熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離子在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

1、第 42卷 第 10期 2009年 10月 天 津 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) Journal of Tianjin UniversityV ol.42 No.10Oct. 2009收稿日期:2008-09-23; 修回日期 :2009-03-10.作者簡(jiǎn)介:馬瑞娜(1977 ,女,碩士,講師 . 通訊作者 :趙樹(shù)鵬, zhaoshupeng100.熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離子在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)馬瑞娜,趙樹(shù)鵬,曹曉明,溫 鳴,李賀坤,杜 安(河北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300130摘 要 :針對(duì)熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離子對(duì)熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的影響及其對(duì)在線(xiàn)檢測(cè)的必要性, 分析了熱鍍鋅助鍍劑溶 液的光譜吸收, 并在分

2、光光度分析的基礎(chǔ)上, 根據(jù)其光譜特點(diǎn)自行研制了一種亞鐵離子自動(dòng)檢測(cè)儀, 通過(guò)微型蠕動(dòng)泵和 該檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)了熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離子的在線(xiàn)檢測(cè). 該過(guò)程不需要對(duì)助鍍劑進(jìn)行其他預(yù)處理, 操作簡(jiǎn)便、 快速. 結(jié)果 表明 , 亞鐵離子濃度在 0.110 g/L范圍內(nèi), 檢測(cè)誤差小于 0.05 g/L, 吸光度濃度線(xiàn)性方程相關(guān)系數(shù) R =0.999 95. 關(guān)鍵詞 :助鍍劑;亞鐵離子;在線(xiàn)檢測(cè);自動(dòng)化控制;分光光度分析中圖分類(lèi)號(hào) :TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :A 文章編號(hào) :0493-2137(2009 10-0877-07Online Measuring Technology of Ferrous Ion

3、in Flux ofthe Hot-Dip GalvanizingMA Rui-na, ZHAO Shu-peng, CAO Xiao-ming, WEN Ming, LI He-kun, DU An(School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China Abstract :Because of the significant effect of ferrous ion in flux on the quality of hot-dip galvani

4、zing products and the nec-essary of the online detection of ferrous ion, the spectral absorption of the ferrous ion in flux has been investigated in this paper. Based on spectrophotometric analysis, the automatic detection equipment for ferrous ion has been developed according to its special charact

5、eristics. Online measuring of ferrous ion in flux of the hot-dip galvanizing has been achieved with micro-pump and the equipment, which is simple, rapid and does not need pretreatment of the flux. Experimental results show thatthe measuring error is less than 0.05 g/L and the linear equation of the

6、absorption and concentration of the ferrous ion shows a good related coefficient of 0.999 95(R = 0.999 95 when the ferrous ion concentration is between 0.1 g/L and 10 g/L in theflux.Keywords :flux ; ferrous ion; online measuring; automated control; spectrophotometric analysis使用溶劑法生產(chǎn)熱浸鍍 Zn-Al 合金是一種既經(jīng)

7、 濟(jì)又簡(jiǎn)便的方法, 助鍍劑在熱浸鍍工藝中起著舉足輕 重的作用. 助鍍劑中的亞鐵離子對(duì)鍍鋅工藝有消極 影響 1-3, 當(dāng)助鍍劑中 Fe 2+含量太高, 會(huì)使鋅鍋中的鋅 渣量增加, 影響鍍層質(zhì)量, 嚴(yán)重時(shí)使鍍鋅用助鍍劑完 全失效 4-5. 研究表明, 只有當(dāng)亞鐵離子的含量穩(wěn)定地 維持在 2.0 g/L以下時(shí), 才能保證不會(huì)出現(xiàn)漏鍍、 疤刺 等鍍鋅缺陷. 為了保證連續(xù)穩(wěn)定地將助鍍劑中亞鐵 離子含量保持在較低的水平, 從而實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié) 鋅和改善工件的鍍鋅質(zhì)量, 需要及時(shí)清除助鍍劑中的 亞鐵離子. 目前的方法是將助鍍劑的溫度加熱到 85 以上, 加入 H 2O 2氧化劑和 NH 4Cl , 使亞鐵鹽

