王　茹，劉　敏（遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

?

熱分解一氣體容量法測(cè)定巖石礦物中CO2的最佳分析方案的選擇

王茹，劉敏
（遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

摘要：CO2是巖石礦物的常測(cè)項(xiàng)目。討論的熱分解一氣體容量法是測(cè)定CO2的最佳方案選擇，是在對(duì)法庫(kù)硅灰石中CO2的測(cè)定中，應(yīng)用天津產(chǎn)CS—T1型鋼鐵硫碳聯(lián)合測(cè)定儀和沈陽(yáng)產(chǎn)高溫管式爐配套，經(jīng)試驗(yàn)確定的。

關(guān)鍵詞：熱分解；氣體容量法；CO2

CO2是巖石礦物的常測(cè)項(xiàng)目，本文討論的熱分解一氣體容量法測(cè)定CO2的最佳方案選擇，是在對(duì)法庫(kù)硅灰石中 CO2的測(cè)定中，應(yīng)用天津產(chǎn) CS—T1型鋼鐵硫碳聯(lián)合測(cè)定儀和沈陽(yáng)產(chǎn)高溫管式爐配套，經(jīng)試驗(yàn)確定的。

1　方法簡(jiǎn)介

本法采用燃燒管爐分解試樣，氧作為載氣，將分解的CO2及SO2（SO3）等經(jīng)定硫吸收杯吸收硫后，再送入定碳量氣管中，用KOH吸收CO2后，根據(jù)量氣管中氣體體積改變的情況測(cè)定CO2。

2　條件試驗(yàn)

2.1稱(chēng)量樣的選擇

巖石礦物中CO2的最高理論含量為44%［1］。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，稱(chēng)量樣可選擇在0.125 0～0.500 0 g之間，由于稱(chēng)樣量為0.125 0和0.500 0 g樣品的CO2最高可測(cè)值分別為44%和 11%，故能保證高含量 CO2的測(cè)定［2］。

2.2預(yù)熱時(shí)間的選擇

為使樣品分析完全進(jìn)行預(yù)熱，儀器選定的預(yù)熱時(shí)間為1 min，但不能滿足礦石分解的需要。因此，在特定溫度條件下對(duì)預(yù)熱時(shí)間與樣品分解程度關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)。

可以看出，不同樣品分解所需的時(shí)間差異較大（樣品中CO2含量不同所致），故預(yù)熱時(shí)間不能具體規(guī)定。但是，通過(guò)定硫吸收杯中氣泡出現(xiàn)密度的不同可確定樣品的分解程度［3］。這是根據(jù)壓力平衡的原理，在CO2增大燃燒管中的氣壓和氣體從溶液中逸出而達(dá)到壓力平衡時(shí)，可以認(rèn)為樣品已完全分解。

2.3燃燒爐溫度的選擇

對(duì)這一條件的選擇，是通過(guò)分解速度與溫度的關(guān)系試驗(yàn)確定的。

顯示的燃燒爐溫度在1 200和1 300 ℃時(shí)樣品分解速度幾乎相等，而1 100 ℃則明顯下降，因此，選擇1 200 ℃為最佳預(yù)熱溫度。

3　實(shí)驗(yàn)部分

3.1試劑及儀器工作條件

（1）50 m 130%H2O2加5 g K2SO4+晶體、20 g KI晶體、少量淀粉溶液于下口瓶中，用水稀釋至2 500 mL左右，用于定硫吸收杯。

（2）120 g NaCl晶體加5 mL濃H2SO4溶于800 mL水中，再加少量紅墨水，用于水準(zhǔn)瓶。

（3）40%KOH用于定碳吸收器。

（4）助熔劑、氧化銅晶體（褐色）。

（5）所用儀器為CS—71型鋼鐵硫碳測(cè)定儀（天津第一玻璃儀器廠出品）。

（6）高溫燃燒定碳爐的控制溫度為1 200 ℃。

3.2操作流程

將樣品在105 ℃烘干1 h，稱(chēng)取0.1～0.5 g樣于77 mm瓷舟中，加少量CuO助熔劑。待爐溫達(dá)到1 200 ℃，將瓷舟送入瓷管中預(yù)熱，并接通定碳量氣管，在定硫吸收杯中不再有氣泡出現(xiàn)時(shí)為止（大約2～3 min），通入O2，直至氣體充滿定碳量氣管，后關(guān)閉通氧閥門(mén)，以下排氣，進(jìn)行測(cè)量［4］。

