《铸造化铁炉炉渣化学成分分析方法》

1JB/T9220—2023铸造化铁炉炉渣化学成分分析方法本文件规定了铸造化铁炉炉渣化学成分分析试样的制备，描述了高氯酸脱水重量法测定二氧化硅量、重铬酸钾容量法测定氧化亚铁量、电感耦合等离子体发射光谱法测定一氧化锰、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁和五氧化二磷量及红外线吸收法测定硫量的方法。本文件适用于铸造化铁炉炉渣化学成分的分析活动。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T6682分析实验室用水规范和试验方法GB/T12806实验室玻璃仪器单标线容量瓶GB/T12808实验室玻璃仪器单标线吸量管3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。4分析试样的制备4.1铸造化铁炉炉渣分析试样一律采取干样。4.2将取回的分析试样按四分缩分法粗分，通过60～80目筛子，用强磁铁除去混入的铁粒，最后粉碎至全部通过160目筛子。4.3将通过160目筛子的试样充分混匀，采用四分缩分法获取实验室分析用试样。4.4将实验室分析试样在105℃±5℃下烘干1h，取出后放入干燥器中冷却至室温。5高氯酸脱水重量法测定二氧化硅量5.1原理试样经碱熔融、盐酸浸取，在酸性介质中硅酸根转化成硅酸。用高氯酸蒸发冒烟使硅酸脱水，过滤洗净后灼烧生成二氧化硅。在硫酸存在下，用氢氟酸处理，使二氧化硅生成四氟化硅挥发除去。由除硅前后的质量差计算二氧化硅的百分含量。5.2试剂测定二氧化硅所用试剂：——试验用水应符合GB/T6682中三级以上水；——无水碳酸钠；——混合熔剂：2份无水碳酸钠与1份四硼酸钠混合均匀；——盐酸，ρ1.19g/mL；——盐酸，1+1；——盐酸，5+95；——高氯酸，ρ1.67g/mL；——硫氰酸铵溶液，50g/L，称取5.0000g硫氰酸铵溶于100mL水中；2JB/T9220—2023——硝酸银溶液，10g/L，称取1.0000g硝酸银溶于100mL水中；——无水乙醇；——硫酸，ρ1.84g/mL；——氢氟酸，ρ1.15g/mL。5.3仪器及器皿测定二氧化硅所用仪器和器皿：——电热板；——高温炉；——铂坩埚，30mL；——天平：感量为0.1mg5.4分析步骤5.4.1试样用量称取试样0.5g，精确至0.0001g。5.4.2空白试验随同试样做空白试验。5.4.3测定5.4.3.1将试样置于30mL铂坩埚中，加入5g混合熔剂，搅匀，加盖置于电热板上200℃左右低温烘烤5min～10min，将铂坩埚置于950℃的高温炉中，熔融10min～15min。若试样不含氟时，可直接加入5g无水碳酸钠熔融即可。5.4.3.2从高温炉中取出铂坩埚冷却后，冲干净铂坩埚外壁，放入400mL烧杯中，用40mL热盐酸(1+1)浸取，待熔融物溶出，用热水洗净铂坩埚及铂坩埚盖，加入30mL高氯酸，微热至熔融物溶解完全.然后加热至冒高氯酸白烟，盖上表面皿，继续加热使高氯酸烟回流l0min左右。5.4.3.3取下烧杯稍冷，加入50mL热水，搅拌，再加热(但不要煮沸)使可溶性盐类溶解，用中速定量滤纸加少量定量滤纸纸浆过滤，用裹有定量滤纸的玻璃棒将粘附在烧杯壁上的沉淀仔细擦下，并将玻璃棒上的定量滤纸放入漏斗中，用热盐酸(5+95)洗净烧杯及表面皿。并洗涤沉淀物和滤纸至无铁离子（用硫氰酸铵溶液检查），然后用热水洗涤至无氯离子（用硝酸银溶液检查）。5.4.3.4将滤液及洗涤液移入原烧杯中，加热浓缩至冒高氯酸白烟，盖上表面皿，并回流10min左右，再按4.4.3.3进行过滤、洗涤。5.4.3.5将两次所得的沉淀物连同滤纸和纸浆置于铂坩埚中，烘干、灰化，用铂坩埚盖盖上铂坩埚，并留出一点缝隙，于950℃的高温炉中灼烧15min～20min。5.4.3.6取出铂坩埚稍冷，加入lmL盐酸，1mL无水乙醇，于电热板上低温小心蒸干，重复一次。然后置于950℃的高温炉中灼烧10min，取出稍冷，置于干燥器中，冷至室温后称量，并重复灼烧至恒量。