8、轉(zhuǎn)變?yōu)殍F鹽沉淀, 若亞鐵鹽含量太高, 就只有排放重配. 然而如何保證亞鐵離子含量保持在較低水平, 需 要人工不定時(shí)地對(duì)助鍍劑取樣進(jìn)行鐵離子檢測(cè), 此方 法不能保證連續(xù)生產(chǎn)和熱浸鍍高質(zhì)量的要求.對(duì)溶液中鐵離子濃度的檢測(cè)方法比較多, 如化學(xué)滴定法 6、 分光光度法 7-,8、 原子吸收光譜法 9和目 前較為先進(jìn)的單色冷光源技術(shù)、 原子 (離子 吸收和原 子發(fā)射光譜等技術(shù). 該類(lèi)方法檢測(cè)精度高, 但是前處 理繁瑣, 成本高, 只能夠取樣測(cè)定濃度不能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn) 檢測(cè). 并且目前關(guān)于鐵離子在線(xiàn)檢測(cè)的相關(guān)報(bào)道甚 少. 在線(xiàn)檢測(cè)的目的是使助鍍劑中亞鐵離子濃度控 制在某一個(gè)最佳值 (即使助鍍劑的觸媒作用達(dá)到最8

9、78 天 津 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 42卷 第 10期 佳 , 為連續(xù)清除助鍍劑中鐵離子提供依據(jù), 保證熱鍍 鋅產(chǎn)品快速高質(zhì)量的生產(chǎn), 滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下 高效率、 高質(zhì)量和低成本的要求. 因此, 筆者對(duì)熱鍍鋅 工藝中助鍍劑中鐵離子濃度在線(xiàn)檢測(cè)進(jìn)行了研究.1 分光光度分析原理分光光度法是以朗伯 -比爾定律 10(亦稱(chēng)光的吸收定律 為基礎(chǔ)的, 即溶液的吸光度與溶液中有色物 質(zhì)的濃度及液層厚度的乘積成正比例, 其數(shù)字關(guān)系 式為A=KbC (1 當(dāng) b 和 K 一定時(shí), 式 (1 可寫(xiě)為A =mC (2 式中 m 為常數(shù), 根據(jù)吸收定律, 用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法建立線(xiàn) 性關(guān)系. 在相同的吸收池和同一波長(zhǎng)的單

10、色光 條 件 下, 以 去 離子水為 參 比, 配制一系 列 標(biāo)準(zhǔn)溶液, 分 別 測(cè) 定 各 種標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度. 以吸光度為 縱坐 標(biāo), 以 組 成濃度為 橫坐 標(biāo) 做圖 , 即 得 一 條 通過(guò) 原 點(diǎn) 的 直 線(xiàn), 稱(chēng) 為標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)簡(jiǎn) 圖 , 如 圖 1所示 .圖 1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)簡(jiǎn)圖Fig.1 Standard curve diagram2 熱鍍鋅助鍍劑溶液中各離子的光譜吸收特征熱鍍鋅助鍍劑是 氯 化鋅、 氯 化 銨 的 混 合溶液, 助鍍劑中 通 常含有 H +、 NH 4+、 Cl -、 Zn +、 Fe 2+和 Fe 3+, 為 了分 析各 種離子的吸光光譜, 分 別 對(duì)以下溶液進(jìn)行光

11、 譜研究 (2001000nm 波長(zhǎng) 范圍內(nèi) . pH 5的 NHCl 3溶液 ; pH 2, 2+Fe= 4g/L的 FeCl 2溶液 ; pH 2, 3+Fe=1g/L的 FeCl 3溶液 ; pH 2, 2+Zn=200g/L的 ZnCl 2溶液 ; pH 2, 2+Zn=200g/L, 2+Fe=4g/L的助鍍劑溶液 ; pH 2, 2+Zn=200g/L, 2+Fe=4g/L, 3+Fe=0.1g/L的助鍍劑溶液 . 光譜 圖 如 圖 2圖 5所示 , 其中 圖 2圖 4的掃描步 長(zhǎng)為 1nm , 圖 5的 掃描步 長(zhǎng)為 0.5nm.圖 2 助鍍劑中各種離子的光譜吸收?qǐng)DFig.2 S

