張 杰 田秀梅 戚淑芳 王 瑩

(1鞍鋼股份技術(shù)中心;2鞍鋼股份質(zhì)檢中心,遼寧鞍山 114009)

鋼渣中游離氧化鎂含量的測定

張 杰1田秀梅2戚淑芳1王 瑩1

(1鞍鋼股份技術(shù)中心;2鞍鋼股份質(zhì)檢中心,遼寧鞍山 114009)

研究和提出了以硝酸銨-乙醇作為提取劑提取活性氧化鎂(即游離氧化鎂)的分析方法。通過正交實驗,選取了最佳的提取條件。樣品平行測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.51%～2.13%之間,回收率實驗結(jié)果為98.2%～99.0%,表明該實驗的精密度和準(zhǔn)確度均較好。采用硝酸銨-乙醇作為提取劑提取游離氧化鎂的分析方法,實現(xiàn)了鋼渣中游離氧化鎂的快速、準(zhǔn)確測定,為鋼渣的回收再利用提供了依據(jù)。

鋼渣;游離氧化鎂(f-MgO);硝酸銨

1 引言

鋼渣是金屬冶煉高溫過程中酸性氧化物和堿性氧化物相互作用生成的副產(chǎn)物,它包括高爐鋼渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣、電爐鋼渣等。分析、掌握鋼渣的化學(xué)成分是冶金生產(chǎn)中減緩鋼渣的侵蝕,提高冶金爐和高溫?zé)峒庸ぴO(shè)備的使用壽命,降低耐火材料和制品的消耗,研制高強度的耐火材料和制品以及發(fā)展鋼渣綜合利用的重要環(huán)節(jié)[1]。

鋼渣中存在的未化合的游離氧化鎂和游離氧化鈣,遇水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鎂和氫氧化鈣,體積分別膨脹為148%和97.9%[2]。目前,鋼渣主要有三個應(yīng)用領(lǐng)域:用于肥料、循環(huán)利用材料及建筑工藝的骨料。若將游離氧化鈣和游離氧化鎂含量高的鋼渣直接用于建筑工程回填,則會造成建筑物破壞,因此鋼渣在使用前必須經(jīng)充分消解以消除其膨脹。所以,鋼渣中游離氧化鎂和游離氧化鈣的含量測定,直接影響到鋼渣的再利用。目前,游離氧化鈣的測定已有報道[3-5],但鋼渣中游離氧化鎂的測定國內(nèi)未見報道,只有一些關(guān)于水泥中游離氧化鎂的測定方法的報道[6-8]。本實驗選取了硝酸銨作為提取劑測定游離氧化鎂,實現(xiàn)了鋼渣中游離氧化鎂的快速、準(zhǔn)確測定。

2 實驗部分

2.1 主要實驗試劑與儀器

(1)試劑

氫氧化鉀溶液(200 g/L):貯于塑料瓶中,配制后需放置過夜使用;三乙醇胺(1+1);鈣指示劑:取1 g鈣指示劑與100 g氯化鈉研磨,混勻;酸性鉻藍K溶液(5 g/L):用三乙醇胺(1+1)配制;萘酚綠B溶液(5 g/L):用三乙醇胺(1+1)配制;硝酸銨-乙醇溶液(1+99):硝酸銨(AR)在干燥器內(nèi)干燥7 d,以排除水分;p H=10的緩沖溶液:將67.5 g氯化銨(NH4Cl)溶于水中,加人570 mL氨水,加水稀釋至1000 mL;氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液:稱取0.5000 g預(yù)先于950～1000℃灼燒1 h,并冷卻至室溫的高純氧化鎂(不低于99.99%),置于250 mL燒杯中,加約100 mL水,蓋上表皿。緩慢加人15 mL鹽酸(1+1)至試劑溶解,加熱煮沸,取下,冷至室溫。移人1000 mL的容量瓶中,用水稀釋至刻度,混勻。此溶液1.00 mL含0.50 m g氧化鎂;EDTA(乙二胺四乙酸二鈉)標(biāo)準(zhǔn)溶液[c(ED TA)=0.01 mo l/L]:稱取3.72 g乙二胺四乙酸二鈉于500 mL的燒杯中,加約300 mL水,低溫加熱,不斷攪拌,待試劑全部溶解后,冷卻至室溫,移人1000 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,混勻。

(2)ED TA標(biāo)準(zhǔn)溶液對氧化鎂滴定度的標(biāo)定

移取20.00 mL氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液三份,分別置250 mL錐形瓶中,加50 mL水、5 mL三乙醇胺、10 mLp H=10的緩沖溶液,再滴加2滴酸性鉻藍K溶液及6～7滴萘酚綠B溶液,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由暗紅變?yōu)樗{綠色為終點。三份氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液所消耗ED TA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液毫升數(shù)的極差不超過0.05 mL,取其平均值。

按式(1)計算EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液對氧化鎂的滴定系數(shù):

式中:TMgO—與1.00 mLEDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液相當(dāng)氧化鎂的質(zhì)量,mg/mL;

C—氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度,mg/mL;

V—所取氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積,mL;

