本发明涉及一种分析测试钢渣中多种化学元素的方法。具体地，本发明涉及利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时测定钢渣中多种化学元素含量的方法。
背景技术：
：钢渣是一种炼钢过程中产生的废渣，其主要成分是钙、铁、硅、镁的氧化物及少量铝、锰、磷的氧化物。钢渣成分复杂，大量的钢渣会造成资源浪费，并且对环境会造成不利影响，因此钢渣的处理与回收利用是目前研究的热点。钢渣具有广泛的用途，其中的钙、硅、锰以及微量元素均具有肥效，可作为渣肥施于酸性土壤；钢渣也可以作为水泥原材料生产钢渣水泥；各类钢渣还可以作为道路工程的填充料。为了更好地回收再利用钢渣中的有用成分，准确测定钢渣中的主要元素至关重要。快速测量钢渣中诸如铁、铝、钙和镁等多种化学元素，能为回收钢渣中的有用成分提供数据依据，并可以依此选用合适的回收工艺。目前测定钢渣中铁、铝、钙和镁等化学元素的方法主要是分光光度法和EDTA容量法，这些方法具有分析步骤繁琐、耗费时间长、滴定终点不易判断等缺点。例如，YBT140-2009钢渣化学分析方法，钢渣中的每种元素都需要单独测量分析，操作十分繁琐且耗时。此外，对于一般的冶金样品，绝大多数都是金属及金属的合金，此类样品通常采用酸溶法，例如，JB/T7948.8-1999《熔炼焊剂化学分析方法钼蓝光度法测定磷量》以及GB/T20975.3-2008《铝及铝合金化学分析方法第3部分:铜含量的测定》，然而，酸溶法不能充分溶解样品中碳硅含量较高的样品，易使测试结果偏低。电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪具有分析速度快、检出限低、分析准确度和精密度较高、测定范围宽等特点，主要用于微量元素的分析。目前利用电感耦合等离子体发射光谱仪测量化学元素，有一些国家标准，例如《钢铁及合金痕量元素的测定(第 3部分)：电感耦合等离子体发射光谱法测定钙、镁和钡含量》(GB/T20127.3-2006)和《氧化铝化学分析方法氧化铝杂质含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法》(YS/T630-2007)等。GB/T20127.3-2006的方法中，在微波消解系统作用下，试料以硫酸高温高压消解，试液引入氩气等离子体中，在选定的最佳操作条件下，用电感耦合等离子体光谱仪测定。而在YS/T630-2007的方法中，试料用盐酸和硝酸的混合酸溶解，并加锶作内标从而将雾化溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪。此外，ICP方法所分析的元素有很多，例如硅、铁、铝、镁、钙、钾、钠、铬、镍、钒、钛、铜、锌、锰、钡等元素。然而，这些标准中测量分析的元素多为微量元素，例如YS/T630-2007的方法仅适用于高温合金中质量分数为0.001％至0.01％的钙、镁、钡的测定。而本发明所分析的元素含量均在1％以上，属于常量元素分析，因此这些分析检测标准并不适用于本发明。此外，电感耦合等离子体发射光谱仪可以广泛应用于冶金、化工、地质等各行业。然而，冶金样品种类很多，电感耦合等离子体发射光谱仪更多的应用是在冶金成品或者半成品中，在成品或者半成品中样品的元素含量相对固定，分析前处理的方法相对单一。而钢渣是属于废渣，炼钢过程中不同的炼钢炉产生的废渣，元素含量变化范围很大，目前采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定钢渣中化学成分的方法尚无国家或行业标准发布。