12、pectrograms of a variety of ions in flux圖 3 pH 2, 3+Fe=1 g/L的 FeCl 3溶液光譜圖 Fig.3 Spectrogram of FeCl3 solution(pH 2, 3+Fe=1 g/L圖 4 pH 2, 2+Zn =200 g/L, 2+Fe=4 g/L, 3+Fe= 0.1g/L的助鍍劑溶液光譜圖Fig.4 Spectrogram of flux solution (pH 2,2+Zn=200 g /L, 2+Fe=4 g/L, 3+Fe =0.1 g/L圖 5 pH 2的助鍍劑 、 FeCl 2溶液和 FeCl 3溶液的光

13、譜吸收?qǐng)DFig.5 Spectrograms of flux with pH2, FeCl 2 and FeCl3solutions2009年 10月 馬瑞娜等:熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離子在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù) 879分析圖 2圖 5可知, 助鍍劑中的 H +、 NH 4+、 Cl -、 Zn 2+和 Fe 3+等離子在波長(zhǎng) 400 nm以上都沒(méi)有吸收 峰; Fe 2+在 300400 nm和 700 nm以上的兩個(gè)光譜 范圍都有吸收峰, 但在 300400 nm內(nèi) Zn 2+、 Fe 3+對(duì) 其有影響. 故此, 實(shí)驗(yàn)選用發(fā)光波長(zhǎng)在 700nm 以上 的特制發(fā)光二極管為光源.3 在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 總體

14、在線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖根據(jù)熱鍍鋅工藝酸性鋅鹽助鍍劑的實(shí)際性質(zhì)和 對(duì)助鍍劑中 Fe 2+在線(xiàn)影響因素分析, 設(shè)計(jì)了在線(xiàn)檢測(cè) 循環(huán)系統(tǒng). 在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 6所示 . 本系統(tǒng) 采用單色冷光為光源, 紅外光電傳感器為光敏接收 器. 助鍍劑經(jīng)過(guò)機(jī)械過(guò)濾后, 對(duì)濾液進(jìn)行分光光度分 析. 通過(guò)光電檢測(cè)信號(hào)處理、 單片機(jī)處理及顯示, 計(jì) 算可知助鍍劑中的亞鐵離子含量. 圖 6在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.6Framework of online measuring system在線(xiàn)檢測(cè)結(jié)構(gòu)由一個(gè)循環(huán)回路、 一個(gè)數(shù)據(jù)采集通 道和信息反饋構(gòu)成. 由構(gòu)成助鍍劑循環(huán)回 路; 由構(gòu)成數(shù)據(jù)采集通道;由構(gòu)成信息 反饋. 其中機(jī)械

15、過(guò)濾除去雜質(zhì); 微型蠕動(dòng)泵給整個(gè)檢 測(cè)系統(tǒng)助鍍劑流動(dòng)提供動(dòng)力; 單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集 與亞鐵離子濃度計(jì)算并通過(guò)數(shù)碼管顯示濃度等功能. 3.2 主要硬件設(shè)計(jì)原理本系統(tǒng)在分光光度法的基礎(chǔ)上, 通過(guò)光電效應(yīng)將 透過(guò)被檢測(cè)助鍍液光強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)化為光電流信號(hào)變 化, 再將光電流信號(hào)經(jīng)過(guò) I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為能夠被 A/D轉(zhuǎn)換采集到的模擬電壓信號(hào), A/D轉(zhuǎn)換器將采集 的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字電壓 信號(hào), 最后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、 濃度的計(jì)算及顯 示等任務(wù).整體設(shè)計(jì)在低成本、 小體積及可靠性高的原則下 選擇以下主要硬件.(1 選用單色性好, 價(jià)格低, 功耗低、 發(fā)光效率高、 冷光源發(fā)光二極管

