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        硫酸鋇重量法測定鐵礦石中的硫含量

        2021-11-29 09:19:36張俊杰馬玉花祁正榮賈秀美姚長發(fā)
        中國金屬通報 2021年8期
        關(guān)鍵詞:分析

        張俊杰,馬玉花,祁正榮,賈秀美,姚長發(fā)

        (西寧特殊鋼股份有限公司(青海省冶金產(chǎn)品研究與開發(fā)重點實驗室),青海 西寧 810005)

        硫量是銀精礦一項重要的技術(shù)指標。銀精礦中硫主要以硫化物、硫酸鹽的形式存在。在燃燒法中,碘量法和庫倫法其特點是儀器購置成本低,適合規(guī)模較小、檢測量較低的企業(yè)或者科研院所使用;紅外法屬于高頻加熱方式,預(yù)熱時間和檢測時間都短,能耗與檢測成本都很低,由于其測試范圍大、測試速度快、準確度和精密度好等特點;重量法屬于傳統(tǒng)基準方法,由于檢測時間長,無法用生產(chǎn)質(zhì)量控制在選擇鐵礦石中硫含量的檢測方法時。分析工作者可根據(jù)鐵礦石中硫含量范圍、生產(chǎn)規(guī)模、工作量和檢測用途來選擇合適的方法[1]。

        1 高溫燃燒定碳爐。

        淀粉吸收液:稱取可溶性淀粉1g,用少量水拌成糊狀,倒入500mL沸水,冷卻后加入分析純濃鹽酸18mL,稀釋至1L,混勻備用。碘酸鉀標準溶液:c(1/6KIO3)=0.007mol/L,稱取基準試劑碘酸鉀0.249g,分析純碘化鉀5g,氫氧化鉀1g,加蒸餾水攪拌溶解后,稀釋至1L。助熔劑:五氧化二釩(分析純),在650℃的高溫爐中灼燒2h,冷卻后置于磨口瓶中備用。

        2 分離和測定

        浸取出硫酸根離子的溶液用中速定性濾紙傾瀉法過濾,沉淀盡可能留在原燒杯中,濾液收集于300mL燒杯中,用熱的碳酸鈉溶液洗滌燒杯5~6次,洗滌漏斗7~8次,濾液收集于400mL燒杯中。向濾液中加入2滴甲基橙溶液,不斷攪拌下,從杯口緩慢加入鹽酸中和至溶液恰呈紅色,加入4mL鹽酸,用水稀釋至約300mL[試樣如含鉻,此時應(yīng)加入8滴過氧化氫],濾液中加入2滴甲基橙指示劑,蓋上表面皿,從杯嘴小心地加入鹽酸中和至紅色,過量4mL,用水稀釋至300mL。投入一小片定量濾紙用玻棒壓住,蓋上表面皿加熱,將溶液煮沸至無大氣泡,逐盡二氧化碳,取下。蒸餾水沖洗表面皿,在不斷攪拌下,遵循“稀溶液、熱溶液、快攪、慢加”的原則,慢慢滴加10mL氯化鋇溶液,溶液在低溫電熱板上保溫2h,取下,冷卻15min后加10mL無水乙醇溶液,攪勻,放置過夜。由于硫含量0.3%以下的樣品采用孔徑為0.22μm的微孔濾膜真空泵抽濾,所以進行實驗條件比較真空抽濾和濾紙過濾。濾紙過濾:用加少量慢速定量濾紙(加適量紙漿)過濾,沉淀用蒸餾水傾洗5~6次,再將沉淀洗至濾紙上,并用玻棒和定量濾紙擦凈燒杯,用蒸餾水洗至無氯離子,用硝酸銀溶液檢驗[2,3]。