5.4.3.7沿铂坩埚内壁加水湿润沉淀，加入2滴硫酸，3ml氢氟酸，蒸发近干。再加入3mL氢氟酸蒸干，并重复加3mL氢氟酸蒸干3～4次，并继续加热至硫酸白烟完全驱尽为止，置于950℃的高温炉中灼烧l0min，取出稍冷，置于干燥器中，冷至室温后称量，并重复灼烧至恒量。5.5分析结果的计算）：…………SiO2——二氧化硅量(质量分数)，%）；m1——氢氟酸处理前铂坩埚与沉淀的质量，单位为克（g3JB/T9220—2023m2——氢氟酸处理后铂坩埚与残渣的质量，单位为克（gm3——氢氟酸处理前铂坩埚与空白沉淀的质量，单位为克（gm4——氢氟酸处理后铂坩埚与空白残渣的质量，单位为克（gm0——试样量，单位为克（g）。5.6允许误差分析结果的差值应不大于表1所列允许误差。用标准试样校验时，结果偏差不应超过表1所列允许误差的1/2。表1分析结果的允许误差6重铬酸钾容量法测定氧化亚铁量6.1原理在二氧化碳隔绝空气的气氛中，用盐酸-氢氟酸低温加热分解试样。在硫酸-磷酸混合介质中，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定。6.2试剂测定氧化亚铁所用试剂：——试验用水应符合GB/T6682中三级以上水；——碳酸氢钠；——盐酸—氢氟酸混合酸：在塑料杯中加入100mL水、100mL盐酸(ρ1.19g/mL)、20mL氢氟酸(ρ1.15g/ml)，混匀；——硫酸—磷酸混合酸：取700mL水置于2000mL烧杯中，在不断搅拌下，缓慢沿烧杯壁加入150mL硫酸(ρ1.84g/mL)，冷却后加150mL磷酸(ρ1.70g/mL)，配制成150+150+700的硫酸—磷酸混合酸，混匀；——硼酸饱和溶液；——二苯胺磺酸钠溶液，1.2g/L：称取0.12g二苯胺磺酸钠溶于100mL水中，滴加2滴硫酸——重铬酸钾标准溶液，0.004mol/L：准确称取1.1768g基准重铬酸钾(预先经150℃烘干1h后，置于干燥器中冷却至室温)溶于水后移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。6.3仪器及器皿测定氧化亚铁所用仪器和器皿：——还原装置见图1，还原管详细结构见图2；4JB/T9220—2023还原管图1还原装置图2还原管——锥形瓶，500mL；——滴定管，25mL；——量筒，100mL，50mL，25mL。6.4分析步骤6.4.1试样用量按表2称取试样量，精确至0.0001g。表2试验称样量>5.006.4.2空白试验随同试样做空白试验。6.4.3测定将试样置于500mL锥形瓶中，并向锥形瓶中加少量水摇动使试样散开，避免结块，加入2g碳酸氢钠，25mL水，再加入50mL盐酸-氢氟酸混合酸，塞上盛有碳酸氢钠饱和液的还原管，置于电热板上低温加热分解试样，溶解至液面出现大气泡，取下溶样瓶，迅速流水冷却30s，拔去还原管（拔去还原管至滴定结束，要求控制在2min之内），立即加入100mL水，25mL硫酸-磷酸混合酸，25mL硼酸饱和溶液，加入5～7滴二苯胺磺酸钠溶液，立即用重铬酸钾标准溶液滴定至紫红色为终点。6.4.4分析结果的计算按式(100%………….（2）式中：FeO——氧化亚铁量(质量分数)，%；V——滴定试液所消耗重铬酸钾标准溶液的体积，单位为毫升，（mL）；V0——滴定试剂空白所消耗重铬酸钾标准溶液的体积，单位为毫升mLC——重铬酸钾标准溶液的摩尔浓度，单位为摩尔/升mol/Lm——试样量，单位为克（g5JB/T9220—202371.85一一氧化亚铁的摩尔量。6.4.5允许误差分析结果的差值应不大于表3所列误差。用标准试样校验时，其偏差不应超过表3所列误差的1/2。表3分析结果的允许误差>7.00～10.00>3.00～5.00>10.00～20.00>5.00～7.00>20.007电感耦合等离子体发射光谱法测定一氧化锰、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、五氧化二磷量7.1原理试料用盐酸、氢氟酸溶解，硝酸和高氯酸冒烟驱氟，稀释至一定体积，将雾化溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪，检测各个分析元素分析线的发射光强度，测定出各元素含量。