zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-2-21-29zldm-1597Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISРазработка методики анализа железорудного сырья методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмойDevelopment of ICP-AES method for analysis of iron ore raw materialsЧерниковаИ. И.ChernikovaI. I.

Инна Игоревна Черникова

398040, г. Липецк, пл. Металлургов, д. 2

Inna I. Chernikova

2, pl. Metallurgov, Lipetsk, 398040

ПотокинаА. А.PotokinaA. A.

Алина Андреевна Потокина

398600, г. Липецк, ул. Московская, д. 30

Alina A. Potokina

30, Moskovskaya ul., Lipetsk, 398600

ФарафоноваО. В.FarafonovaO. V.

Ольга Вячеславовна Фарафонова

398600, г. Липецк, ул. Московская, д. 30

Olga V. Farafonova

30, Moskovskaya ul., Lipetsk, 398600

ЕрмолаеваТ. Н.ErmolaevaT. N.

Татьяна Николаевна Ермолаева

398600, г. Липецк, ул. Московская, д. 30

Tatyana N. Ermolaeva

30, Moskovskaya ul., Lipetsk, 398600

erm1704@gmail.comПАО «Новолипецкий металлургический комбинат»РоссияPJSC «Novolipetsk Metallurgical Plant»Russian FederationЛипецкий государственный технический университетРоссияLipetsk State Technical UniversityRussian Federation2022220220228822129Copyright © Черникова И.И., Потокина А.А., Фарафонова О.В., Ермолаева Т.Н., 20222022Черникова И.И., Потокина А.А., Фарафонова О.В., Ермолаева Т.Н.Chernikova I.I., Potokina A.A., Farafonova O.V., Ermolaeva T.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1597

Разработана методика определения Feобщ, SiO2, P, V2O5, TiO2, Cr2O3, Ni, Cu, Zn в железорудном сырье (ЖРС) — окатышах, железорудном агломерате — аспирационной пыли и шлаковой составляющей скрапа методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) с использованием микроволновой пробоподготовки в аналитических автоклавах. Предложен состав кислотной смеси для полного переведения компонентов пробы в раствор, выбраны параметры микроволнового разложения, исключающие разгерметизацию автоклава и потерю элементов пробы, образующих летучие соединения. Разработанный способ микроволновой пробоподготовки в закрытых автоклавах позволяет провести разложение проб ЖРС с использованием минимального количества кислот (17 см3) за 45 мин. Оптимизированы рабочие параметры спектрометра, выбраны аналитические линии, свободные от спектральных наложений, экспериментально доказана эффективность применения кадмия в качестве внутреннего стандарта: при его использовании наблюдается уменьшение значения стандартного отклонения с 0,17 до 0,04 при определении Cr2O3; с 0,02 до 0,004 — Feобщ; с 0,03 до 0,002 — SiO2; с 0,015 до 0,008 — TiO2; с 0,17 до 0,02 — V2O5. Оценена правильность определения нормируемых элементов по разработанной методике с применением государственных стандартных образцов, близких по составу анализируемым пробам. Результаты АЭС-ИСП анализа сопоставлены с данными, полученными с применением стандартизированных методик анализа. Разработанная методика характеризуется более широким диапазоном определяемых концентраций по сравнению со стандартизированными методиками и позволяет определять в ЖРС компоненты, которые было невозможно контролировать ранее.

A method for the determination of Fetot, SiO2, P, V2O5, TiO2, Cr2O3, Ni, Cu, Zn in iron ore raw materials (i.e., pellets, iron ore agglomerate, aspiration dust and slag component of a scrap) by the method of atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-AES) has been developed using microwave sample preparation in analytical autoclaves. The composition of the acid mixture for the complete dissolution of the sample component, as well as the parameters of microwave decomposition, excluding the depressurization of the autoclave and the loss of sample elements which form volatile compounds are proposed. The developed method of microwave sample preparation in closed autoclaves makes it possible to decompose iron ore samples using the minimum amount of acid (17 cm3) in 45 min. Conditions for the determination of normalized elements in iron ore samples by the ICP-AES method after microwave sample preparation were determined: the operation parameters of the spectrometer were optimized, the analytical lines of each determined element free from spectral overlaps were selected, the efficiency of using cadmium as an internal standard was experimentally proved. The equations for calibration dependences and the ranges of determinable contents are presented. When using cadmium as an internal standard in the analysis of iron ore, a decrease in the value of the standard deviation from 0.17 to 0.04 is observed when determining Cr2O3; from 0.02 to 0.004 when determining Fe; from 0.03 to 0.002 when determining SiO2; from 0.015 to 0.008 when determining TiO2; and from 0.17 to 0.02 when determining V2O5. The correctness of the determination of the standardized elements by the developed method is evaluated, using certified reference samples (CRS) similar in composition to the analyzed material. The results of determining the standardized elements according to the developed methodology were compared with the data obtained using GOST-approved methods of analysis, and then checked in accordance with the Recommendations of RMG 76–2014. The developed ICP-AES technique is characterized by a wider linear range of the determined concentrations than that in GOST-approved techniques, thus providing determination of the components in iron ore raw materials that could not be controlled before. 