16、為光源 11.(2 選用光敏范圍在 4001300nm , 暗電流小、 線(xiàn)性度好的紅外光電傳感器為光敏接收器.(3 由于整個(gè) I/V轉(zhuǎn)換電路的失調(diào)電壓及漂移與 第一級(jí)有密切關(guān)系, 因此選用具有超低失調(diào)電壓和超 低漂移的儀器放大器 12ICL7650集成運(yùn)放, 而且第一 級(jí)承擔(dān)儀器放大器的全部放大作用, 必須保證 I/V轉(zhuǎn) 換的線(xiàn)性放大. 因?yàn)榈诙?jí)的漂移和失調(diào)電壓對(duì)整 個(gè)電路的作用大大降低, 但其共模抑制比 CMRR 對(duì) 整個(gè)電路的 CMRR 影響很大, 因此第二級(jí)選用價(jià)格 更 為 低 廉 、 性 能 也 較 優(yōu) 越 的 低 漂 移 集 成 運(yùn) 放 OP07. 本電路因第一級(jí)增益較大, 易引起

17、自激振 蕩 , 因此在 2個(gè) R f 電 阻 兩 端加 上 150pF 的電 容 . 微電流 放大器原理如圖 7所示, 由 ICL7650前置 放大器和 OP07電壓放大器兩部分 組 成 I/V轉(zhuǎn)換電路. R 12與 C 19用 來(lái) 濾去 ICL7650的 斬 波 尖 峰 噪聲 , C 16與 R f 組 成反饋 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) , 降低 帶寬 , 防止 R f 以及 C 19相 移 產(chǎn) 圖 7微電流放大器原理 Fig.7Microcurrent amplifier schematic diagram880天 津 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 42卷 第 10期生 自激振, 電 阻 R f 為了保證 I/V轉(zhuǎn)

18、換的線(xiàn)性度, 以提 高增益的 穩(wěn)定 性和 精 度, 減 小 噪聲 , 此 時(shí) 第一級(jí) 輸出 電 壓 U 0=-I S R f ,第 二 級(jí) 放 大 電 壓 U 1=-(R 14/R 13 U 0=(R 14R f /R 13 I S =8106I S , 保 證 了 放 大 滿(mǎn) 足 y =K 0x 的線(xiàn)性度; 當(dāng) 光電流最小為 I S =10-9A 時(shí) , 最 小放大電壓 U 1=8mV . 采用單片機(jī) 控 制, 實(shí) 現(xiàn) 自動(dòng) 校 零 以及過(guò)流保 護(hù) .(4 A/D轉(zhuǎn)換器選用 滿(mǎn)足 檢測(cè)要 求 的 ADC0804, 它是常 用的 8位 COMS 逐次逼近寄存 器、 三態(tài)鎖定 輸出 、 20腳雙

19、列直插 、 典 型轉(zhuǎn)換 時(shí)間 為 100s的 A/D轉(zhuǎn)換器.(5 控 制中 心 單片機(jī) 13選用 ATMEL 公司 的低價(jià) 格、 高性能、 內(nèi) 置看門(mén)狗 的 AT89S52單片機(jī). 3.3 控制系統(tǒng)原理控 制系統(tǒng)原理如圖 8所示. 系統(tǒng)的 控 制部分主 要有工 控 微型動(dòng)力泵和數(shù)據(jù)采集 卡 的 控 制 端 . 通過(guò) 多 通道電源、 接線(xiàn) 端 子 卡 、 繼 電器和 恒 流源 驅(qū) 動(dòng)器 (V/I驅(qū) 動(dòng)器 構(gòu)成中 間 環(huán) 節(jié)驅(qū) 動(dòng)器. A/D轉(zhuǎn)換器采集 傳感器的數(shù)據(jù) 送至 AT89S52單片機(jī)和設(shè) 置值 比較運(yùn) 算, 再通過(guò)數(shù)碼管顯示濃度, 控 制 報(bào)警 器 同時(shí) 給在線(xiàn) 除鐵設(shè) 備 提供反饋信息

