炼铁高炉入炉原料中有害微量元素分析解决方案
工作总结报告
一、背景简介
Na2O、K2O、Zn、PbO、As、CuO等被统称为有害微量元素，广泛存在于各种天然炼铁用物料中，通过造球或烧结进入高炉，是高炉生产的有害成分：Na2O、K2O对高炉炉衬有浸蚀；Na2O、K2O、ZnO很轻，在冶炼过程中，随除尘管道排出，在除尘灰循环利用中，周而复始的富积，不仅浪费能源，甚至堵塞管道；PbO还原后，沉积在炉底，使炉底升高；As2O
3、CuO还原后，一部分进入铁水，影响生铁的质量。
随着钢铁行业经营形势进一步恶化，公司为降低铁前成本，开始大批量采购经济料和使用回收含铁废料，外购铁矿石、球团矿、焦炭、煤以及含铁杂料中有害微量元素对高炉生产的巨大危害也随之而来。面对这一境况，公司领导要求能够及时、准确对高炉入炉原料中有害微量元素进行分析，为高炉顺行提供数据支持。2010年底，在我处工作会上，时任处长的李朝玺同志就已提出对进厂铁矿石、球团矿分析Na2O、K2O、Zn、PbO、As2O
3、CuO等微量元素，以满足公司生产的需要。2012年初公司又下发新的产品检验要求，要求对含铁杂料、焦炭、煤灰等物料中有害微量元素进行检验，欧阳琦副处长提出，将各种高炉入炉料有害微量元素成份检验合并成检测体系，并按2011年3月下发的产品标准严格考核。 现状以及项目开发的目的和意义
1.现状 （1）Na2O、K2O、Zn、PbO、As、CuO等检验项目在各种物料中的含量都很微少，想要准确测定微量或痕量的元素，一般都采用ICP分析或原子吸收分析方法。这两种方法首先都需对待分析样品进行溶解，溶解的过程比较漫长，分析过程稍有差池就会造成分析失败，检验周期长、操作复杂也是这两种方法不可避免的缺点，对于大批量的进厂铁矿石、球团矿、焦炭、煤灰、含铁废料检验，已很难适应快速生产节奏的需要。
（2）X荧光仪分析速度快、对样品要求相对简单，在2011年已成功开发出铁矿石、球团矿微量元素快速分析方法，但该方法只适用于物质成份含量简单且相对稳定的铁矿石品种，焦炭、煤灰、含铁杂料等新品种因物相组成不同、成份结构复杂，不能简单用一种方法分析检验，需要一整套的系列分析解决方案，有针对性的对各种物料使用最为合适的分析方法。
（3）目前国内检测标准中没有制定Na2O、K2O、Zn、PbO、As、CuO等元素X荧光压片分析及熔融分析方法标准。 2.有害微量元素分析解决方案开发目的及意义
（1）满足公司对于快速、准确分析铁矿石、球团矿、烧结矿中Na2O、K2O、Zn、PbO、As、CuO等有害微量元素的需求，为炼铁生产提供准确数据支持。
（2）配合公司降低铁前成本工作，对于含铁经济杂料中危害高炉生产的物质准确分析，帮助炼铁单位有效控制有害微量元素的来源、富集程度和转移方向。 （3）有效辅助监控煤产品质量，为焦化、烧结、炼铁生产提供数据支持，最终确保高炉顺行。
（4）降低职工因方法不对而反复分析的劳动强度，既缩短检验周期，又节约人力、物力资源，同时保证外发数据准确性。
（5）填补X荧光分析方法的空白。
三、关键技术 （1） 含铁杂料
含铁杂料包括高炉返矿、高炉除尘灰、炼钢除尘灰、氧化铁皮等多种物质，其都含有大量单质金属或游离碳，高温熔融过程中会与铂黄金坩埚发生合金化、置换等反应，损伤坩埚底部与侧壁，所以需用粉末压片-X荧光分析法。
对于X荧光压片分析，样品的基体效应和粒度效应影响较大，对于微量元素分析也是如此，并且因含铁杂料组成复杂，没有标样可参考使用，因此我们选取具有代表性试样，自制控样绘制工作曲线。控样准确的化学值是绘制工作曲线的根本条件。首先，根据微量成分的含量与该元素X荧光强度的对应关系，压片用X荧光测定每个元素的X荧光强度，根据ICP的测定结果，逐步筛选比较合适的样品，根据铁矿石、球团矿等品种的产品标准以及微量成分的大致含量配制成每一个被测组分系列，共配制6个控样，约7Kg。然后，我们采用ICP对6个控样各个元素成分进行定值，并结合X荧光测定的每个元素成分的X荧光强度，对异常数据舍去，共分析3组数据，从中选取重现好、误差较小的数据，取平均值作为最终的定值结果。
作为X荧光压片分析，粒度效应是客观存在的，只有严格控制工作条件，使样品的粒度尽量一致，减少粒度效应带来的负面影响。我们比照铁矿石制样方法，选取两个样品作粒度试验，根据实验结果，200g样品在制样锅内研磨1分30秒为最佳。而且要求控样和生产样条件保持一致。制备好的每一个控样充分混匀后，作均匀性试验，在没有显著性差异后，装入塑料瓶中备用。
