冶金分析
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创刊时间：1981年
刊期：月刊
主办单位：
  中国钢研科技集团有限公司
  中国金属学会
国际标准刊号
  ISSN 1000-7571
国内刊号
  CN11-2030/TF
国内邮发代号
  82-157
单价： 50.00元/册
美国《化学文摘（网络版）》
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2023年 43卷 7期
刊出日期 2023-07-28

1 激光诱导击穿光谱应用于金属可靠性评价的研究进展
杨淇, 喻子彧, 马维喆, 卢志民, 姚顺春, 陆继东
关键金属构件的服役安全与可靠性评价是工业安全生产的核心保障。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)是近年来快速发展的一项原子光谱分析技术,凭借其无需复杂样品预处理、能实现多元素同步在线分析和远程原位测量等独特优势,在金属材料可靠性评价领域引起了广泛关注。文章总结了LIBS表征金属机械性能的方法研究,包括建立光谱特性(谱线信号强度及强度比)和等离子体温度与金属机械性能指标之间的线性关联性。梳理了LIBS光谱特性表征金属老化状态机理,并介绍了LIBS诊断金属老化状态方法,即建立谱线信号强度比与金属老化等级的关联性以及利用机器学习算法提高预测模型精度等。探讨了目前便携式LIBS设备研发与应用所面临的挑战及发展现状,并对LIBS在金属机械性能和老化状态表征领域未来的研究方向进行了展望。
2023 Vol. 43 (7): 1-10 [摘要] ( 浏览数: 1 ) [HTML 1KB] [PDF 2547KB] ( 下载数: 157 )
11 X射线粉末衍射技术在矿物鉴别中的应用进展
李烃, 陈朝方, 林国生, 伍利兵, 许彩芸
X射线粉末衍射(XRPD)是一种重要且应用广泛的材料表征技术。综述对XRPD技术的原理与鉴别依据,及其在矿物鉴定、宝石鉴别、矿物药鉴别、固体废物鉴别领域的应用进行了讨论。亦从分析复杂矿物结构,进一步提高鉴别能力的角度,展望了XRPD技术未来的研究方向,如仪器的便携化、多种表征技术的联用、以及人工智能和机器学习工具的使用。
2023 Vol. 43 (7): 11-20 [摘要] ( 浏览数: 2 ) [HTML 1KB] [PDF 1006KB] ( 下载数: 326 )
21 用于合金钢分析的微型双脉冲激光诱导击穿光谱技术
张子旭, 侯佳佳, 冯中琦, 张大成
在冶金工业中冶金成分的在线检测和控制是冶炼全流程经济生产的核心。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有快速、非接触、无需制样等特点,非常适合用于合金成分的在线检测。实验利用自主研制的微型双脉冲LIBS系统对合金钢标样进行了LIBS测量。分别采用内标法和偏最小二乘回归(PLSR)法对6种合金钢标准样品中的Ni、Cr、Cu、Mn元素进行了定量分析,内标法结果表明,定标曲线的决定系数均大于0.99,预测含量的相对误差分别为5.59%、4.84%、4.27%、5.97%;PLSR法结果显示,定标曲线的决定系数均大于0.98,Ni、Cr、Cu、Mn元素含量预测的相对误差分别为2.61%、2.04%、3.01%、2.46%;相比内标法,PLSR方法具有更高的定量精度。此外,通过对比微型激光器输出双脉冲与单脉冲激光对LIBS测量的影响发现,使用双脉冲模式激光输出能够有效提高LIBS信号的信噪比和稳定性。
2023 Vol. 43 (7): 21-28 [摘要] ( 浏览数: 2 ) [HTML 1KB] [PDF 3562KB] ( 下载数: 102 )
29 基于特征谱线比与时间分辨激光诱导击穿光谱的金属老化等级评估
白凯杰, 董美蓉, 尚子瀚, 蔡俊斌, 卢伟业, 陆继东
激光诱导击穿光谱技术(LIBS)能实现耐热钢服役状态的快速原位监测,为运行生产安全提供保障。实验利用便携式LIBS检测设备,探究基于LIBS的耐热钢老化等级评估优化建模方案。以典型耐热钢T91为实验试样,首先探究了合金元素Cr、Mn与基底元素Fe的LIBS谱线特性,发现其特征谱线强度比与耐热钢老化等级之间存在线性相关关系;随后,比对了不同延迟时间下耐热钢特征光谱的演化规律,分析时间分辨光谱矩阵所含的光谱信息;最后,将谱线强度比与时间分辨光谱矩阵结合作为建模数据源,耦合递归特征消除(REF)、线性判别式分析(LDA)的特征筛选方法及支持向量机(SVM)建立老化等级评估模型。结果表明,改进后的模型性能要优于单一延迟时间下所建立的老化等级模型,预测准确度可达96.18%。所得结果为LIBS耐热钢老化等级评估提供了优化方法和科学依据。
