一种氧化铝中杂质元素的测定方法与流程

本发明属于金属检测分析技术领域，具体涉及一种氧化铝中杂质元素的测定方法。

背景技术：

铝电解用氧化铝中杂质元素的测定，除传统的化学分析方法外，近年来又制定了荧光光谱分析的方法和电感耦合等离子发射光谱法，其中电感耦合等离子发射光谱法，主要借用微波消解的方法来进行样品处理，因微波消解仪规格不同，则需重新寻找样品溶解的条件，且微波消解法因存在较大安全，同时在工业生产中，当样品量较大时,受限于消解仪消解罐及消解时间,效率较低。近年来国产氧化铝中的锂含量在电解生产中出现富集，企业越来越重视锂含量控制。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题及不足，本发明提供一种氧化铝中杂质元素的测定方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氧化铝中杂质元素的测定方法，该方法是分别配制铝基体标准溶液、铁标准溶液、硅标准溶液、钠标准溶液、钙标准溶液和锂标准溶液，将该铝基体标准溶液、铁标准溶液、硅标准溶液、钠标准溶液、钙标准溶液和锂标准溶液制成系列标准溶液，绘制该系列标准溶液的工作曲线，溶解氧化铝试样，得到溶入该试样的溶液，测定该试样溶液，然后，通过不同元素的原子在激发或电离时，发射出的特征谱线的强弱，来测定对应元素的含量。

上述方法具体按以下步骤进行：

步骤1：称取5.2873g高纯铝，加入体积比1:1硝酸溶液400ml溶解，最后定容到500ml容量瓶，得20mg/ml的铝基体溶液；

称取0.864克硫酸铁铵，溶于水，加10毫升25%硫酸溶液,移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的铁标准溶液；

称取0.1000克硅，置于铂金坩埚中，加3.5000克无水碳酸钾，混合均匀，于1000度加热至完全熔融，冷却，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的硅标准溶液；

称取0.2540克灼烧至恒重的氯化钠，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的钠标准溶液；

称取0.367克二水合氯化钙，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的钙标准溶液；

称取0.5323g碳酸锂，加水150ml，缓慢加入体积比1:3硝酸溶液至碳酸锂溶解完全，煮沸除去二氧化碳，冷却后移人1000mi容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀，得0.1mg/ml的锂标准溶液；

步骤2：称取硼酸0.8000g、碳酸钾1.5000g一组六个置于铂金坩埚中，在850℃下加热5分钟，取出待冷却后，加适量水，放电热板加热至硼酸碳酸钾完全溶解，倒入盛有30ml体积比1:3硝酸溶液的聚四氯乙烯烧杯，煮沸，然后转入250ml容量瓶，分别加入步骤1中制得的10ml铝基体溶液，再分别加步骤1中制得的0ml、2.5ml、5ml、10ml、15ml、20ml的铁标准溶液、硅标准溶液、钠标准溶液、钙标准溶液和锂标准溶液，定容后，移入聚氯乙烯容量瓶，为绘制工作曲线用系列标准溶液；

步骤3：采用icp-aes电感耦合等离子发射光谱仪，冷却气流量为12l/min，雾化气流量为0.8l/min，辅助气流量为0.75l/min，射频功率为1400w,进样量为1.5ml/min的仪器条件下对步骤2中制得的系列标准溶液进行检测，检测得到fe波长259.93nm、钠波长589.93nm、硅波长253.13nm、钙波长396.847nm、锂波长670.780nm，并用步骤3中制得的系列标准溶液绘制标准曲线；

步骤4：分别称取0.8000g硼酸、0.2000g氧化铝试样和1.5000g碳酸钾置于铂金坩埚中搅拌均匀，加热铂金坩埚并溶解硼酸、氧化铝和碳酸钾，向铂金坩埚中加入少量水煮沸使得熔融后的样品溶解形成样品溶液，将样品溶液倒入盛有25ml体积比为1:3硝酸溶液的聚四氯乙烯烧杯，并用5ml体积比为1:3的硝酸溶液洗涤铂金坩埚后将洗涤溶液加入到聚四氯乙烯烧杯，并向聚四氯乙烯烧杯中加100ml水后煮沸，冷却后将聚四氯乙烯烧杯中的溶液移入250ml容量瓶定容后移入塑料容量瓶，为待测溶液，采用原子吸收仪，试剂空白为参比，测定待测溶液的特征谱线的强弱，来测定对应元素的含量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用碳酸钾加硼酸的溶样方法，实现了样品的完全熔解，采用电感耦合等离子发射光谱法实现了同时测定氧化铝样品中的铁、钠、硅、钙、锂等杂质含量进行准确测定的方法，满足了氧化铝中杂质元素铁、钠、硅、钙、锂测定的可靠性和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中绘制的系列标准溶液的铁工作曲线图；

