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红外吸收光谱法测试萤石中碳酸钙

更新时间:2009-03-28

萤石又名氟石,是炼钢的重要工业原料之一,具有降低难熔物质熔点,促进炉渣流动的作用,使渣和金属很好的分离,在冶炼过程中起到脱硫、脱磷的作用,并能增强金属的可锻性和抗张强度。萤石的主要化学成分是 CaF2,并含有少量的 CaCO3,SiO2,Fe2O3,P,S等成分。测定萤石中CaF2、CaCO3的含量是了解萤石品质的重要手段,其中CaCO3的测定,多数实验室采用稀乙酸溶液浸取,后用EDTA络合滴定法进行测定。在用乙酸溶液浸取时,部分CaF2也被溶解,需要从测得的钙量中减去一个固定值来计算试样中的CaCO3含量。但是由于实验条件和试样的不同,被溶解的CaF2量也不相同,如果采用固定校正值来计算,将会产生较大误差。为了消除CaF2的溶解对CaCO3测定的影响,国标方法采用锆-二甲酚橙褪色光度法测量被浸取下的CaF2[1],但该方法实验步骤复杂,实验条件难以控制,不利于生产检验。本文利用红外吸收光谱法测试萤石中的碳含量,再通过换算系数换算成CaCO3含量,这种做法的前提是萤石中的碳全部以CaCO3的形式存在。通过实验发现萤石中含有其它碳酸盐的存在,为了消除其它碳酸盐的干扰,利用不同碳酸盐的分解温度将萤石样品中的其它碳酸盐烧掉,后用红外吸收光谱法测试烧损后的样品,得到CaCO3的含量,此方法测试结果与国标法测试结果一致。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

CS-2000高频红外碳硫仪(美国 leco);SRJX-4-13型箱式高温炉;电热鼓风干燥箱;陶瓷坩埚。

铁屑:W(C)=0.0009%;钨粒:碳量 <0.002%,粒度0.8~1.4mm;萤石标样。

1.2 仪器工作条件

O2:纯度≥99.5%,系统出口压力:0.2~0.4MPa;

N2:纯度≥99.5%,出口压力 0.4~0.6MPa;

1.1.2 试剂 芦丁(纯度92.5%,批号100080-200707),购自中国食品药品检定研究院;亚硝酸钠、硝酸铝及氢氧化钠,购自西陇化工股份有限公司;甲醇和乙醇等均为分析纯,市场购买。

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分析气流量:3.0L·min-1

动力气流量:1.5L·min-1

1.3 操作步骤

称取已烘干好的样品(105℃烘箱中烘1h,冷却)1g,于500℃马弗炉中灼烧1h,将灼烧好的样品在红外碳硫仪上测试,得到碳含量,后利用换算系数CaC03%=C%×8.3332得出CaCO3的含量。

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2 结果与讨论

2.1 分析试样的处理

将萤石样品缩分,使其具有充分的代表性,试样应全部通过125μm筛,分析前将样品放在105~110℃烘箱中烘1h,置于干燥器中冷却至室温。

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2.2 萤石中CaCO3含量的确定

利用红外碳硫仪直接测试萤石标样中的碳量来换算CaCO3含量,发现该法测定的CaCO3含量明显大于标样中的CaCO3含量标值,说明萤石中有其它含碳物质组成。

2.3.2 灼烧时间的确定 为了使其它碳酸盐完全除掉,需要保证足够的灼烧时间。选取一组标样GBW(E)QD12-175(CaCO3标值 0.99)和一组样品 1#(国标法测定CaCO3含量0.82),称取1g样品,置于500℃马弗炉中,分别灼烧 0.5,1,1.5,2h,测试结果见表3。

2.3.7 校正标准物质的选择 选择萤石标样为校正标准物质,以给出的CaCO3含量折算出C含量,含量范围为0.002%~0.119%(W),测定后用于碳元素系数的校正。

 

表1 样品灼烧前后与国标法对比值Tab.1 Contrast result with national standard method before and after burning of samples

  

样号 认定值 国标法GBW7250 0.02 0.04 0.100 0.017 GBW(E)QD12-175 0.99 0.96 2.63 0.96未知样1# - 0.82 7.68 0.77未知样2# - 0.95 7.51 0.99未知样3# - 1.84 12.34 1.91本法测定值灼烧前 灼烧后