2023 Vol. 43 (7): 29-36 [摘要] ( 浏览数: 3 ) [HTML 1KB] [PDF 3037KB] ( 下载数: 70 )
37 聚紫精修饰玻璃碳电极检测铬(Ⅵ)
陈俊蓉, 张珍珍, 周尽花, 肖红波, 杨婷, 王文磊
Cr(Ⅵ)的电化学还原对电极界面活性要求较高,故非贵金属修饰电极用于Cr(Ⅵ)的分析灵敏度不高,有待于进一步研究。实验报道了一种吡啶型聚合物修饰玻璃碳电极灵敏检测Cr(Ⅵ)的方法。通过在玻璃碳电极(GCE)表面上电还原聚合吡啶季铵盐1,3,5-三溴化三(4-氰基吡啶-1-亚甲基)-苯(TCB),形成网状的聚紫精(polyviologen, PV)膜修饰电极(PV/GCE),PV/GCE可用于线性扫描伏安法检测铬废渣中的Cr(Ⅵ),性能优于金修饰电极。研究了镀膜方式以及镀膜沉积时间对检测性能的影响,最优条件下,Cr(Ⅵ)的检测灵敏度为0.111 2 μA/(μmol/L),检测下限为0.25 μmol/L(S/N=3),线性检测范围较宽且稳定性和重现性较好,可用于实际铬渣样品的检测,具有较好的应用前景和实用价值。
2023 Vol. 43 (7): 37-44 [摘要] ( 浏览数: 3 ) [HTML 1KB] [PDF 4706KB] ( 下载数: 206 )
45 某铀矿区表层石膏矿物微观孔隙结构定量分析及渗流模拟
周磊, 习向玉, 周琳, 代群威, 韩颖, 董发勤
天然岩石孔隙及裂缝的形态结构和导流特性对于采矿、选矿、冶金、石油工程、碳封存、水污染控制、核废料/有害物质隔离都具有极为重要的意义。实验通过X射线三维显微成像系统,经数据采集、数据重建、数据体切割、算法分析、渗流模拟,对某铀矿区表层石膏矿物微观结构孔隙半径、孔隙分布、喉道半径、连通性、渗透性等系列关键孔隙结构参数进行了定量表征。该矿区表层石膏的孔隙半径主要集中在5.0~40.0 μm范围,近90%的孔隙都是与一个喉道相连接,平均孔喉比约为1.33;喉道半径与孔隙半径大小在相同数量级,孔喉半径比不大,孔隙空间发育比较均匀,孔隙截面和喉道截面主要为三角形。在入口压力为0.5 MPa下,绝对渗透率模拟中单相水在X、Y、Z 3个方向上的渗流速度相同,绝对渗透率接近于零。
2023 Vol. 43 (7): 45-51 [摘要] ( 浏览数: 9 ) [HTML 1KB] [PDF 5456KB] ( 下载数: 84 )
52 一例进口“烧结铁矿”的固体废物属性分析探讨
吕晓华, 张旭龙, 张金龙, 张庆建, 胡小霞, 王婷
针对一例进口“烧结铁矿”,建立了矿物类固体废物属性鉴别的一般方法。采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和矿物自动分析系统(MLA)等技术,联合扫描电子显微镜-X射线能谱(SEM-EDS)等手段,对目标样品的外观、微观形貌、物相组成、化学组成等进行分析,并对该样品是否为固体废物展开讨论。结果表明,样品主要物相为磁铁矿、赤铁矿、普通辉石、烧石膏,含有少量黄铜矿、冰铜、铜蓝、闪锌矿、锌铁尖晶石和石英,同时还有少量玻璃态钾钠铝硅酸盐、钙铁铝硅酸盐、铁橄榄石、锌铁酸盐等。部分硅酸盐呈疏松胶态状,部分赤铁矿呈固融状。样品含有火法冶炼产生的物质;样品成分及微观形貌与天然铁矿烧结得到的铁烧结矿有显著差异,呈现出包含火法冶炼产物的混合物特征。综合推断该样品来源于含铁物料生产加工过程中产生的副产物,其特性不符合铁烧结矿产品质量标准要求,根据GB 34330—2017《固体废物属性鉴别标准 通则》判定属于固体废物。
2023 Vol. 43 (7): 52-59 [摘要] ( 浏览数: 2 ) [HTML 1KB] [PDF 3315KB] ( 下载数: 118 )
60 钛铁矿石中铁的化学物相分析
夏传波, 张文娟, 姜云, 田兴磊, 王志明, 赵伟