技术实现要素：本发明的目的是提供一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定钢渣中多种化学元素含量的方法，该方法可同时测定钢渣中的多种元素。本发明同时测定钢渣中多种化学元素含量的方法可包括以下步骤：(1)固体样品预处理；(2)制备样品溶液；(3)制备标准溶液；(4)绘制所述待测元素的标准曲线；(5)测定样品溶液；(6)计算元素含量。根据本发明的方法，固体样品预处理的步骤(1)可包括将钢渣样品破碎至细粉并烘干。本发明的方法可进一步包括：钢渣样品首先用颚式破碎机破碎，然后用振动磨粉碎，然后经烘干得到待测样品。根据本发明的方法，在步骤(1)中，破碎的工艺可包括：首先所述钢渣用颚式破碎机破碎至粒度直径为10mm以下，然后用振动磨继续粉碎至粒度直径为85μm以下。根据本发明的方法，在步骤(1)中，颚式破碎机规格可为出料直径小于10mm。根据本发明的方法，在步骤(1)中，振动磨规格可为出料直径小于85μm。根据本发明的方法，制备样品溶液的步骤(2)可包括：将样品先酸溶再加入混合熔剂，然后高温加热，冷却后用稀盐酸浸取，并定容作为母液，用于所述待测元素含量测定。根据本发明的方法，在步骤(2)中，酸溶的处理可包括加入HNO3和HF。根据本发明的方法，在步骤(2)中，混合熔剂的处理可包括加入无水碳酸钠和硼酸。根据本发明的方法，在步骤(2)中，高温加热可在高温炉内进行。根据本发明的方法，在步骤(2)中，高温加热的工艺可包括：将样品置于已升温至400℃的高温炉内，继续加热至1000℃至1100℃。根据本发明的方法，在步骤(2)中，高温加热的工艺可包括：将样品置于已升温至400℃的高温炉内，继续加热至1000℃。根据本发明的方法，在步骤(2)中，HNO3可为浓度是68％的分析纯。根据本发明的方法，在步骤(2)中，HF可为浓度是48％的分析纯。根据本发明的方法，在步骤(2)中，无水碳酸钠和硼酸可为分析纯。根据本发明的方法，在步骤(2)中，用于浸取样品的稀盐酸可为质量分数为10％的盐酸水溶液。根据本发明的方法，在步骤(2)中，用于浸取样品的所述稀盐酸可为质量分数为5％的盐酸水溶液。根据本发明的方法，制备标准溶液的步骤(3)可包括：用盐酸水溶液制备具有浓度梯度的所述待测元素的标准溶液。根据本发明的方法，在步骤(3)中，制备待测元素的标准溶液的盐酸水溶液的质量 百分含量可为10％。根据本发明的方法，在步骤(3)中，待测元素的浓度梯度可为0mg/L、8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L和40mg/L。根据本发明的方法，绘制待测元素的标准曲线的步骤(4)可包括：调节电感耦合等离子体发射光谱仪参数，并使用耐高盐雾化器和炬管。根据本发明的方法，在步骤(4)中，可将电感耦合等离子体发射光谱仪参数调节为：雾化器气体流量为0.5L/min至1.5L/min，辅助气流量为0.2L/min至1.0L/min，射频功率为1200W至1400W。根据本发明的方法，在步骤(4)中，可将电感耦合等离子体发射光谱仪参数调节为：雾化器气体流量为0.8L/min，辅助气流量为0.5L/min，射频功率为1300W。根据本发明的方法，在步骤(4)中，分析谱线可分别选定为：铁238.204nm，铝396.153nm，钙317.933nm，镁285.213nm。根据本发明的方法，测定样品溶液的步骤(5)可包括：设置与步骤(4)相同的电感耦合等离子体发射光谱仪参数，并通过步骤(4)中绘制的标准曲线，测定样品溶液的浓度。根据本发明的方法，在步骤(6)中，可通过式1来计算所述待测元素的含量：式1在式1中，w为钢渣中所述待测元素的质量百分数，单位为％；c为测得的样品溶液中待测元素的浓度，单位为mg/L；V为样品溶液定容后的体积，单位为mL；m为称量的样品质量，单位为g。