- 220 - 炭素中微量元素分析研究进展 黄河鑫业有限公司，张德秀 摘 要：铝用炭素是指预焙阳极和阴极炭素制品，现代电解铝行业常把阳极和阴极说成是电解槽的心脏（心脏的心 房和心室）。在电解过程中，预焙阳极参与电化学反应被大量消耗掉，因此预焙阳极的质量直接影响着电解槽的运行状 况及其技术指标。随着电解铝节能降耗的要求和炭素材料出口的增加，快速准确测定预焙阳极及其原料中的微量元素已 越来越受到关注，其分析方法也在日益增多。 关键词：炭素；微量元素；分析研究 铝用炭素阳极材料中微量元素测定主要包含 硫、钒、钠、钙、硅、铁、镍等元素，各类原料中 元素含量范围相对较稳定。铝用炭素材料中微量元 素的测定主要有分光光度法、电感耦合等离子体原 子发射光谱 （ICP－AES） 法和 X 射线荧光光谱 （XRF） 法。但分光光度法和 ICP－AES 法中样品需要经过高 温灰化、熔融、溶解等繁琐步骤，样品转移次数较 多，极易造成误差，所以该方法应用不大；XRF 法测 定铝用炭素材料中微量元素含量，制样极其简便， 只需在炭素样品中加入合适的黏结剂研磨、压片即 可，并且可实现多元素的同时测定分析，因此 XRF 法是当今测定铝用炭素微量元素最主要的方法。 1.1 X 射线荧光光谱法 XRF 定量测定铝用阳极材料中杂质元素含量早 已有相关国际标准 ISO 12980：2000 或国内行业标 准 YS/T 63.16—2006。标准中使用硬脂酸作黏结剂， 采用研磨压片法制样，测定材料中硫、钒、钠、钙、 硅、铁、镍等元素含量，涵盖石油焦、煅后焦，预 焙阳极；对于铝用炭素材料用煤沥青，其本身有黏 结性能，常规只能采用不加黏结剂的手工研磨压片， 但受制于手工研磨个体性差异，以及低温煤沥青软 化点过低受到 X 光管照射融化掉落等因素限制，XRF 测定煤沥青中杂质元素的推广受一定限制；由于轻 元素荧光产额的限制， XRF 法不能测定 Li、 B 等轻元素。 XRF 测定无烟煤等阴极炭素原料中杂质元素含 量可采用灰化处理测定法，已有相关 ISO/TS13605： 2012 和 ASTM D4326—13 标准。此类方法先将无烟煤 样品在 500～750℃灰化，灰分用硼酸锂熔剂制备玻 璃片后进行荧光测定，该法对电厂煤灰等煤炭灰分 样品也非常适用；但该方法事先灰分灼烧需要 2 h 以上时间，且不适用挥发性硫、氯元素的测定，为 改进分析方法，本实验室使用无烟煤系列标准样品、 高纯石墨，配制合成标准样品，采用粉末压片法测 定无烟煤、石墨质阴极中杂质元素含量，效果良好， 大大节省灰化处理操作和时间。对于含氟残极和废 阴极， XRF 分析是最主要的分析方法， 为提高准确度， 可以使用电解质、铝用阳极材料合成配制的标样进 行定量测定，此举将大大减小误差。 因为 XRF 定量分析高度依赖标样，对标样的选 择、样品的粒度、基体等因素都要考量，测定中需 要注意其他问题：1）样品研磨粒度不能过细，虽然 XRF 压片法标准要求样品研磨通过 63μm 的筛网 （230 目） ， 但国内外铝用炭素标样， 几乎没有能达该要求， 瑞士 R&D 系列标样，仅仅标示粒度为小于 100μm， 而对于过细样品，直接压片制样方式存在压片失败 风险，因此实际粒度在 100～150μm 为宜；2）基体