铁矿石、球团矿压片分析方法要求，粉末压片时压饼机压力为单位面积内30t、保持压力30s，制成直径34mm、厚3mm，表面均匀平整的样片。我们在含铁杂料中Na2O、K2O、Zn、PbO、As、CuO等微量元素分析过程中依然沿用此标准，样片分析结果稳定。
40KV、70mA的仪器工作条件下，在150-MFX-2400X荧光仪器上绘制了含铁杂料Na2O、K2O、Zn、CuO分析工作曲线、在181-MFX-2400X荧光仪器上绘制了含铁杂料PbO、As分析工作曲线（受仪器分析通道安装不同限制，分别在两台仪器上绘制工作曲线）。根据元素特征谱线干扰情况，运用经验系数法，在工作曲线上选择干扰元素进行合适校正。最后，选取5个样品，在 X荧光分析方法与ICP分析方法间进行数据对照，对照结果均达到了分析误差的要求。
（2） 铁矿石、球团矿、烧结矿
2011年已成功开发铁矿石、球团矿的粉末压片-X荧光分析方法，为保证高炉生产顺行，2012年初公司要求对烧结矿中有害微量元素进行检验。烧结矿属于铁矿石深加工产品，其物质组成、性能都有很大改变，原来的工作曲线已不能胜任此项检验任务，为此我们将铁矿石、球团矿、烧结矿合并开发新检验方法，即熔融-X荧光分析法，在解决了烧结矿微量元素检测同时，将3种物料检测方法合并、提升，提高了检测精度。
从标样库中筛选出19个带有微量元素含量的铁矿石、球团矿、烧结矿标准样品，按照铁矿石熔融方法标准将这19个标样制成玻璃熔片。针对有害微量元素含量低，易被被污染的特点，我们在熔制样过程中做了一些改变：1.熔融制样过程中，将脱模剂由碘化钾改为碘化氨，目的是消除碘化钾对K2O分析结果的影响；2.要求操作人员不可用手直接触碰分析表面，目的是避免人体液中钠离子对Na2O元素的影响；3.样片分析表面不能用酒精棉球擦拭，目的是减少酒精内杂质、棉花絮对Na2O、K2O、Zn等元素的影响。
我们在40KV、70mA的仪器工作条件下，在150-MFX-2400X荧光仪器上绘制了熔融铁矿石、球团矿、烧结矿Na2O、K2O、Zn、CuO元素分析的工作曲线。我们将工作曲线上离群数值删除后，选择干扰元素进行适当校正。最后，选取5个样品，在 X荧光分析方法与ICP分析方法间进行数据对照，对照结果均达到了分析误差的要求。PbO、As因本身含量极低，经熔剂稀释后，其含量已超出X荧光仪测量灵敏度下限，无法正常显示分析结果，固无法用该方法检验，我们沿用2011年开发的粉末压片法对这两元素进行定量分析，满足检验需求。 （3） 焦炭、煤灰
焦炭、煤灰都是煤产品经过工艺处理后产生的物质，与铁矿石、含铁杂料等物料截然不同，所以其分析方法不能简单套用其他方案。通过对物料性质的研究，我们发现焦炭、煤灰与硅石、硅砖之类的含硅物质比较接近，遂比照硅石熔融-X荧光分析方法进行开发。
挑选出15个已经ICP定值的焦炭试样，根据Na2O、K2O、Zn含量的不同，按照相应梯度选择7个试样作为画线控样。挑选已充分灼烧（燃烧游离碳）的11个煤灰试样，经过ICP分析定值，从中遴选出4个最为合适的样品作为画线控样。
焦炭、煤灰其化学形式偏酸性，按照酸碱中和原理，熔融所用熔剂应偏碱性。经过单独使用四硼酸锂、四硼酸锂与碳酸锂比例混合、四硼酸锂与偏硼酸锂氟化锂比例混合几种条件实验，最终确定四硼酸锂、偏硼酸锂、氟化锂按照6:3:1比例最为适合。
煤灰是煤经过高温灼烧失掉所有碳、氢、氧后的残渣，比重小、质地蓬松，同样质量的煤灰会占很大体积，为了控制熔融液体体积不超过10ml，又尽量提高待分析物质与熔剂混合的浓度，经过条件实验，最终确定使用6g混合熔剂配合0.4g焦炭或煤灰最为合适。由于熔融制样过程中同样存在易污染的问题，在这里同样采用铁矿石分析微量元素相同的过程控制方案，确保分析数据准确性。
40KV、70mA的仪器工作条件下，在150-MFX-2400X荧光仪器上绘制了焦炭、煤灰Na2O、K2O、Zn分析工作曲线，并对离群可疑数值进行校正、删除。最后，选取3个样品，在 X荧光分析方法与ICP分析方法间进行数据对照，对照结果均达到了分析误差的要求。
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《刑法》第144条中“有毒有害非食品原料”的合理定位——以近晚食品安全事件为例
