；

b、挂壁处理：将无水四硼酸锂粉末助熔剂放入坩埚，把坩埚放置于马弗炉内，在1050℃温度下，熔融10min后，立即取出坩埚旋转，将熔融状态的助熔剂附着在坩埚内壁，冷却后形成坩埚保护层；

c、制备待分析样品样片：将步骤a得到的待分析样品、过氧化钡和碳酸锂，混合后搅拌混匀，得到的混合物平铺于具有保护层的坩埚内，加入偏硼酸锂，均匀覆盖在混合物表面；然后放入高温炉中，在500℃下预氧化10～15min，缓慢升温至650℃，继续氧化10～20min，继续升温至850℃，氧化10～15min，直至无明显黑色颗粒；取出冷却后加入脱模剂，放入熔融机中，升温至950～1300℃熔融10～20min，在熔融过程中摇匀坩埚内熔融物；熔融结束后取出，放置在室温22~28℃的环境下冷却，得到玻璃状的待分析样品样片；

d、制备校准样品样片：选取高纯物质铝粉、纯铁、高纯氧化物sio2配制系列校准样品，按步骤a～c制备校准样品样片；

e、建立工作曲线：采用x射线荧光光谱仪对校准样品样片进行谱线扫描，选取最佳分析条件，分别测定校准样品样片中铝、铁、硅的谱线强度，以铝、铁、硅的kα谱线强度为纵坐标，校准样品中铝、铁、硅的质量百分数为横坐标，根据测量结果建立铝、铁、硅的工作曲线；对铝铁样品进行化学分析定值，校正工作曲线；

f、分析待分析样品样片：在与步骤e相同的测量条件下，分别测定步骤c得到待分析样品样片中铝、铁、硅的谱线强度，根据步骤e校正好的工作曲线对待分析样品样片的荧光强度进行测定，得到待分析样品样片中铝、铁、硅的含量。

上述适用于铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：脱模剂为溴化铵。

进一步的，步骤c的熔融过程中，摇坩埚前静置2min，摇匀坩埚内熔融物后静置3min。

进一步的，配置的校准样品中铝、铁、硅的质量百分比为：铝30～48%，铁40～65%，硅0.93～6.99%。

进一步的，步骤b中的无水四硼酸锂粉末助熔剂为5.0000～7.0000g。

进一步的，步骤c中的待分析样品为0.1500～0.3000g、过氧化钡0.3000～0.5000g、碳酸锂0.5000g、偏硼酸锂1.0000g。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、此方法与传统湿法化学分析方法以及内容均不一致，本发明方法克服现有标准存在的诸多缺陷与不足，并提供一种能够全面适用于大批量生产过程中铝铁的铝、铁含量测定的快速分析方法。

2、传统湿法化学分析方法分析流程复杂、步骤繁锁费时、劳动强度大、并较难全项目准确分析，测一个铝铁样品主要成分测定耗时达20个小时以上。本发明方法采用x荧光光谱分析法，发明出铝铁熔融样片的制备方式，选择出最佳分析条件，在5min内可同时对铝铁的铝、铁、硅含量三项主要化学成分进行分析，极大地缩减分析耗时，降低劳动强度，具有操作简便，结果准确、快速、适用范围广等优点，较好地解决制样、定量快速准确的难题。

3、本发明通过建立并校准铝铁的x荧光分析程序，可实现铝铁样品的批量分析，分析成本低，极大地提高了工作效率。从根本上解决了目前铝铁中主要化学成分含量检测的日常分析任务。

4、本发明使用荧光分析铝、铁、硅含量，分析时间由原来的20小时缩短至2小时，并且可以同时进行铝、铁、硅的分析，简化了操作方法，操作简便；测得值和化学法测得值相符，结果准确快速，适用范围广，可运用到实际生产中。

5、铝铁分析样品过筛目数的限定，可获得质量高的样片，以利于准确检测。

6、样品用量合理，根据样品的熔融情况选择适宜的助熔剂用量，使熔融物流动性较好。铝铁样品、氧化剂和助熔剂称样量可根据现有铂金坩埚大小以及样品粒度进行调整，只要熔融物流动性好，制备成的样片不存在不熔物、气泡、裂纹，待测组分不损失即可，但是建立工作曲线的校准样片与待测样片的称样量需一致。