根据本发明的方法，待测元素可包括铁、铝、钙和镁。通过本发明的方法测定钢渣中的化学元素含量，可以简化实验步骤，显著缩短实验周期，减轻劳动强度，它具有可同时测定多种元素，线性范围宽的优点。具体实施方式以下详细说明本发明的实施方式。本发明提供一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时测定钢渣中多种化学元素 含量的方法。该方法可包括以下步骤：(1)固体样品预处理；(2)制备样品溶液；(3)制备标准溶液；(4)绘制所述待测元素的标准曲线；(5)测定样品溶液；(6)计算元素含量。根据本发明的方法，固体样品预处理的步骤(1)可包括将钢渣样品破碎至细粉并烘干。在一个实施方式中，将钢渣样品首先用颚式破碎机破碎，然后用振动磨粉碎，直至全部通过85μm(180目)筛，然后经烘干得到待测样品。在另一个实施方式中，首先所述钢渣用颚式破碎机破碎至粒度直径为10mm以下，然后用振动磨继续粉碎至粒度直径为0.5mm以下，之后继续粉碎直至全部通过85μm(180目)筛，然后经烘干得到待测样品。根据本发明的方法，可选用颚式破碎机规格为出料直径小于10mm。在另一个实施方式中，可选用振动磨规格为出料直径小于85μm。破碎的目的是使样品在添加熔剂之后能够最终成为熔融液体，而对于粉末类样品，通常要加工到180目以下，如果颗粒大于该粒度，样品将很难熔解，或者熔解不完全，造成最终的测定结果偏低。经上述处理后的粉碎样品能够快速且充分地变成熔融液体，确保了测定结果的准确性。根据本发明的方法，制备样品溶液的步骤(2)可包括：将样品先酸溶再加入混合熔剂，然后高温加热，冷却后用稀盐酸浸取，并定容作为母液，用于所述待测元素含量测定。先酸溶再碱熔的方法确保了样品中所有元素都可被充分溶解。在一个实施方式中，步骤(2)中的酸溶处理可包括加入HNO3和HF。具体地，加入的HNO3可为浓度是68％的分析纯。加入的HF可为浓度是48％的分析纯。加入HNO3能够对样品中的还原物质进行氧化，如游离的碳元素，HF可以与SiO2反应生成SiF4气体，挥发到空气中，从而除去样品中的Si。HNO3和HF的用量取决于样品中的硅含量，足够即可，因为随着样品的加热，HNO3和HF都会挥散到空气中。在一个实施方式中，步骤(2)中的混合熔剂处理可包括加入无水碳酸钠和硼酸。具体地，加入的无水碳酸钠和硼酸可为分析纯。在步骤(2)中，碳酸钠和硼酸是作为混合熔剂熔融样品，熔剂的选择，参照大多数碱熔分析方法标准，例如GB/T6900-2006对熔剂的要求，因此，熔剂种类并无限制，还可使用其它熔剂，例如过氧化钠、氢氧化钠、焦硫酸钾等，但是碳酸钠和硼酸的组合是最常用的碱性熔剂，而且熔解效果较好。此外，熔剂的用量取决于样品的质量，确保熔剂的用量足够即可。在本发明的方法中，步骤(2)中的高温加热可在高温炉内进行。在一个实施方式中， 可将样品置于已升温至400℃的高温炉内，继续加热至1000℃至1100℃。在另一个实施方式中，可将样品置于已升温至400℃的高温炉内，继续加热至1000℃。熔剂只有在高温的条件才能和样品反应变成熔融的状态。在上述温度处理范围内，可确保样品成为熔融的状态，使得样品溶液满足电感耦合等离子体发射光谱仪对进样溶液的要求。在一个实施方式中，在步骤(2)中用于浸取样品的所述稀盐酸为质量分数为10％的盐酸水溶液。在另一个实施方式中，在步骤(2)中用于浸取样品的稀盐酸可为质量分数为5％的盐酸水溶液。如果盐酸含量低，则样品不易清洗，如果盐酸含量高，则会导致溶液粘稠，影响测量结果。