железорудное сырьебрикетагломератокатышпыльскрапшламмикроволновая пробоподготовкаатомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмойiron ore raw materials (IORM)briquetteagglomeratepelletdustscrapsludgemicrowave sample preparationinductively coupled plasma atomic emission spectrometryReferencesCarter S., Clough R., Fisher A., et al. Atomic spectrometry update. Industrial analysis: metals, chemicals and advanced materials / J. Anal. At. Spectrom. 2019. Vol. 34. N 11. P. 2159 – 2216. DOI: 10.1039/C9JA90058FCarter S., Clough R., Fisher A., et al. Atomic spectrometry update. Industrial analysis: metals, chemicals and advanced materials / J. Anal. At. Spectrom. 2019. Vol. 34. N 11. P. 2159 – 2216. DOI: 10.1039/C9JA90058FПупышев А. А., Данилова Д. А. Использование атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой для анализа материалов и продуктов черной металлургии / Аналитика и контроль. 2007. Т. 11. № 2 – 3. С. 131 – 181.Pupyshev A. A., Danilova D. A. The use of inductively coupled plasma atomic emission spectrometry for the analysis of materials and products of ferrous metallurgy / Analit. Kontrol’. 2007. Vol. 11. N 2 – 3. P. 131 – 181 [in Russian].Каримова Т. А., Бухбиндер Г. Л., Романов С. Н. и др. Анализ железорудного сырья методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. N 6. С. 20 – 24. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-20-24Karimova T. A., Bukhbinder G. L., Romanov S. N., et al. Analysis of iron ore raw materials by atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2021. Vol. 87. N 6. P. 20 – 24 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-20-24Wilschefski S. C., Baxter M. R. Inductively coupled plasma mass spectrometry: introduction to analytical aspects / Clin. Biochem. Rev. 2019. Vol. 40. N 3. P. 115 – 133. DOI: 10.33176/AACB-19-00024Wilschefski S. C., Baxter M. R. Inductively coupled plasma mass spectrometry: introduction to analytical aspects / Clin. Biochem. Rev. 2019. Vol. 40. N 3. P. 115 – 133. DOI: 10.33176/AACB-19-00024Карпов Ю. А., Савостин А. П. Методы пробоотбора и пробоподготовки. — Москва: БИНОМ, 2015. — 246 с.Karpov Yu. A., Savostin A. P. Sampling and sample preparation methods. — Moscow: BINOM, 2015. — 246 p. [in Russian].Tamba M. G. D. M., Lopez D. T., Coedo G. One-step microwave digestion procedures for determination of aluminum in steels and iron ores by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry / Analyst. 1994. Vol. 119. N 9. P. 2081 – 2085. DOI: 10.1039/AN9941902081Tamba M. G. D. M., Lopez D. T., Coedo G. One-step microwave digestion procedures for determination of aluminum in steels and iron ores by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry / Analyst. 1994. Vol. 119. N 9. P. 2081 – 2085. DOI: 10.1039/AN9941902081Кубракова И. В., Мясоедова Г. В., Еремин С. А. и др. Подготовка проб в условиях микроволнового нагрева / Методы и объекты химического анализа. 2006. Т. 1. N 1. C. 27 – 34.Kubrakova I. V., Myasoedova G. V., Eremin S. A., et al. Sample preparation under microwave heating / Metody Ob»ekty Khim. Anal. 2006. Vol. 1. N 1. P. 27 – 34 [in Russian].Zawisza B., Pytlakowska K., Feist B., et al. Determination of rare earth elements by spectroscopic techniques: a review / J. Anal. At. Spectrom. 2011. Vol. 26. N 12. P. 2373 – 2390. DOI: 10.1039/C1JA10140DZawisza B., Pytlakowska K., Feist B., et al. Determination of rare earth elements by spectroscopic techniques: a review / J. Anal. At. Spectrom. 2011. Vol. 26. N 12. P. 2373 – 2390. DOI: 10.1039/C1JA10140DКубракова И. В., Торопченова Е. С. Микроволновая подготовка проб в геохимических и экологических исследованиях / Журн. аналит. химии. 