[发明专利]冶金物料的消解方法和检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及样品的消解方法和检测方法，更具体地讲，本发明涉及冶金物料的消解方法和检测方法。

背景技术

为了实现钒钛矿、铁矿等资源的综合利用并且提高制品的品质，以及为了控制在冶炼、提钒、提钛等生产工艺过程中引入杂质元素造成污染，需要准确地检测出冶金物料中的各杂质元素的含量。

现有的样品分析技术，除干法如发射光谱分析外，通常先要将样品进行消解，制成溶液再进行测定。样品消解是样品粉碎后的第一个分析步骤，样品消解的目的是将固体样品转换为适合于用现代的仪器分析方法或化学分析方法进行元素测定的分析溶液。因此，样品的消解是化学分析方法中一个基本和必要的步骤，它通常是样品分析速度、测定结果准确度的制约因素。

检测并分析包括氧化钒、钒铁、钒渣、钛矿、钛渣、钛铁在内的钒钛冶金物料以及镍铁、三氧化二铁、铬铁等铁合金物料中的氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化铌、氧化钨、氧化铬、氧化锡、氧化硅等难溶氧化物杂质的元素含量时，首要问题是需要实现样品的完全消解并且尽量减少对后续待测元素的干扰，将样品消解之后即可采用常用的检测方法对样品溶液进行元素含量的测定。

目前，用于钒钛冶金物料和铁合金类物料的消解方法主要有以下几类：

①普通酸溶法：以某种单一或混合酸在电热板等敞开体系中加热至近干或蒸发冒烟的方式来消解样品。例如，以盐酸溶解试样，浓缩至近干再以盐酸溶解盐类，定容后取上清液进行测试，多用于火焰原子吸收或ICP-OES测定磷、铁、砷、钾、钠等；或者，采用硫酸或磷酸-硫酸混合酸通过加热至冒硫酸或磷酸烟分解试样，多用于化学法测定铁等。

上述普通酸溶法多用于消解并检测冶金物料样品中的Mo、Co、Ni、Cu、Pb、Cd、As、Mn、P等常规酸可溶性氧化物，但是存在As、Pb等易挥发性元素在蒸发溶液近干或高温冒烟操作中容易损失从而导致结果偏低，以及高沸点、高密度、高粘度的硫酸、磷酸影响ICP-OES或AAS仪器测定等缺点。特别是样品中含有氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化铌、氧化钨、氧化铬、氧化锡、氧化硅等难溶性氧化物杂质时，常规条件下直接以单一或混合酸溶解均无法确保样品完全消解。

②特殊酸溶法：为了弥补普通酸溶法对于样品中待测难溶氧化物杂质消解不完全的缺点，目前发展有两种改进的特殊酸溶消解方式：

一是在高压釜中加压消解。虽然该法一定程度上提高了难溶氧化物被消解进入样品检测溶液的比率，但也无法完全消解样品中难溶氧化物杂质，仍有部分样品残渣不能被酸有效消解，而且操作复杂，安全性差，需大量使用氢氟酸且各种酸的用量大，试剂空白本底高，酸度效应和基体效应大，对检测仪器腐蚀作用强，严重影响杂质元素的分析测定。

二是在微波消解仪中以高压密闭方式进行微波消解。虽然此法样品基体和难溶性氧化物及其它杂质均能被消解完全，但微波消解仪的购置费用昂贵，消解罐、传感器等易消耗材料需要经常更换且价格不菲，整机仪器的使用寿命较有限，因而使用、维护成本较高；而且，由于微波消解仪炉堂容积有限，每次最多可放置6-12个罐。因此，此法对于装备配置简单、样品检验量较多的生产现场的一线实验室不太适用。

③熔融消解法：直接以大剂量过氧化钠、四硼酸锂、碳酸钠与硼酸混合试剂等碱金属盐类熔剂在马弗炉内高温长时间熔融样品的火法方式进行检测样品的消解。此类方法可以实现将难溶性氧化物以及其它共存杂质进行充分完全的消解。但是，本领域公知的是为确保样品基体以及共存杂质的完全消解反应，通常熔剂用量是样品质量的10倍以上，在对熔融所得样品熔块进行加酸溶解、酸化处理时用酸量也相应很大，由此导致一系列干扰因素，严重影响AAS、ICP-OES、ICP-MS等仪器检测方法对待测组分的测定。例如，试剂空白本底高，以及大量碱金属影响ICP或AAS的电离平衡并且增加焰炬高度，背景噪音加大，背景等效浓度升高，均导致方法检出下限和测量精度严重变差；大量熔剂还造成所制备检测溶液中盐类浓度过大，影响试液导入检测仪器的传输和雾化效率，基体效应干扰增大，而且过高盐类浓度甚至阻塞进样毛细管或气动雾化器等ICP或AAS仪器的进样系统。因此，此类碱熔融消解方法多适用于滴定法、光度法等传统化学分析方法。另外，样品中可能存在铁、镍、铝等单质金属，易导致高温下与铂金坩埚等贵重器皿结合发生合金化反应，对器皿造成严重腐蚀。

综上所述，亟需一种能够使包含难溶氧化物的冶金物料消解完全，并能够降低消解方法对检测结果的干扰，快速准确地检测样品中的元素含量的消解方法和检测方法。

发明内容