使用上述浓度的稀盐酸水溶液，可以使样品溶液满足电感耦合等离子体发射光谱仪对进样溶液的要求。根据本发明的方法，制备标准溶液的步骤(3)可包括：用盐酸水溶液制备具有浓度梯度的所述待测元素的标准溶液。在一个实施方式中，在步骤(3)中制备所述待测元素的标准溶液的盐酸水溶液的质量百分含量为10％。使用上述浓度的稀盐酸水溶液，可以使样品溶液满足电感耦合等离子体发射光谱仪对进样溶液的要求。此外，在一个实施方式中，待测元素的浓度梯度可为0mg/L、8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L和40mg/L。上述待测元素的浓度梯度设置可确保标准溶液的曲线准确性。根据本发明的方法，绘制待测元素的标准曲线的步骤(4)可包括：调节电感耦合等离子体发射光谱仪参数，并使用耐高盐雾化器和炬管。电感耦合等离子体发射光谱仪的可调范围为：雾化器气体流量为0L/min至2L/min，辅助气流量0L/min至2L/min，射频功率750W至1500W。在一个实施方式中，可将电感耦合等离子体发射光谱仪参数调节为：雾化器气体流量为0.5L/min至1.5L/min，辅助气流量为0.2L/min至1.0L/min，射频功率为1200W至1400W。优选地，可将电感耦合等离子体发射光谱仪参数调节为：雾化器气体流量为0.8L/min，辅助气流量为0.5L/min，射频功率为1300W。将电感耦合等离子体发射光谱仪参数设置在上述范围内，可避免结果出现偏差，确保测定结果的准确性。在一个实施方式中，根据本发明的方法，在步骤(4)中，分析谱线分别选定为：铁238.204nm，铝396.153nm，钙317.933nm，镁285.213nm。上述分析线谱的选择可确保光谱干扰少、灵敏度高，从而获得更好的测定结果。根据本发明的方法，测定样品溶液的步骤(5)可包括：设置与步骤(4)相同的电感耦 合等离子体发射光谱仪参数，并通过步骤(4)中绘制的标准曲线，测定样品溶液的浓度。上述电感耦合等离子体发射光谱仪参数的设置可确保测定结果的准确性。在一个实施方式中，根据本发明的方法，在步骤(6)中，通过式1来计算所述待测元素的含量：式1在式1中，w为钢渣中所述待测元素的质量百分数，单位为％；c为测得的样品溶液中待测元素的浓度，单位为mg/L；V为样品溶液定容后的体积，单位为mL；m为称量的样品质量，单位为g。根据以上式1可准确地计算出元素含量。根据本发明的方法，待测元素可包括铁、铝、钙和镁。钢渣中主要元素包括铁、铝、钙和镁，并且含量均在1％以上，通过本发明的方法可同时测定钢渣中的铁、铝、钙和镁，并且测定结果准确性较高。下面将通过参考下面的实施例描述本发明的实施方式。然而，本领域技术人员应理解的是，以下实施例是非限制性的，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种修改和变化。本发明的范围应仅受权利要求及其等价方案所限定。实施例1(1)固体样品预处理：将钢渣样品A经颚式破碎机破碎至粒度直径为10mm以下，按四分法缩分至约100g，然后利用振动磨将100g试样全部粉碎至粒度直径为0.5mm以下，继续缩分，加工至全部通过180目筛，在105℃烘箱中烘2小时，得到干燥细粉。(2)制备样品溶液：准确称取0.1000g步骤(1)中得到的样品(精确至0.0002g)，放入25mL铂金坩埚中。加入5mL的HNO3和5mL的HF。低温蒸干挥散除硅，再以硝酸赶氟。冷却后加入2g无水碳酸钠和1g硼酸，并且混匀，将盛有样品的坩埚置于已升温到400℃的高温炉内，继续加热至1000℃，熔融15分钟。