20、, 并通過(guò) 驅(qū) 動(dòng)器和 繼 電器實(shí) 現(xiàn) 對(duì)數(shù)據(jù)的采集和工 控 微型泵的 控 制. 圖 8控制系統(tǒng)原理Fig.8 Diagram of control system principle3.4 軟件編程設(shè)計(jì)主 程序是 亞鐵離子濃度檢測(cè)儀的 重 要 程序 , 是 一 個(gè) 順序執(zhí) 行的 無(wú)限 循環(huán)的 程序 . 它負(fù)責(zé) 調(diào)度系統(tǒng)的 各 應(yīng)用 程序 模 塊 , 并與系統(tǒng)的外部設(shè) 備 及 時(shí)交 換信 息, 實(shí) 現(xiàn) 系統(tǒng) 軟 、 硬件 資 源的整體管理. 系統(tǒng)的主 程 序 第一 次 運(yùn)行 時(shí) , 首先初始 化 各 個(gè)子 程序 和 各種 電 平 觸 發(fā) 開(kāi) 關(guān), 本系統(tǒng)采用高電 平觸 發(fā) 開(kāi) 關(guān). 啟 動(dòng) V/

21、I驅(qū) 動(dòng)器, 啟 動(dòng)數(shù)據(jù) 存儲(chǔ) 器件調(diào)用 參 比 值 , 同時(shí)啟 動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換器采集 入射 光強(qiáng) I 0和透 射 光強(qiáng) I 并計(jì)算吸光度 A . 使 用最小二 乘 法計(jì)算 求得溶 液的濃度 , 然 后保 存 并顯示測(cè)量結(jié) 果 . 當(dāng) 檢測(cè)濃度大于檢測(cè)要 求 的上 限 時(shí) , 單片機(jī)發(fā) 出報(bào)警 和反饋信息 啟 動(dòng)除鐵設(shè) 備 . 系統(tǒng) 的主 程序 流 程 如圖 9所示 13. 圖 9軟件控制流程程序Fig.9Flow chart of software control4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析4.1 在線(xiàn)檢測(cè)的主要影響因素助鍍劑中亞鐵離子的在線(xiàn)檢測(cè)有很 多 影響因素, 如助鍍劑中的雜質(zhì)、 光源的單色性、

22、 最大吸收峰和亞 鐵離子的 氧 化性等 . 根據(jù)鐵離子性質(zhì), 溫 度越高, 亞鐵 離子 氧 化越 快 , 檢測(cè) 誤差 越大; 另 一 方面 亞鐵離子吸 收能量后 形 成熱運(yùn)動(dòng), 其化 學(xué)表達(dá)式 為2+3+22Fe (HO Fe (HO能量 (3 由 式 (3 可知 :溫 度越高, 分子運(yùn)動(dòng)越 劇烈 , 進(jìn)而影響 透過(guò)光的 穩(wěn)定 性, 引起檢測(cè) 誤差 . 分光光度分析要 求 光源在檢測(cè) 時(shí) 保 持 光強(qiáng)度一 定 , 因?yàn)閷?duì)于 同 一濃度的 亞鐵離子 來(lái)說(shuō) , 使 用 不同 的光強(qiáng)度 照射 , 它 的透 射 率 是不同 的. 這些 因素 嚴(yán)重 影響檢測(cè)的 準(zhǔn)確 度. 因此, 溫 度高低和光源強(qiáng)度的

23、大小 是 最主要的影響因素. 圖 10圖 13分別為 溫 度、 光強(qiáng)度、 光 距 和雜質(zhì)對(duì)吸光度 的影響 .由圖 10可知 :pH2, 2+Fe=2g/L的助鍍劑 溶 液 隨著溫 度的上 升 吸光度 值依次 增大, 根據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)方程 計(jì) 圖 10溫度對(duì)吸光度的影響Fig.10Influence of temperature on abstraction2009年 10月 馬瑞娜等:熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離子在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù) 881 圖 11光強(qiáng)度相同時(shí)不同光距對(duì)吸光度的影響 Fig.11Influence of different light distances on abstraction with

24、the same light intensity 圖 12光距相同時(shí)不同光強(qiáng)度對(duì)吸光度的影響 Fig.12Influence of different light intensities on abstraction with the same light distance 助鍍劑圖 13雜質(zhì)對(duì)吸光度的影響Fig.13Influence of impurity on abstraction算可知濃度 誤差 也在 依次 增大. 為了 減 小檢測(cè) 誤差 , 被檢測(cè)液 (工 廠(chǎng) 助鍍液實(shí)際 溫 度一 般 在 7595 的 溫 度應(yīng) 盡 量保 持室溫 , 從 圖中可以 看出 , 40 到 室溫 的 溫