2.3.5 称样量的选择 称样量的多少会影响助熔剂的加入量,称样过多,样品不能达到充分燃烧、转化的需求。随着称样量的增加,加入的助溶剂量也随之增大,造成样品与助溶剂不能充分接触,试样熔融不彻底,影响测定的结果。称样太少,会因称样误差影响结果的准确度。经试验确定,称样量在0.1g左右,分析结果较好。

2.3 实验条件优化

从分析结果可以看出,用600℃灼烧时,测试结果明显偏低,说明该温度CaCO3有所分解,而400℃灼烧时,分析测得的CaCO3含量比标准值和国标测定值偏高,用500℃灼烧,测试结果与标准值和国标测定值接近,因而本文选取500℃作为灼烧温度。

 

表2 灼烧温度实验Tab.2 Tests of burning temperature

  

灼烧温度/℃ 测得CaCO3含量GBW(E)QD12-175 未知样品1#400 1.06 1.13 500 0.96 0.75 600 0.50 0.16

2.3.1 灼烧温度的确定 灼烧温度是本法的关键,灼烧温度过高,CaCO3分解,使分析结果偏低,灼烧温度过低,其它碳酸盐无法除去,使得分析结果偏高。选取400,500,600℃分别对一组标样GBW(E)QD12-175(CaCO3标值 0.99)和一组样品 1#(国标法测定CaCO3含量0.82)进行灼烧,后用红外光谱法得到CaCO3结果见表2。

为了消除其它含碳物质的干扰,本文通过利用CaCO3和其它碳酸盐的不同分解温度来去除其它碳酸盐的干扰。CaCO3的分解温度为825℃[2],MgCO3的分解温度为450℃,ZnCO3的分解温度为350℃[3],FeCO3的分解温度为200℃。本文选用500℃灼烧样品,灼烧后的样品再用红外光谱法进行测试,得到的CaCO3含量与国标法测试结果有很好的可比性,见表1。

 

表3 灼烧时间实验Tab.3 Tests of burning time

  

灼烧时间/h 测得CaCO3含量GBW(E)QD12-175 未知样品1#0.5 0.103 0.78 1.0 0.96 0.75 1.5 2.0 0.95 0.98 0.75 0.73

从表3分析结果看,灼烧0.5h,大部分碳酸盐干扰物已被烧掉,测试结果与标准值和国标测定值较为一致,为了确保样品充分灼烧,选取1h作为灼烧时间。

2.3.3 灼烧样品量的确定 称样量的多少也会影响灼烧效果,称样量过多,容易造成灼烧不完全,而称样量过少,剩余的样品量不足以用于红外碳硫分析。分别称取 0.5,1.0,1.5,2.0g 样品于 500℃马弗炉中灼烧1h。经实验发现,称取0.5和1g样品,分析值比较稳定,数值与国标法分析值都较为一致,而称取1.5和2.0g样品,分析数据不稳定,波动较大,说明灼烧不完全。为了保证红外分析样品足够,选取1g称样量。

2.3.4 助熔剂的选择 由于萤石样品属于不产生电磁感应的样品,需要加入助熔剂使样品充分燃烧,助熔剂的选择直接影响样品是否能充分燃烧、转化、干扰成分的消除等。本文将从助熔剂的种类、加入次序、添加量进行研究。试验表明,单纯使用钨粒熔融,坩埚底部不光滑,试样燃烧不完全;使用纯铁-锡粒-钨粒熔融时,熔样效果较好,但增加了不必要的空白,分析时间延长,且锡粒易形成粉尘,影响硫的测定,一般不建议加入。使用纯铁-钨粒助熔剂,熔融完全,分析时间短。合理的添加顺序直接影响试样的灼烧程度,添加过程中,首先加入铁屑,然后加入试样,可使铁屑于试样充分混合包裹,然后加入钨粒。这样的添加顺序更利于试样充分燃烧,彻底转化。同时纯铁的加入量与样品量应成一定比例,避免纯铁加入量的高低影响到试样测定结果。为保证试样快速分解,钨粒的加入量不宜过小,经试验确定,在30~130mg的样品中,添加1.5~1.8g钨粒最为适宜,纯铁屑的量以0.4~0.5g为宜。

由表1可以看出,该方法与标样认定值以及国标法测定值相符合,表明该方法可行。

高频炉:19.5MHz,2.2kVA;