取下坩埚并摇动坩埚，使试样均匀覆盖坩埚内壁，稍冷却后用50mL质量分数为10％的盐酸浸取于250mL烧杯中，冷却后以水定容于250mL玻璃容量瓶中作为母液。用于测定铁、铝、钙、镁 的含量。(3)制备标准溶液：用质量百分含量为10％的盐酸水溶液稀释1000mg/L的铁、铝、钙、镁标准溶液至100mg/L，再用10％的盐酸水溶液逐级稀释100mg/L成0mg/L、8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L、40mg/L的铁、铝、钙、镁标准溶液。(4)绘制铁、铝、钙、镁标准曲线：调节电感耦合等离子体发射光谱仪参数：雾化器气体流量0.8L/min、辅助气流量0.5L/min、射频功率1300W，使用耐高盐雾化器和炬管；分析谱线分别选定为：铁238.204nm，铝396.153nm，钙317.933nm，镁285.213nm；测定步骤(3)中得到的铁、铝、钙、镁标准溶液的发射强度；以步骤(3)配制的铁、铝、钙、镁标准溶液浓度值为横坐标，以测得的电感耦合等离子体发射光谱仪发射强度为纵坐标，绘制铁、铝、钙、镁标准工作曲线，结果见表1。表1通过计算，得到的线性相关系数分别为Fe0.9999，Al0.9999，Ca0.9999，Mg0.9997，可见线性良好。(5)测定样品溶液：设置与步骤(4)相同的电感耦合等离子体发射光谱仪参数，并通过步骤(4)绘制的标准工作曲线，测定样品溶液的浓度值，结果见表2。表2钢渣样品AFeAlCaMg浓度(mg/L)15.3828.6538.1932.58发射强度(cps)73257.561663.9118652.3331869.1(6)通过下面式1计算得到，钢渣中铁含量为3.84，铝含量为7.16，钙含量为9.55，镁含量为8.14。式1在式1中，w为钢渣中待测元素的质量百分数，单位为％；c为测得的样品溶液中待测元素的浓度，单位为mg/L；V为样品溶液定容后的体积，单位为mL；m为称量的样品质量，单位为g。对比例1根据现存实施的钢渣分析方法YB/T140-2009，对三种不同钢渣样品A、B、C进行测定。具体地，根据YB/T140-2009规定的EDTA(乙二胺四乙酸二钠)容量法分别测定铁、铝、钙和镁四种元素的含量，每个样品测试6次，取其测试平均值。实施例2采用与实施例1相同的方法分别测定与对比例1中相同的三种钢渣样品A、B、C中铁、铝、钙和镁四种元素的含量。将实施例2的ICP法与对比例1的EDTA容量法测定的结果比较，结果见表3。表3ICP法与EDTA法分析结果由表4中可见，两种方法测试结果相近，四种元素含量相差甚微，并且均满足实验要求，说明本发明中用ICP法对钢渣中的元素的测试结果同样是准确可靠的。对比例2根据YB/T140-2009规定的EDTA容量法分别测定1个钢渣样品中的铁、铝、钙和镁4种元素的含量，实验人员为1人。实施例3采用与实施例1相同的方法测定与对比例2中相同钢渣样品中的铁、铝、钙和镁4种元素的含量，实验人员为1人。将实施例3与对比例2进行对比，结果见表4。表4实验方法ICP法(实施例3)YB/T140-2009(对比例2)周期1天3～4天成本氩气消耗(低)化学试剂(高)方法易掌握程度容易难检测方式同时测定每个元素单独测定检测范围高低含量同时检测高低含量分别检测由表4可见，本发明的ICP法与YB/T140-2009比较，采用ICP法大大缩短了实验周期，减少了实验成本，方法容易掌握，操作简单，并且可同时测定多种元素，因此根据本发明的ICP法测定钢渣中的多种元素在时间、人力和成本上具有更多优势。当前第1页1 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