25、 度范圍內(nèi)檢測(cè)到的 Fe 2+含量與實(shí)際含量完全 相 同 , 因此, 在線(xiàn)檢測(cè) 時(shí) , 助鍍液要進(jìn)行冷 卻 處理, 使 助 鍍液在被檢測(cè) 前 冷 卻 到 40 以下. 但 是 實(shí)際在線(xiàn)檢 測(cè) 時(shí) , 助鍍液經(jīng)過(guò)工 控 泵長(zhǎng) 距 離傳 輸溫 度一 般 下降到 室溫左右 .圖 11為在光強(qiáng)度 不 變的 條 件下, 光 距 為 80mm 和 45mm 時(shí)同 一濃度 不同 的吸光度 值 ; 圖 12在光 距 不 變的 條 件下, 光強(qiáng)度為 14.28mW 和 8.78mW 時(shí)同 一濃度 不同 的吸光度 值 . 由圖 11和圖 12可知 :吸收 池 一 定 的 情況 下, 光強(qiáng)度 相同 , 光 距 越大

26、吸光度越小, 檢測(cè) 誤差 越大; 光 距相同 , 光強(qiáng)度越小吸光度越小, 檢 測(cè) 誤差 越大. 主要原因 是當(dāng) 光 距太 大 或 光強(qiáng)度 太 小 時(shí) , 透過(guò)吸收 池 的光強(qiáng)度變化 減 小, 從 而影響檢測(cè)的 準(zhǔn)確 度. 因此, 在吸收 池 和光 距 一 定 的 情況 下, 盡 可 能提高光源的發(fā)光強(qiáng)度.圖 13為 同 一 樣品 經(jīng)過(guò)過(guò)濾與 未 過(guò)濾的吸光度 值 . 由圖 13可知 :在 5種不同 濃度的工 廠(chǎng) 助鍍劑過(guò)濾 和 未 過(guò)濾的 情況 下, 檢測(cè)的吸光度 值不同 , 未 過(guò)濾的 吸光度 值明 顯大于過(guò)濾后的吸光 值 . 其中, 6#、 5#、 4#、 2#和 1#依次使 用 100目

27、 、 20目 、 60目 、 50目 和 40目 過(guò)濾 網(wǎng) 過(guò)濾后的檢測(cè)吸光度 值 , 可 見(jiàn) 選用 100目 過(guò) 濾 網(wǎng) 基本上 滿(mǎn)足 儀器檢測(cè) 準(zhǔn)確 度的要 求 . 實(shí)際工 況情 況 下, 為了保證過(guò)濾 網(wǎng)口不 被 堵塞又 能夠 滿(mǎn)足 檢測(cè)液 流 速 的要 求 , 采用自動(dòng)過(guò)濾器. 實(shí)驗(yàn)證 明 , 當(dāng) pH = 2.55.5時(shí) , 助鍍劑 溶 液中 會(huì)出現(xiàn)少許 的 氫氧 化鋅 沉 淀顆粒 , 形 成雜質(zhì) 從 而影響檢測(cè)結(jié) 果 , 因此, 只 有保 持 pH2時(shí) , 才 能夠保證檢測(cè)結(jié) 果 的 準(zhǔn)確 .4.2 建立在線(xiàn)檢測(cè)吸光度與濃度線(xiàn)性方程在吸收 池 和光 距 一 定 的 條 件下, 以去

28、離子 水 為 參 比, 光強(qiáng)度為 8.78mW 和 14.28mW 時(shí) 檢測(cè) 2+ Fe分 別為 1g/L、 2g/L、 3g/L、 4g/L、 5g/L、 6g/L和 7g/L的一系 列 助鍍劑的吸光度 值 , 從 而 建立 濃度與吸光度的 線(xiàn)性關(guān)系, 如圖 14和圖 15所示 . 利 用最小二 乘 法 建 立 回 歸方程 . 圖 14光 強(qiáng)度 8.78 mW的標(biāo)準(zhǔn)吸光度與濃度曲線(xiàn) Fig.14Standrad linear equation diagram for light intensity 8.78 mW 圖 15光 強(qiáng)度 14.28 mW的標(biāo)準(zhǔn)吸光度與濃度曲線(xiàn) Fig.15Stan