图2为本发明实施例中绘制的系列标准溶液的钠工作曲线图；

图3为本发明实施例中绘制的系列标准溶液的硅工作曲线图；

图4为本发明实施例中绘制的系列标准溶液的钙工作曲线图；

图5为本发明实施例中绘制的系列标准溶液的锂工作曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明采用碳酸钾加硼酸的溶样方法，实现了样品的完全熔解，采用电感耦合等离子发射光谱法实现了同时测定氧化铝样品中的铁、钠、硅、钙、锂杂质元素含量进行准确测定的方法，满足了氧化铝中杂质元素铁、钠、硅、钙、锂测定的可靠性和准确性，该方法具体按以下步骤进行：

步骤1：称取5.2873g高纯铝，加入体积比1:1硝酸溶液400ml溶解，最后定容到500ml容量瓶，得20mg/ml的铝基体溶液；

称取0.864克硫酸铁铵，溶于水，加10毫升25%硫酸溶液,移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的铁标准溶液；

称取0.1000克硅，置于铂金坩埚中，加3.5000克无水碳酸钾，混合均匀，于1000度加热至完全熔融，冷却，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的硅标准溶液；

称取0.2540克灼烧至恒重的氯化钠，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的钠标准溶液；

称取0.367克二水合氯化钙，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的钙标准溶液；

称取0.5323g碳酸锂，加水150ml，缓慢加入体积比1:3硝酸溶液至碳酸锂溶解完全，煮沸除去二氧化碳，冷却后移人1000mi容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀，得0.1mg/ml的锂标准溶液；

步骤2：称取硼酸0.8000g、碳酸钾1.5000g一组六个置于铂金坩埚中，在850℃下加热5分钟，取出待冷却后，加适量水，放电热板加热至硼酸碳酸钾完全溶解，倒入盛有30ml体积比1:3硝酸溶液的聚四氯乙烯烧杯，煮沸，然后转入250ml容量瓶，分别加入步骤1中制得的10ml铝基体溶液，再分别加步骤1中制得的0ml、2.5ml、5ml、10ml、15ml、20ml的铁标准溶液、硅标准溶液、钠标准溶液、钙标准溶液和锂标准溶液，定容后，移入聚氯乙烯容量瓶，为绘制工作曲线用系列标准溶液；

步骤3：采用icp-aes电感耦合等离子发射光谱仪，冷却气流量为12l/min，雾化气流量为0.8l/min，辅助气流量为0.75l/min，射频功率为1400w,进样量为1.5ml/min最佳仪器条件下对溶液进行检测，其中fe波长（259.93nm)、钠（589.93nm)硅（253.13nm)、钙（396.847nm）、锂（670.780nm)测定步骤2中的系列标液，绘制分析曲线，其曲线回归系数大于0.996以上；

步骤4：分别称取0.8000g硼酸、0.2000g氧化铝试样和1.5000g碳酸钾置于铂金坩埚中搅拌均匀，加热铂金坩埚并溶解硼酸、氧化铝和碳酸钾，向铂金坩埚中加入少量水煮沸使得熔融后的样品溶解形成样品溶液，将样品溶液倒入盛有25ml体积比为1:3硝酸溶液的聚四氯乙烯烧杯，并用5ml体积比为1:3的硝酸溶液洗涤铂金坩埚后将洗涤溶液加入到聚四氯乙烯烧杯，并向聚四氯乙烯烧杯中加100ml水后煮沸，冷却后将聚四氯乙烯烧杯中的溶液移入250ml容量瓶定容后移入塑料容量瓶，为待测溶液，采用原子吸收仪，试剂空白为参比，测定待测溶液的特征谱线的强弱，来测定对应元素的含量。

下面就本发明分析方法中仪器工作条件、各种试剂及用量等进行实际验证：

1）仪器工作条件试验

选fe259.941、na589.592、si252.411调解等离子体功率1000w、1200w、1400w、1600w等测其强度，同时调整雾化器流量、泵转速，最终确定全普直读等离子体发射光谱仪（spetroarcos）仪器的等离子体功率1.4kw，泵转速30rpm，冷却气流量12l/min，辅助气流量0.80l/min，雾化器流量0.75l/min。

2）样品溶解条件、熔剂量的确定

分别进行了600℃、850℃、1000℃进行熔样，熔样试验效果对比见下表1。

表1熔样试验效果对比表

通过试验，确定熔样温度在850℃，熔样时间30分钟，确定为最佳熔样时间。

以0.3g样品，的熔样来测定数值测定结果，熔样时间30min，来确定试剂量，测定时用的试剂量见表2。

表2测定时用的试剂量

通过大量实验最终确定确定1.5g碳酸钾和0.8g硼酸为最佳熔剂量，同时样品重量确定在0.2-0.3g。

3）元素分析线的选择

除选择各分析元素1级波长线外，每个元素选择了多个波长线，按1.5克碳酸钾0.8克硼酸熔解样品，进行测定，然后从中选择一次回归系数>0.996以上的谱线进行调整，最终确定氧化铝分析最佳波长分别为：fe:259.941nm、si:251.612nm、na:589.592nm、ca:396.847nm、li:670.780nm为最佳分析谱线。