2.3.6 分析时间 不同分析时间对测定结果有一定影响,时间过长,仪器比较电平衡默认的终点已经到达,但是设定时间没有完成,增加空白;时间过短,测定曲线提前结束,使得测定结果偏低。经过试验,当分析时间为30s时,曲线不完整,结果偏低;70s时,分析时间有延长现象,结果偏高。将最大分析时间设定为60s,最小分析时间设定为40s,分析曲线完整,数据准确性较好。

试样取青海察尔汗地区青藏铁路“万丈盐桥”附近(图1),地表以下2~3 m为含泥岩夹层的盐岩,7~10 m为纯盐岩不含泥质夹层。

承担责任的幸福是一个持续性的,多种多样,包括痛苦。幸福不只有无尽的快乐,幸福不是一帆风顺的,其中也会有痛苦。就好像平衡木,我们要互相协调,才能保持平衡。过程中难免会产生不愉快。《生活秀》中这样描述到:“她的责任没有尽头,她将继续养活弟弟来双久,包括为他提供吸毒的毒资。来双扬已经部分负担并且还将更多的负担来金多尔的教育经费……”[24]留在吉庆街的来双扬是幸福的,她以吉庆街的收入粘合一家人,而其中也夹杂这痛苦,日夜颠倒,不受人认可,连自己的妹妹也劝说自己离开吉庆街。痛苦也是幸福中的一种。

2.4 方法精密度

选取一组标样 GBW(E)QD12-175(CaCO3标值0.99)和一组样品1#(国标法测定CaCO3含量0.82),按照本方法分别测试10次,碳含量结果见表4。

 

表4 精密度实验结果(n=10)Tab.4 Result of precision test(n=10)

  

测定次数 GBW(E)QD12-175 1#1 0.112 0.090 2 0.124 0.095 3 0.108 0.092 4 0.111 0.095 5 6 7 0.112 0.106 0.114 0.091 0.090 0.092 8 9 0.115 0.111 0.098 0.095

  

10平均值最大值最小值标准偏差相对标准偏差/%0.112 0.113 0.124 0.106 0.006 0.050 0.089 0.093 0.098 0.089 0.003 0.034

由表4可以看出,其相对标准偏差均在0.05%以内,说明本方法的精密度较好。

2.5 方法准确度

按照选定的测试条件,对三组标样,十组样品进行测定,测试结果与国标法对比,见表5。

图2示,2014年黑龙江省肿瘤登记地区恶性肿瘤死亡率在≤30岁缓慢上升,>30岁快速上升,男性死亡率高于女性,并且男性和女性死亡高峰都在85岁;城市地区,≤10岁女性死亡率高于男性,>10岁男性死亡率高于女性;农村地区,≤35岁男女死亡病率交替升高,>35岁男性死亡率高于女性。

 

表5 准确度实验结果Tab.5 Result of accuracy test

  

样号 认定值YSB14793-02 0.34 GBW7250 0.02 GBW(E)QD12-175 0.99 1-2 3 4 5 6 7 8 9 1 0---------国标法 本法测定值 差值0.31 0.35 0.01 0.04 0.02 0.00 0.96 0.96 -0.03 0.82 0.77 -0.05 0.98 1.00 0.02 0.68 0.63 -0.05 0.52 0.58 0.06 1.84 1.91 0.07 0.95 0.93 -0.02 1.95 2.04 0.09 0.79 0.75 -0.04 1.78 1.73 -0.05 1.36 1.43 0.07

由表5可以看出,本方法测试结果与国标法测试结果一致,其差值在0.1以内,达到国标允许误差范围(CaCO3质量分数大于0.5时,允许差为0.1)。

3 结论

本文利用灼烧方法消除了萤石中其它碳酸盐对CaCO3测试的影响,通过实验,确定了试验方法步骤、选择合适的试剂,其测定结果完全可代替传统方法测试萤石中的CaCO3。试验表明本方法操作简单易掌握,其测定结果准确,精密度高,在降低实验人员工作强度的同时可有效提高实验室的经济效益,具有实践意义。

参考文献

[1] GB/T 5195.2-2006萤石碳酸盐含量的测定[S].

[2] 刘怀乐.碳酸钙的分解温度是多少[J].化学教育,2009,(7):73.

[3] 高云生杜志明,王春迎.碳酸镁和碳酸锌的比热容及分解吸热效应研究[J].安全与环境学报,2013,13(1):208-211.

 
苏洁,闫丽,杨凡,王秉文
《化学工程师》 2018年第04期
《化学工程师》2018年第04期文献

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