29、drad linear equation diagram for light intensity 14.28 mW882 天 津 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 42 卷 第 10 期 光強(qiáng)度為 8.78,mW 時(shí)回歸方程為 Ax=0.020,27x+0.003,95 (4 其相關(guān)系數(shù) R=0.999,92，標(biāo)準(zhǔn)誤差為 0.000 758. 光強(qiáng)度為 14.28,mW 時(shí)回歸方程為 Ax=0.020,22x+0.002,23 (5 其相關(guān)系數(shù) R=0.999,95， 標(biāo)準(zhǔn)誤差為 0.000,577. 4.3 檢測(cè)結(jié)果及滴定法測(cè)定結(jié)果對(duì)比 工廠(chǎng)實(shí)際用重鉻酸鉀滴定法檢測(cè)助鍍劑中的亞 鐵離子濃度， 其原理是用重

30、鉻酸鉀氧化亞鐵離子為三 價(jià)鐵離子， 當(dāng)亞鐵離子完全氧化后多余的重鉻酸鉀與 酚酞反應(yīng)顯示紫紅色， 這時(shí)記錄所用重鉻酸鉀的體 積， 經(jīng)計(jì)算得到亞鐵離子濃度 從工廠(chǎng)不同工作時(shí)段 分別取得的 6 種助鍍劑用以上兩種方法的檢測(cè)結(jié)果 對(duì)比如表 1 和表 2 所示. 表 1 回歸方程式(4與滴定法檢測(cè)結(jié)果對(duì)比 Tab.1 Comparison of measuring results between the standard linear equation(4and titration 助鍍劑 1# 2# 3# 4# 5# 6# 表 3 標(biāo)準(zhǔn)助鍍液與回歸方程檢測(cè)誤差對(duì)比 Tab.3 Comparison o

31、f measuring errors between the standard linear equation and standard flux solution Fe 2+ /(gL-1 0.01 0.03 0.05 0.10 0.30 0.50 0.70 1.00 x/(gL-1 式(4計(jì)算 -0.070 .-0.040 . .-0.009 5 0.025 0.025 0.430 0.630 0.920 式(5計(jì)算 0.013 0.046 0.078 0.110 0.340 0.520 0.720 1.006 在本實(shí)驗(yàn)原理和在線(xiàn)檢測(cè)特定條件基礎(chǔ)上， 通過(guò) 自制亞鐵離子檢測(cè)儀， 依次檢測(cè)含

32、有亞鐵離子濃度為 0.011.00,g/L 的標(biāo)準(zhǔn)助鍍液樣品 檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)于表 3 中， 分析可知， 式(4計(jì)算濃度與標(biāo)準(zhǔn)濃度誤 差比較大； 式(5計(jì)算濃度在 Fe2+ 0.10,g/L 時(shí)， 相對(duì) 于標(biāo)準(zhǔn)濃度誤差差異比較大； Fe2+ 0.10,g/L 時(shí)， 在 相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)濃度檢測(cè)誤差小于 0.05,g/L 實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步 證實(shí)， 利用式(5回歸方程檢測(cè)亞鐵離子濃度在 0.1 10,g/L 范圍內(nèi)， 檢測(cè)誤差均小于 0.05,g/L /(gL 滴定法 2.23 9.44 7.10 6.98 6.70 8.32 光電法 2.34 9.42 7.57 7.11 6.72 9.04 -1 5 結(jié)

33、 語(yǔ) 在分光光度法的基礎(chǔ)上， 結(jié)合光電原理和單片機(jī) 控制原理， 自行研制了亞鐵離子檢測(cè)裝置 實(shí)驗(yàn)證實(shí) 該檢測(cè)裝置利用式(5回歸方程檢測(cè)亞鐵離子濃度在 0.110,g/L 范圍內(nèi)， 檢測(cè)誤差均小于 0.05,g/L， 滿(mǎn)足 工業(yè)檢測(cè)濃度的要求， 實(shí)現(xiàn)了熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離 子的在線(xiàn)檢測(cè)， 替代傳統(tǒng)的人工取樣滴定測(cè)定 能夠 對(duì)現(xiàn)有熱鍍鋅工藝中在線(xiàn)助鍍劑除鐵設(shè)備及時(shí)提供 反饋信息， 以保證助鍍槽內(nèi)助鍍劑中 Fe2+濃度小于某 一特定值， 使助鍍劑能夠達(dá)到最好的助鍍效果 為熱 鍍鋅自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)分析產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本提 供了重要的依據(jù) 本檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的助鍍 劑不需要其他預(yù)處理直接進(jìn)行檢測(cè)，