4）酸的选择

在icp发射光谱分析中,由于溶液粘度、表面张力和密度的改变会引起溶液进样速率、雾化效率、溶液提升量等因素的变化,从而导致谱线强度的变化,即为物理干扰。一般硫酸和磷酸是等离子体原子发射光谱所不使用的酸,因为硫酸和磷酸的粘度太大,导致进样溶液雾化效率低。盐酸、硝酸及其混酸是等离子体原子发射光谱进行样品预处理的常用酸,故在试验中我们用硝酸进行试样的酸化处理。并经试验，最终确定加入25ml体积比1：3硝酸溶液。

5）最终样品熔解方法的确定：经多次实验确定：准确称取0.8000g硼酸加入铂金坩埚，然后称取0.2000g氧化铝试样，最后称取1.5000g碳酸钾用搅拌丝搅拌混匀，盖上盖子，置于马弗炉，在850℃下熔融30分钟，取出冷却后，在铂金坩埚中加入少量水煮沸，待样品溶解后，将溶液倒入盛有25ml体积比1:3硝酸溶液的250ml的聚四氯乙烯烧杯，并用5ml体积比1:3的硝酸溶液洗涤坩埚，之后在用水洗涤，最后向聚四氯乙烯烧杯中加100ml水，在电热板上煮沸，冷却后，移入250ml容量瓶定容，移入塑料容量瓶，为待测溶液。

6）精密度试验

随机抽取测定氧化铝标样中铁、硅、钠、钙、锂的低、中、高值来进行精密度试验。在方法规定的含量范围，同一仪器，分批对8个低中准样品测定11次，精密度结果见表3。

表3精密度实验数据效果对比

本发明方法的准确度和精密度高，方法可靠，能准确测定氧化铝中的铁、钠硅、钙、锂等元素。

实施例

称取5.2873g高纯铝，加入体积比1:1硝酸溶液400ml溶解，最后定容到500ml容量瓶，得20mg/ml的铝基体溶液；

称取0.864克硫酸铁铵，溶于水，加10毫升25%硫酸溶液,移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的铁标准溶液；

称取0.1000克硅，置于铂金坩埚中，加3.5000克无水碳酸钾，混合均匀，于1000度加热至完全熔融，冷却，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的硅标准溶液；

称取0.2540克灼烧至恒重的氯化钠，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的钠标准溶液；

称取0.367克二水合氯化钙，溶于水，移入1000毫升容量瓶中，稀释至刻度，得0.1mg/ml的钙标准溶液；

称取0.5323g碳酸锂，加水150ml，缓慢加入体积比1:3硝酸溶液至碳酸锂溶解完全，煮沸除去二氧化碳，冷却后移人1000mi容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀，得0.1mg/ml的锂标准溶液；

称取硼酸0.8000g、碳酸钾1.5000g一组六个置于铂金坩埚中，在850℃下加热5分钟，取出待冷却后，加适量水，放电热板加热至硼酸碳酸钾完全溶解，倒入盛有30ml体积比1:3硝酸溶液的聚四氯乙烯烧杯，煮沸，然后转入250ml容量瓶，分别加入步骤1中制得的10ml铝基体溶液，再分别加步骤1中制得的0ml、2.5ml、5ml、10ml、15ml、20ml的铁标准溶液、硅标准溶液、钠标准溶液、钙标准溶液和锂标准溶液，定容后，移入聚氯乙烯容量瓶，为绘制工作曲线用系列标准溶液；

采用icp-aes电感耦合等离子发射光谱仪，冷却气流量为12l/min，雾化气流量为0.8l/min，辅助气流量为0.75l/min，射频功率为1400w,进样量为1.5ml/min的仪器条件下对步骤2中制得的系列标准溶液进行检测，检测得到fe波长259.93nm、钠波长589.93nm、硅波长253.13nm、钙波长396.847nm、锂波长670.780nm，采用现有方法绘制如附图1-5所示的该系列标准溶液的工作曲线。

分别称取0.8000g硼酸、0.2000g氧化铝试样和1.5000g碳酸钾置于铂金坩埚中搅拌均匀，加热铂金坩埚并溶解硼酸、氧化铝和碳酸钾，向铂金坩埚中加入少量水煮沸使得熔融后的样品溶解形成样品溶液，将样品溶液倒入盛有25ml体积比为1:3硝酸溶液的聚四氯乙烯烧杯，并用5ml体积比为1:3的硝酸溶液洗涤铂金坩埚后将洗涤溶液加入到聚四氯乙烯烧杯，并向聚四氯乙烯烧杯中加100ml水后煮沸，冷却后将聚四氯乙烯烧杯中的溶液移入250ml容量瓶定容后移入塑料容量瓶，为待测溶液，采用icp-aes电感耦合等离子发射光谱仪，试剂空白为参比，测定待测溶液的特征谱线的强弱，来测定对应元素的含量。