钛铁矿石中铁的化学物相分析研究较少,不同文献对铁的化学相态划分不尽一致,各相态的提取方法也有所差异,且多数未报道单矿物浸取试验结果。在典型钛铁矿矿区采集试验样品,从中挑选出所需的单矿物,通过单矿物浸取试验和实际样品浸取试验,确定了各相态的较优浸取分离流程:用乙酸-过氧化氢-硼酸溶液浸取样品,滤液用于测定硫化物及碳酸铁中铁;残渣用氢溴酸-二氯化锡溶液浸取,滤液用于测定磁铁矿、赤铁矿与褐铁矿等氧化物中铁;残渣灰化后在800 ℃灼烧,用硝酸-氟化铵溶液浸取,滤液用于测定硅酸盐中铁;剩余残渣用于测定钛铁矿中铁。根据各相态提取液中铁含量的高低,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)或重铬酸钾滴定法测定,建立了钛铁矿石中铁的化学物相分析方法。方法检出限为0.002%~0.045%。方法应用于铁矿石物相分析标准物质的测定,测定结果与认定值基本相符;应用于钛铁矿石实际样品的测定,各相态测定结果的相对标准偏差(RSD,n=12)小于4%;各相态铁量的加和与全量铁的相对偏差小于2%,满足DZ/T 0130—2006《地质矿产实验室测试质量管理规范》的要求,主要相态分析结果与自动矿物分析仪(MLA)结果基本吻合。实验方法可为相关标准的制定提供参考。
2023 Vol. 43 (7): 60-68 [摘要] ( 浏览数: 2 ) [HTML 1KB] [PDF 1270KB] ( 下载数: 103 )
69 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高纯石英选冶流程样品中痕量硼
张宏丽, 孙启亮, 刘闫, 倪文山, 刘磊
石英坩埚原料中硼元素会造成坩埚使用寿命缩短,因此准确评价高纯石英样品中硼的含量,对其产品应用具有指导意义。针对高纯石英选冶流程样品,采用常压混酸溶样法,通过加入甘露醇溶液避免了溶样过程中的硼挥发损失,针对流程样品中不同含量范围的硼元素,采用氢氟酸-硝酸-甘露醇-常压低温浸取-高温赶酸的样品前处理方式,保证高纯石英选冶流程样品中硼元素完全转移入样品溶液;选择B 249.773{135}nm作为硼的分析线,建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定高纯石英选冶流程样品中硼的方法。试验对样品前处理试剂选择、甘露醇溶液加入量、分析谱线及干扰元素的消除进行了研究。硼质量浓度在0.020~10 μg/mL范围内与其发射光谱强度呈线性关系,线性相关系数为0.999 8。方法的检出限为0.10 μg/g,定量限为0.32 μg/g。采用实验方法对7个高纯石英选冶流程样品中硼进行测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=9)在2.1%~5.9%之间,加标回收率在96.0%~106%之间;并与电弧发射光谱法进行对比试验,测定结果基本一致。方法满足石英行业发展对产品的测试需求。
2023 Vol. 43 (7): 69-75 [摘要] ( 浏览数: 1 ) [HTML 1KB] [PDF 1199KB] ( 下载数: 156 )
76 氟化氢铵消解-电感耦合等离子体质谱法测定地球化学调查样品中铌钽锆铪
张元, 赵文志, 梁中恺, 晏福兴, 李少文, 谢旭
Nb、Ta、Zr、Hf是支撑国家战略发展的关键稀有元素,准确测定地球化学调查样品中这4种元素具有重要意义。采用氟化氢铵消解样品后再用HNO3提取的方法处理样品,以93Nb、181Ta、90Zr、178Hf为待测同位素,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定地球化学调查样品中Nb、Ta、Zr、Hf的方法。对样品前处理条件进行了优化,确定样品与氟化氢铵的质量比为1∶5,消解温度为220 ℃,消解时间为3 h。各元素校准曲线的线性相关系数均大于0.998,方法检出限在0.014~0.23 μg/g之间,定量限在0.047~0.767 μg/g之间。按照实验方法、标准方法GB/T 14506.29—2010中的过氧化钠熔融-ICP-MS、GB/T 14506.30—2010中的氢氟酸-硝酸封闭溶解-ICP-MS对地球化学调查样品标准物质平行测定11次,结果表明,3种方法的测定结果均与认定值基本一致,且对数偏差(ΔlgC)均满足要求。将实验方法应用于松嫩平原黑河地区地球化学调查样品中Nb、Ta、Zr、Hf的测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)均小于10%。
2023 Vol. 43 (7): 76-82 [摘要] ( 浏览数: 0 ) [HTML 1KB] [PDF 2225KB] ( 下载数: 115 )
83 离子色谱法测定厌氧发酵液中盐分、钾和氨氮