7.2试剂与标准溶液7.2.1试剂试验用试剂：——试验用水应符合GB/T6682中三级以上水；——氢氟酸,ρ1.15g/mL；——盐酸，ρ1.19g/mL；——硝酸，ρ1.19g/mL；——硝酸，1+1；——高氯酸，ρ1.67g/mL；——高纯氩：(ωAr）≥99.95。7.2.2标准储备液的配制7.2.2.11000µg/mL铝标准储备液的配制称取1.0000g金属铝(≥99.99%）置于250mL聚四氟乙烯烧杯中，加入25mL的氢氧化钠溶液（200g/L），加热溶解完全后，用硝酸中和并过量，煮沸至溶液清亮，冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。7.2.2.21000µg/mL钙标准储备液的配制称取2.4972g在110℃下干燥至恒量的碳酸钙(≥99.99%）于250mL烧杯中，盖上表面皿，缓慢加20mL硝酸（1+1），加热至溶解完全，煮沸驱尽二氧化碳，冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。7.2.2.31000µg/mL镁标准储备液的配制称取1.6582g经850℃灼烧30min并在干燥器中冷却至室温的氧化镁(≥99.9%置于250mL烧杯中，加入20mL硝酸（1+1），加热溶解完全，冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。7.2.2.41000µg/mL锰标准储备液的配制称取1.0000g已除去表面氧化物的金属锰(≥99.9%）于250mL烧杯中，加20mL硝酸（1+1加热至溶解完全，冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。6JB/T9220—20237.2.2.51000µg/mL磷标准储备液的配制称取4.3936g于110℃干燥至恒重的基准磷酸二氢钾(≥99.9%）于400mL烧杯中，加200mL的水，溶解完全后移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。7.2.2.6标准储备液的稀释为了方便配制校准曲线，可将铝、钙、镁、锰、磷元素的1000µg/mL的标准储备液稀释为100µg/mL的标准溶液。也可选用相应浓度有证系列国家标准物质的混合溶液、单标溶液，并稀释到所需浓度。7.2.2.7炉渣标准样品炉渣标准样品，用于本方法过程控制的标准物质，可以采用有证的国家级或行业级炉渣标准样品。7.2.3仪器及器皿试验用仪器及器皿：——单刻度移液管和单刻度容量瓶，符合GB/T12808和GB/T12806的规定；——分析天平，天平感量为0.1mg；——聚四氟乙烯烧杯：250mL；——ICP-AES电感耦合等离子体发射光谱仪。7.3分析步骤7.3.1试样用量称取干燥后并冷却至室温的试样0.1g～0.2g试样，精确至0.0001g。7.3.2空白试验和验证试验每次操作，都应在相同条件下与试样一起平行分析一个同类型炉渣标准样品和一个空白试验，炉渣标准样品的干燥试样应按3.4的规定制备。7.3.3试样分解将称量好的待测试样置于聚四氟乙烯烧杯中，用少量水润湿，加盐酸20mL,加氢氟酸5mL，低温加热溶解，待试样溶解一段时间后，再加入氢氟酸5mL，至试样溶解后，再加硝酸5mL和高氯酸10mL，加热至冒高氯酸浓白烟5min，取下冷却，用少许水冲洗内壁，继续加热至冒高氯酸烟至聚四氟乙烯烧杯内残留4mL～5mL溶液，取下稍冷，加水约20mL加热溶解盐类。取下冷却至室温后转入100mL容量瓶中待测（当测定样品中氧化钙和氧化镁含量较高时，可进行适量的稀释后，用于氧化钙和氧化镁的测定。）7.3.4校准曲线配制分别移取100µg/mL的铝、钙、镁、锰和磷标液,根据试料中元素含量，分别加入不同的标准溶液体积至一组100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。