V1—滴定所消耗 EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積的平均值,mL。

(3)儀器

501型超級恒溫水浴;ZD—810型振蕩器;酸式滴定管。

2.2 實驗方法

準(zhǔn)確稱取0.5000 g試樣于干燥的250 mL錐形瓶中,加入80 mL硝酸銨-乙醇(1+99)溶液,將錐形瓶置于振蕩器上振蕩30 min,然后在超級恒溫水浴上于95℃加熱30 min。待錐形瓶中溶液冷卻至室溫,用雙層定量濾紙過濾于250 mL容量瓶中,并用無水乙醇(每次2～3 mL)洗滌濾渣及錐形瓶2～3次,然后用經(jīng)煮沸并冷卻的去離子水稀釋至刻度,混勻。

移取25.00 mL上述試液2份,于一份試液中加入5 mL三乙醇胺、15 mL氫氧化鈉溶液、少許鈣指示劑,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至溶液由紅色變?yōu)榧兯{色為終點(V1)。于另一份試液中加入5 mL三乙醇胺、氯化銨-氨水緩沖溶液、少許鉻黑 T指示劑,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至溶液由紅色變?yōu)榧兯{色為終點(V2)。按式(2)計算fMgO的含量,以質(zhì)量分數(shù)表示:

式中:wMgO—氧化鎂的質(zhì)量分數(shù),%;

V1—滴定氧化鈣消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,mL;

V2—滴定鈣鎂合量消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,mL;

m—試樣的質(zhì)量,g。

3 結(jié)果與討論

3.1 測定工作條件優(yōu)化實驗

以L16(45)擬定實驗方案,設(shè)計正交實驗,選取了最佳的提取條件。表1為因素水平表,表2為正交實驗表。

表1 因素水平表Table 1 Factor level analysis data

從極差值的大小可知,影響本實驗的因素主次關(guān)系由主到次為:加熱時間、硝酸銨、乙醇用量、振蕩時間、加熱溫度。本實驗的最佳條件是D2E4C3A1B2,即振蕩時間30 min,加熱溫度90℃,乙醇用量80 mL,加熱時間20 min,硝酸銨量1 g。經(jīng)實驗驗證:加熱時間為主要影響因素,硝酸銨和乙醇用量為次要因素,振蕩時間和加熱溫度對實驗結(jié)果影響不大。

表2 正交實驗表Table 2 The orthogonal design experiments

3.2 樣品分析

對6個鋼渣樣品進行了測定,計算標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差,其RSD介于0.51%～2.13%,結(jié)果見表3。

表3 實際樣品測定結(jié)果Table 3 The fMgO results

3.3 方法準(zhǔn)確度

用實驗確定的條件及分析方法,在6個鋼渣樣品中加入活性氧化鎂,測定其加標(biāo)回收率,結(jié)果見表4。結(jié)果表明,回收率在98.2%～99.0%,準(zhǔn)確度能滿足分析要求。

表4 樣品回收率Table 4 The percent recovery data

4 結(jié)論

本實驗樣品平行測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.51%～2.13%之間,回收率實驗結(jié)果為98.2%～99.0%,表明該實驗的精密度和準(zhǔn)確度均較好。能快速、準(zhǔn)確測定樣品。

[1]武映梅,宋兆華.EDTA容量法測定鋼渣中CaO、MgO時干擾元素的消除[J].南方冶金,2004,140(5):30-34.

[2]中冶集團建筑研究總院.YB/T 801,工程回填用鋼渣[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999.

[3]于京華,吳瑕.游離氧化鈣、氧化鎂連續(xù)測定的電導(dǎo)法研究[J].分析化學(xué),1998,26(9):1075-1077.

[4]國家能源部電力環(huán)境保護研究所.DL/T 498 1992,粉煤灰游離氧化鈣測定方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1992.

[5]孫育斌.水泥熟料f-Ca0測定液中乙二醇、乙醇和水的分離及應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2002,24(12):24-26.

[6]許超.快速測定耐熱混凝土中游離氧化鎂[J].理化檢驗:化學(xué)分冊,2007,(12):9-11.

[7]全國化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會無機化工分會.GB/T 176-1996,水泥化學(xué)分析方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1996.

[8]常文保,李克安.簡明分析化學(xué)手冊[M].北京:北京大學(xué)出版社,1981.

Determ ination of Free Magnesium Oxide in the Slag

ZHANGJie1,TIANXiumei2,Q IShufang1,WANG Ying1

(1.Technology Center of Ansteel Co.,Ltd.;2.Quality Inspection Center of Ansteel Co.,Ltd.,Anshan114009,China)

A new analytical method was investigated and p roposed for determination of active magnesium oxide(free magnesium oxide)in the slag using ammonium nitrate-ethanol as the extraction reagent. Through the orthogonal design experiments,the op timized wo rking conditions were found.The parallel testing gave the RSDsof 0.51%～2.13%,the recoveriesof 98.2%～99.0%,indicating good p recision and accuracy of the method.The method p rovides a technical solution for the slag recovery by allow ing rapid and accurate determ ination of free magnesium oxide in the slag.

slag;free magnesium oxide(f-MgO);ammonium nitrate

O655.2

A

2095-1035(2011)02-0054-04

10.3969/j.issn.2095-1035.2011.02.0010

2010-12-16

2011-03-23

張杰,男,碩士,工程師,主要從事鋼鐵冶金原料化學(xué)分析方面的研究。E-mail:littlejie1106@163.com。