王树加, 颜舒畅, 王闻, 范炜林, 陈佩丽, 苏秋成
盐分、钾离子和氨氮是影响厌氧发酵速率和产气率高低的关键因素,准确测定其含量对指导发酵工艺、废弃物资源化利用具有重要意义。选用1.7 mmol/L的硝酸为淋洗液,pH值为2.60,淋洗液流速为0.8 mL/min、色谱柱为30 ℃,实现了离子色谱法对厌氧发酵液中盐分、钾离子和氨氮的测定。干扰试验表明,厌氧发酵液中的共存离子不影响测定。各待测物校准曲线的相关系数均不小于0.999 7,最小检测浓度为0.000 80~0.002 5 mg/L。采用实验方法对餐厨垃圾发酵液和秸秆发酵液中盐分、钾和氨氮进行测定,并分别采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钾、钠,GB/T 34500.5—2017中水杨酸分光光度法测定氨氮,进行方法比对,测定结果采用F检验法进行分析。结果表明,实验方法和比对方法的测定结果基本一致;实验方法测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.38%~4.5%,比对方法的RSD为0.71%~3.1%;F＜F0.05,5=5.05,说明实验方法和比对方法的精密度无显著性差异。按照实验方法对厨余垃圾发酵液、秸秆发酵液、青贮草发酵液以及狼尾草发酵液4种样品中盐分、钾和氨氮进行测定,并分别加入各待测物的标准溶液进行加标回收试验,平行测定6次,各待测物的加标回收率为86%~114%。
2023 Vol. 43 (7): 83-89 [摘要] ( 浏览数: 1 ) [HTML 1KB] [PDF 1548KB] ( 下载数: 99 )
90 火花放电原子发射光谱法测定镍基693合金中铝的校准曲线拓展
戴红林, 刘满雨, 王庆江, 陈燕, 诸葛福乾, 张碧莹
镍基693合金是在690合金基础上添加3%～4%(质量分数,下同)的Al,以达到提高材料耐腐蚀性能的目的。实验室用火花放电原子发射光谱仪在出厂时配置的Al原始校准曲线上限为0.87%,不能满足镍基693合金的分析需求。实验采用一系列标准样品和自制类型标准化样品拓展了Al的校准曲线,将校准曲线的上限拓展至4.50%,实现了对693合金中Al的测定。通过对样品表面处理方式的探讨,发现当样品精磨后使用酒精清洗的方式测量数据的精密度显著提高。实验优化了仪器工作条件并校正了共存元素的干扰,其中设定氩气冲洗时间7 s、预燃时间13 s、积分时间9 s。按照实验方法测定两个镍基693合金样品中Al,测定值分别为0.64%和3.05%,结果的相对标准偏差(RSD,n=10)分别为0.45%和0.39%;对3个Al测定值分别为0.68%、2.95%、3.20%的镍基693合金样品的分析结果进行t检验,统计量t均小于临界值,表明测量结果正确度良好。
2023 Vol. 43 (7): 90-95 [摘要] ( 浏览数: 2 ) [HTML 1KB] [PDF 2697KB] ( 下载数: 157 )
96 熔融制样-X射线荧光光谱法测定锰渣中8种组分
邓军华, 亢德华, 胡忠新, 高品, 王一凌, 杨洁
锰渣中各组分通常采用化学湿法进行测定,操作繁琐。实验以四硼酸锂为熔剂,选用炉渣、富锰渣、锰矿等标准物质以及用这些标准物质按照不同质量比混合配制而成的校准样品,组成各组分含量呈一定梯度和含量范围足够宽的标准样品/校准样品系列绘制校准曲线,克服了基体效应的影响,以经验系数法(MC)校正锰渣中各组分之间的光谱增强-吸收干扰,建立了X射线荧光光谱法(XRF)测定锰渣中SiO2、Al2O3、CaO、MgO、TMn、P2O5、TiO2、TFe共8种组分的方法。通过对稀释比、预氧化处理方式、熔融温度、熔融时间、脱膜剂量等条件进行优化,解决了四硼酸锂熔融锰渣时熔体黏度大、流动性弱导致的玻璃片成型不均匀、脱膜困难等问题。实验表明,各组分校准曲线线性相关系数均不小于0.999 7,方法的检出限为11.2~90.2 μg/g。实验方法应用于锰渣试样中各组分的测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.27%~3.7%。分别采用实验方法和标准方法对锰渣试样中各组分进行测定,结果基本一致。
2023 Vol. 43 (7): 96-101 [摘要] ( 浏览数: 1 ) [HTML 1KB] [PDF 872KB] ( 下载数: 208 )
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