34、由于微型泵對(duì)助 鍍劑的傳輸使檢測(cè)能夠達(dá)到實(shí)時(shí)快速檢測(cè) 在今后 的研究中可以通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)光路設(shè)計(jì)提高光強(qiáng)度； 還可以改善對(duì)光電信號(hào)以及干擾信號(hào)的處理， 使得該 檢測(cè)裝置達(dá)到更高的精度及可靠性， 實(shí)現(xiàn)助鍍劑中亞 鐵離子長(zhǎng)期穩(wěn)定的在線(xiàn)檢測(cè) 在線(xiàn)檢測(cè)儀器應(yīng)向智 能化、 簡(jiǎn)單化的方向進(jìn)一步完善和發(fā)展 表 2 回歸方程式(5與滴定法檢測(cè)結(jié)果對(duì)比 Tab.2 Comparison of measuring results between the standard linear equation(5and titration 助鍍劑 1# 2# 3# 4# 5# 6# /(gL-1 滴定法 2.23 9.4

35、4 7.10 6.98 6.70 8.32 光電法 2.32 9.41 7.43 7.08 6.82 8.33 由表 1 和表 2 可知： 在吸收池、 光距一定的情況 下， 光強(qiáng)度越大標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù)越接近 1， 檢測(cè) 結(jié)果的誤差越小， 即檢測(cè)準(zhǔn)確度越高 4.4 檢測(cè)準(zhǔn)確度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在室溫 2530,之間， Fe2+ 分別為 0.01,g/L、 對(duì) 0.03,g/L 、0.05,g/L 、0.10,g/L 、0.30,g/L 、0.50,g/L 、 0.70,g/L 和 1.00,g/L 的一系列助鍍劑溶液， 依次檢測(cè) 吸光度值， 分別用回歸方程式(4和式(5計(jì)算濃度， 數(shù)據(jù)如表 3 所

36、示. 2009 年 10 月 馬瑞娜等：熱鍍鋅助鍍劑中亞鐵離子在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù) 883 參考文獻(xiàn)： 1 袁志敏， 張素榮. 熱鍍鋅用助鍍劑探討J. 腐蝕與防 護(hù)， 2002， 23(5： 225-226. Yuan Zhimin， Zhang Surong. Flux in hot-dip galvanizingJ. Corrosion and Protection， 2002, 23(5： 225-226 (in Chinese. , , 2 Townsend H E， Allegra L， Dutton R J， al. Hot-dip et coated sheet steel： Revie

37、wJ. Materials Performance， 1986， 25(8： 36-46. 3 Moller G A. New Technology of Melting Flux Method of Hot-Dip Aluminizing Process： 2315725P.1948. US 4 楊 17. Yang Bing， Shen Xiaogang，Ma Lin， al. Technique of et continuous removing ferric ion in plating auxiliary with hot-dip galvanizingJ. Electroplati

38、ng & Finishing ， 2005, 24(8： 14-17 (in Chinese. 5 Fratesi R， Ruffini N， Malavolta M， al. Contemporary et use of Ni and Bi in hot dip galvanizingJ. Surface and Coatings Technology， 2002, 157(3： 34-39. 6 Tzur D， Dosortzev V， Kiroma-Eisner E. Titration of low levels of Fe 2+ Arkadiusz. Determination of Fe( and Zn( by spectrophotometry， atomic absorption spectrometry and ions chromatography methods in VitrumJ. Farmaco， 2005， 60(5： 459-464. 9 Sabermahani Fatemeh， Mohammad Ali Taher. Application of a new water-soluble polyethylenimine polymer sorbent for