亦可根据待测样品选用不同含量的炉渣标准样品，按6.4.3制备系列标准溶液。7.3.5测定前准备在仪器稳定的状态下，打开测试软件，按仪器说明书对仪器进行工作条件的优化，选择合适的测量条件。输入测定样品的相关信息，建立校准曲线。开启等离子体点火键点火，点火后确认仪器运行正常，稳定10min以上可进行测定。推荐分析谱线如下表4：表4推荐的分析谱线7JB/T9220—2023P7.3.6校准曲线溶液测定在优化并稳定的仪器上进行校准曲线溶液测定，先使用零点校准溶液，并按浓度增大的顺序吸入校准曲线溶液，在每次吸入溶液之间吸入去离子水，每个校准曲线溶液至少重复测定二次，取两个读数的平均值。校准曲线溶液测量后，计算机自动绘制出每个待测定元素的校准曲线，观察每个待测定元素的曲线线性，选择曲线线性相关系数大于0.995的曲线作为分析校准曲线。7.3.7待测试样溶液测定每个待测定元素的校准曲线符合要求后，进行待测定试样溶液的测定操作，每次测定之间吸入去离子水冲洗。待测定试样溶液和标准样品溶液至少应重复进行两次测定，取测定值的平均值。7.4分析结果计算7.4.1校准曲线绘制从校准曲线溶液测出的发射光强度值对应元素的相应浓度，计算机自动绘制校准曲线。7.4.2分析结果计算根据待测试样溶液的发射光强度值，计算机自动从校准曲线中分别计算出每个待测定元素各自的浓度值，乘以对应的换算系数计算出每个待测定元素各自的氧化物量。7.4.3允许误差分析结果的差值应不大于下表5所列允许误差值，用标准试样校验时，其偏差不应超过表5所列误差的1/2。表5分析结果的允许误差>0.50～1.00>1.00～5.00>0.0050～0.020>0.020～0.050>0.10～0.30>1.00～5.00>0.20～1.00>1.00～5.00>5.00～10.0>10.00>0.05～0.20>0.20～0.50>0.50～1.008JB/T9220—2023>1.008红外线吸收法测定硫量8.1原理试样于高频感应炉的氧气流中加热燃烧，生成的二氧化硫由氧气载送至红外线分析器的测量室，二氧化硫吸收某特定波长的红外能，其吸收能与二氧化硫浓度成正比，根据检测器接受能量的变化可测得硫量。8.2试剂测定硫量所用试剂：——高氯酸镁：无水、粒状，粒度0.7mm～1.2mm；——烧碱石棉：粒状，粒度0.7mm～1.2mm；——玻璃棉；——钨粒：含硫量小于0.0002%，粒度0.8mm～1.4mm；——纯铁：纯度大于99.8%，硫量小于0.001%，粒度0.8mm～1.68mm；——氧气：纯度大于99.95%；——含硫炉渣标准样品。8.3仪器及器皿测定硫量所用仪器及器皿：——高频感应红外线吸收碳硫仪。(如果样品中氟离子含量高，可采用耐氟专用红外线吸收碳硫仪或在红外碳硫仪燃烧炉后接专用除氟装置)；——瓷坩埚：在高于1200℃的高温加热炉中灼烧4h或通氧灼烧至空白值最低，冷却后放置在干燥器中。8.4分析步骤8.4.1试样用量根据试样含硫量，按表6称取试样，且精度为0.0001g。表6试验称样量>0.0010～0.0100>0.0100～0.1000>0.1000～2.00008.4.2空白试验称取0.5000g纯铁粉置于瓷坩埚内，覆盖0.5000g钨粒，于同一量程或通道，进行测定，重复足量数次，直至得到低而稳定的读数。记录至少三次读数，计算平均空白值，将空白值输入到分析仪中，仪器在测量试样时会进行空白值的补偿。8.4.3分析仪器准备8.4.3.1按仪器使用说明书调试检查仪器，使仪器处于正常稳定状态。8.4.3.2选择设置分析条件。8.4.3.3应用含硫标准样品按7.4.5.1操作做两次试测，以确定仪器是否正常。8.4.3.4称取0.5000g含硫量为0.025%左右的炉渣标准标样若干份，进行测定，其结果波动应在0.003%范围内，否则应按仪器要求调节仪器灵敏度。9JB/T9220—20238.4.4校正试验8.4.4.1建立校准范围和选择含硫炉渣标准样品。8.4.4.2使用本方法确立实验室中要分析的炉渣中硫的含量范围，并按表7将其分成两段校准。表7硫