2013. Т. 68. № 6. С. 524 – 534.Kubrakova I. V., Toropchenova E. S. Microwave sample preparation for geochemical and ecological studies / J. Anal. Chem. 2013. Vol. 68. N 6. P. 467 – 476. DOI: 10.1134/S1061934813060099Кошель Е. С., Барановская В. Б., Губанова Т. Ю. Прямой дуговой атомно-эмиссионный анализ оксидов иттрия, гадолиния и неодима / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 12. С. 8 – 13.Koshel E. S., Baranovskaya V. B., Gubanova T. Yu. Direct arc atomic emission analysis of yttrium, gadolinium and neodymium oxides / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2015. Vol. 81. N 12. P. 8 – 13 [in Russian].Кубракова И. В. Микроволновое излучение в аналитической химии: возможности и перспективы использования / Успехи химии. 2002. Т. 71. № 4. С. 327 – 340.Kubrakova I. V. Microwave radiation in analytical chemistry: the scope and prospects for application / Russ. Chem. Rev. 2002. Vol. 71. N 4. P. 283 – 294. DOI: 10.1070/RC2002v071n04ABEH000699Якубенко Е. В., Толмачева О. В., Черникова И. И. и др. Анализ кремнеземистых огнеупоров методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой в сочетании с микроволновой подготовкой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 4. С. 26 – 30.Yakubenko E. V., Tolmacheva O. V., Chernikova I. I., et al. Analysis of silica refractories by atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma in combination with microwave preparation / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 4. P. 26 – 30 [in Russian].Черникова И. И., Томилина Е. А., Кукина В. А. и др. Оптимизация условий микроволновой пробоподготовки в анализе феррованадия и феррониобия методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 2. С. 12 – 17.Chernikova I. I., Tomilina E. A., Kukina V. A., et al. Optimization of microwave sample preparation conditions in the analysis of ferrovanadium and ferroniobium by atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 2. P. 12 – 17 [in Russian].Черникова И. И., Кострикина Т. В., Тюмнева К. В. и др. Применение стандартных образцов доменных, сталеплавильных, конвертерных шлаков и сварочных плавленых флюсов при разработке методики анализа шлакообразующих смесей методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой / Стандартные образцы. 2017. № 3 – 4. С. 29 – 40. DOI: 10.20915/2077-1177-2017-13-3-4-29-40Chernikova I. I., Kostrikina T. V., Tyumneva K. V., et al. Application of standard samples of blast-furnace, steel-smelting, converter slags and welding fused fluxes in the development of methods for analyzing slag-forming mixtures by atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma / Stand. Obraztsy. 2017. N 3 – 4. P. 29 – 40 [in Russian]. DOI: 10.20915/2077-1177-2017-13-3-4-29-40Пупышев А. А. Спектральные помехи и их коррекция в атомно-эмиссионном спектральном анализе / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. II. С. 15 – 32. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-15-32Pupyshev A. A. Spectral interference and their correction in atomic emission spectral analysis / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85. N 1. Part II. P. 15 – 32 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-15-32Пупышев А. А. О возможности снижения систематических и случайных погрешностей атомно-эмиссионного спектрального анализа с использованием многолинейчатой градуировки / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 1. Ч. II. С. 20 – 30. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-83-1-II-20-30Pupyshev A. A. On the Possibility of Reducing Systematic and Random Errors of Atomic Emission Spectral Analysis Using Multi-Line Calibration / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 1. Part II. P. 20 – 30 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-83-1-II-20-30

The authors declare that there are no conflicts of interest present.