7、使用溴化铵脱模剂，玻璃片脱模效果理想，无气泡和裂纹，成片率98%。

8、本发明采用独特的挂壁技术处理坩埚，使坩埚表面形成一层致密的保护层，能起到保护坩埚不被腐蚀的作用。经过预氧化处理，熔融制成熔片均匀、光滑、平整，极大限度满足分析要求。

附图说明

图1是实施例1铝铁合金中铝kα线工作曲线。

图2是实施例1铝铁合金中铁kα线工作曲线。

图3是实施例1铝铁合金中硅kα线工作曲线。

图4是实施例2、3铝铁合金中铝kα线工作曲线。

图5是实施例2、3铝铁合金中铁kα线工作曲线。

图6是实施例2、3铝铁合金中硅kα线工作曲线。

图7是实施例4铝铁合金中铝kα线工作曲线。

图8是实施例4铝铁合金中铁kα线工作曲线。

图9是实施例4铝铁合金中硅kα线工作曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1

本实施例铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法包括以下步骤：

步骤a、处理待分析样品：选取铝铁合金的待分析样品，过150目分子筛。

步骤b、挂壁处理：将7.0000g无水四硼酸锂粉末助熔剂放入坩埚，把坩埚放置于马弗炉内，在1050℃温度下，熔融10min后，立即取出坩埚旋转，将熔融状态的助熔剂附着在坩埚内壁，冷却后形成一层致密的坩埚保护层。

步骤c、制备待分析样品样片：将步骤a得到的待分析样品0.1500g、过氧化钡0.5000g和碳酸锂0.5000g，混合搅拌均匀，得到的混合物平铺于具有保护层的坩埚内，避免铝铁试样与铂金坩埚的底部和侧壁接触，以免腐蚀坩埚；加入1.0000g偏硼酸锂，均匀覆盖在混合物表面；然后放入高温炉中，在500℃下预氧化15min，缓慢升温至650℃，继续氧化20min，继续升温至850℃，氧化15min，直至无明显黑色颗粒；取出冷却后加入0.5g溴化铵，放入熔融机中，启动预设程序熔融，升温至1100℃，前静置2min，炉体摆动加旋转支架熔融15min，后静置3min，在此期间摇匀坩埚内熔融物。熔融结束后取出，放置在室温22~28℃的环境下冷却，得到平整、光滑的玻璃状待分析样品样片，贴好标识待测。

步骤d、制备校准样品样片：选取高纯物质铝粉、纯铁、高纯氧化物sio2配制系列校准样品，按步骤a～c制备校准样品样片；校准样品为与待分析样品基体相近且基本不含其他元素的纯铝、铁、sio2样品，所选各分析元素含量需有适当的梯度且覆盖分析范围，本实施例选取的5个校准样品的校准曲线纯物质称样量与质量百分数对应表，见表1。

表1

步骤e、建立工作曲线：采用x射线荧光光谱仪对校准样品样片进行谱线扫描，选取最佳分析条件，分别测定校准样品样片中铝、铁、硅的谱线强度，x射线荧光光谱仪测定铝、铁、硅的最佳分析条件，见表2。

表2

分别以铝、铁、硅的kα谱线强度为纵坐标，校准样品中铝、铁、硅的质量百分数为横坐标，根据测量结果建立铝、铁、硅的工作曲线；使用化学分析法对铝铁样品进行定值加入到工作曲线中减小基体差异，以校正工作曲线，工作曲线图参见图1至图3；

步骤f、分析待分析样品样片：在与步骤e相同的测量条件下，分别测定步骤c得到待分析样品样片中铝、铁、硅的谱线强度，根据步骤e校正好的工作曲线对待分析样品样片的荧光强度进行测定，得到待分析样品样片中铝、铁、硅的含量。

实施例2

本实施例铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法包括以下步骤：

步骤a、处理待分析样品：选取铝铁合金的待分析样品，过180目分子筛。

步骤b、挂壁处理：将6.0000g无水四硼酸锂粉末助熔剂放入坩埚，把坩埚放置于马弗炉内，在1050℃温度下，熔融10min后，立即取出坩埚旋转，将熔融状态的助熔剂附着在坩埚内壁，冷却后形成一层致密的坩埚保护层。