3.3計(jì)算公式

CO2含量通過(guò)下式計(jì)算［5］：

式中：V — 為定碳量氣管的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

K — 溫度、壓力校正系數(shù)；

G — 相對(duì)稱(chēng)樣量。

3.4注意事項(xiàng)

（1）加入的樣品在管爐中位置應(yīng)保持一致，且在瓷管中央溫度最高處。

（2）定硫吸收杯中藍(lán)色溶液褪色后，應(yīng)及時(shí)更換，否則SO2（SO3）將進(jìn)入定碳量氣管中，使CO2結(jié)果偏高［6］。

（3）升溫要緩慢，電流應(yīng)逐漸增大，這樣可延長(zhǎng)瓷管的使用壽命。

4　結(jié)果與討論

4.1改進(jìn)意見(jiàn)

（1）如將電阻爐箱加以改進(jìn)，把瓷管增至 2支，則可提高工效1倍左右。

（2）儀器說(shuō)明書(shū)中定硫吸收懷中溶液是用于硫（2 g）測(cè)定，如只測(cè)定CO2，則可改用I2—淀粉指示液，可減少杯中溶液的更換次數(shù)。

（3）如需更大的測(cè)量范圍，可將CO2量氣管改制成細(xì)管或加大容積的方法進(jìn)行測(cè)定。

4.2分析方法對(duì)比

本法熱分解與酸分解相比較，具有操作簡(jiǎn)便，快速、成本低的特點(diǎn)。

4.3本法與其它方法的比較

本法與非水滴定法、重量法，電子碳?xì)鋬x法對(duì)比，其中非水滴定法正在逐漸被取代，且成本高，操作復(fù)雜，重現(xiàn)性差。

重量法雖具有成本低，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但準(zhǔn)確性差。

電子碳?xì)浞ň哂徐`敏度高，操作簡(jiǎn)便，快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其方法難掌握，且價(jià)格較貴，不利于推廣。

5　結(jié) 論

（1）本法只有稱(chēng)樣、燃燒和測(cè)量3個(gè)步驟，操作簡(jiǎn)便，安全方便，對(duì)空氣無(wú)污染。

（2）本法不需任何試劑，所用燃燒瓷舟可多次重復(fù)使用，因此成本較低。

（3）本法采用氣體容量法，結(jié)果穩(wěn)定，靈敏度高。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉愛(ài)賢，劉鵬，孫強(qiáng)，廖志新，郭緒強(qiáng).二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和計(jì)算［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2012（06）：5-9.

［2］郭彪，侯吉瑞，于春磊，李東東，林楊.CO2在多孔介質(zhì)中擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2009（04）：38-40.

［3］董建興，李義連，楊國(guó)棟，柯怡兵，武榮華.CO2-水-巖相互作用對(duì)蓋層滲透率影響的數(shù)值模擬［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2012（01）：115-121.

［4］曲希玉，劉立，馬瑞，胡大千，陳雪，王彥明.CO2流體對(duì)巖屑長(zhǎng)石砂巖改造作用的實(shí)驗(yàn)［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2008（06）：959-964.

［5］徐俊，張軍營(yíng)，潘霞，鄭楚光.CO2礦物碳酸化隔離實(shí)驗(yàn)初探［J］.化工學(xué)報(bào)，2006年（10）：2455-2458.

［6］張軍營(yíng)，趙永椿，潘霞，徐俊，晏恒，王志亮，鄭楚光.硅灰石碳酸化隔離二氧化碳的實(shí)驗(yàn)研究［J］.自然科學(xué)進(jìn)展，2008（07）：836-840.

Determination of CO2in Rock Minerals by Pyrolysis Gas Volumetric Method

WANG Ru，LIU Min
（Liaoning Institute of Geology and Mneral Resources，Liaoning Shenyang 110032，China）

Abstract：CO2is constant test project in rock minerals.In this paper，the pyrolysis gas volumetric method for determining CO2in rock minerals was discussed.The method has been successfully used in determination of CO2in Faku silica fume by CS—T1 iron and steel sulfur carbon joint instrument made in Tianjin and high temperature tube furnace made in Shenyang.

Key words：Thermal decomposition；Gas capacity method；CO2

中圖分類(lèi)號(hào)：O 657

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0203-02

收稿日期：2015-09-17

作者簡(jiǎn)介：王茹（1975-），女，遼寧沈陽(yáng)人，工程師，2000年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，研究方向：巖礦測(cè)試分析。E-mail：nawang188@sina.com。