步骤c、制备待分析样品样片：准确称取步骤a得到的待分析样品0.2000g、过氧化钡0.5000g和碳酸锂0.5000g，混合搅拌均匀，得到的混合物平铺于具有保护层的坩埚内，加入1.0000g偏硼酸锂，均匀覆盖在混合物表面；然后放入高温炉中，在500℃下预氧化10min，缓慢升温至650℃，继续氧化10min，继续升温至850℃，氧化15min，直至无明显黑色颗粒；取出冷却后加入0.5g溴化铵，放入熔融机中，启动预设程序熔融，升温至1100℃，前静置2min，炉体摆动加旋转支架熔融15min，后静置3min，在此期间摇匀坩埚内熔融物。熔融结束后取出，放置在室温22~28℃的环境下冷却，得到玻璃状的待分析样品样片，贴好标识待测。

步骤d至步骤f与实施例1相同。本实施例选取的5个校准样品的校准曲线纯物质称样量与质量百分数对应表，见表3。工作曲线图参见图4至图6。

表3

实施例3

本实施例铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法包括以下步骤：

步骤a、处理待分析样品：选取铝铁合金的待分析样品，过200目分子筛。

步骤b、挂壁处理：将6.0000g无水四硼酸锂粉末助熔剂放入坩埚，把坩埚放置于马弗炉内，在1050℃温度下，熔融10min后，立即取出坩埚旋转，将熔融状态的助熔剂附着在坩埚内壁，冷却后形成一层致密的坩埚保护层。

步骤c、制备待分析样品样片：准确称取步骤a得到的待分析样品0.2000g、过氧化钡0.5000g和碳酸锂0.5000g，混合搅拌均匀，得到的混合物平铺于具有保护层的坩埚内，加入1.0000g偏硼酸锂，均匀覆盖在混合物表面；然后放入高温炉中，在500℃下预氧化10min，缓慢升温至650℃，继续氧化10min，继续升温至850℃，氧化15min，直至无明显黑色颗粒；取出冷却后加入0.5g溴化铵，放入熔融机中，启动预设程序熔融，升温至1100℃，前静置2min，炉体摆动加旋转支架熔融15min，后静置3min，在此期间摇匀坩埚内熔融物。熔融结束后取出，放置在室温22~28℃的环境下冷却，得到玻璃状的待分析样品样片，贴好标识待测。

步骤d至步骤f与实施例2相同。

实施例4

本实施例铝铁合金中铝、铁、硅含量的快速分析方法包括以下步骤：

步骤a、处理待分析样品：选取铝铁合金的待分析样品，过220目分子筛。

步骤b、挂壁处理：将5.0000g无水四硼酸锂粉末助熔剂放入坩埚，把坩埚放置于马弗炉内，在1050℃温度下，熔融10min后，立即取出坩埚旋转，将熔融状态的助熔剂附着在坩埚内壁，冷却后形成一层致密的坩埚保护层。

步骤c、制备待分析样品样片：准确称取步骤a得到的待分析样品0.3000g、过氧化钡0.3000g和碳酸锂0.5000g，混合搅拌均匀，得到的混合物平铺于具有保护层的坩埚内，加入1.0000g偏硼酸锂，均匀覆盖在混合物表面；然后放入高温炉中，在500℃下预氧化10min，缓慢升温至650℃，继续氧化15min，继续升温至850℃，氧化10min，直至无明显黑色颗粒；取出冷却后加入0.5g溴化铵，放入熔融机中，启动预设程序熔融，升温至1100℃前静置2min，炉体摆动加旋转支架熔融15min，后静置3min，在此期间摇匀坩埚内熔融物。熔融结束后取出，放置在室温22~28℃的环境下冷却，得到玻璃状的待分析样品样片，贴好标识待测。

步骤d至步骤f与实施例1相同。本实施例选取的5个校准样品的校准曲线纯物质称样量与质量百分数对应表，见表4。工作曲线图参见图7至图9。

表4

每个实施例选取3个样品进行分析，分析所得到的结果与主要成份采用化学分析方法所得的结果进行对比，验证本发明方法分析主要化学成份的准确度，试验结果见表5。

表5

由表5的结果可知，采用本发明方法与传统的化学分析法所测得的数据比较接近，由此可见，本发明方法分析所得结果可靠、准确。

本方法的精密度，随机抽取了3个铝铁试样，每个试样按所述方法熔融制4个熔片上机测量，结果计算相对标准偏差，得出表6方法的精密度。

表6

选取一个铝铁试样按上述方法熔片重复测定10次，结果计算相对标准偏差，得出表7仪器的精密度。

表7

由表中数据可知,本发明方法检测铝铁中的铝、铁、硅、含量，具有较高的准确度和精密度，方法的重现性良好。