        3 硫酸鋇重量法

        鐵礦石樣品經(jīng)過氧化鈉和碳酸鈉熔劑熔融后,用水浸取,過濾除去氫氧化物和碳酸鹽沉淀,在稀鹽酸溶液中,加入氯化鋇,使硫酸根定量生成硫酸鋇沉淀。灼燒后,放入干燥器中冷卻,稱量硫酸鋇,計算其含量。鉻、錫和磷對測定結(jié)果有干擾,可分別采用過氧化氫、檸檬酸和碳酸鈣消除。其含量檢測范圍為0.300%-5.00%。該方法的特點是:準確度高,是基準方法,其適應(yīng)性和測量范圍都優(yōu)于其他方法,但是步驟繁瑣,耗時很長,不適應(yīng)生產(chǎn)質(zhì)量控制分析,但可做仲裁分析。在采用硫酸鋇重量法進行對鐵礦石中硫含量測定時,首先要注意硫酸鋇沉淀反應(yīng)是否完全,該因素和硫酸鋇沉淀溶解度的大小有關(guān)。在重量分析中要求被測組分在溶液中的殘留量在0.0001g以內(nèi)。但是BaSO4沉淀不能滿足這個條件,它在1000mL水中其溶解度為0.0023g。因此,在BaSO4沉淀重量分析中,要知道影響B(tài)aSO4沉淀溶解度的各種因素。影響B(tài)aSO4沉淀溶解度的因素除了離子效應(yīng)、鹽效應(yīng)、酸效應(yīng)及配位效應(yīng)以外,還有溫度、沉淀的顆粒大小和結(jié)構(gòu),對BaSO4沉淀溶解度有一定的影響。溫度的影響溶解一般是吸熱過程,絕大多數(shù)沉淀的溶解度隨溫度升高而增大,因此在硫含量的測定時,在反應(yīng)形成沉淀時,溶液溫度不能太高,不能加熱,只能在室溫下進行。沉淀顆粒大小和結(jié)構(gòu)的影響同一種沉淀,在相同質(zhì)量時,顆粒越小,其總表面積越大,溶解度越大。因為小晶體比大晶體有更多的角、邊和表面,處于這些位置的離子晶體內(nèi)離子的吸引力小,又受到溶劑分子的作用,容易進入溶液中,所以小顆粒沉淀的溶解度比大顆粒的大。在BaSO4沉淀形成后,常將BaSO4沉淀和母液一起放置一段時間進行陳化,可使小晶體逐漸轉(zhuǎn)化為大晶體,有利于沉淀的過濾與洗滌。陳化還可使沉淀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,由初生成時的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),溶解度就大為減小。在硫酸鋇重量法中陳化時間也會影響其測試數(shù)據(jù)的準確度。

        4 磷硫同步脫除新方法

        高磷硫鐵精礦中磷、硫的脫除一直是困擾選礦界的難題,由于含磷、含硫礦物嵌布粒度細,與鐵礦物共生關(guān)系復雜等特點,以致常規(guī)的選礦方法很難實現(xiàn)彼此分離。對于硫以鐵或其他金屬硫化物的形態(tài)存在高硫鐵礦中的反浮選脫硫技術(shù),含硫礦物的去除通常在酸性條件下使用黃原酸鹽作為捕收劑進行。為提高含硫礦物的脫除率,通常在礦漿溶液中加入銅離子來活化硫化礦物;對于磷組分,主要以磷灰石或碳氟磷灰石形態(tài)存在高磷鐵礦中的反浮選脫磷技術(shù),通常在堿性條件下,以脂肪酸類捕收劑除去含磷礦物。為增強反浮選脫磷的選擇性,通常在礦漿溶液中添加硅酸鈉、六偏磷酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉等藥劑做分散劑,添加淀粉,瓜爾膠等藥劑作鐵礦物的抑制劑。高磷硫鐵礦脫磷硫的研究報道中,反浮選異步脫硫脫磷是常規(guī)的方法。

        5 稱樣量的確定

        紅外碳硫分析通過樣品在富氧環(huán)境下燃燒,樣品中的硫生成二氧化硫,進入吸收池,借助二氧化硫?qū)μ囟úㄩL的紅外光吸收,測得硫的含量。此分析遵循朗伯比爾定律。朗伯比爾定律所定義的物質(zhì)對光的吸收和物質(zhì)的濃度呈線性關(guān)系,這個只適合在低含量時成立,當濃度很高時,各物質(zhì)間的電荷將會影響特定光波的吸收,對吸光度和濃度之間線性關(guān)系發(fā)生偏離,濃度越大偏離越大。樣品所稱的質(zhì)量不同,其所含的C、S的絕對質(zhì)量就存在差別,導致分析結(jié)果落在儀器校正曲線上區(qū)域的不同,由于儀器線性范圍所限,這種校正區(qū)域的差異從而造成分析結(jié)果的波動,尤其在分析儀器的上、下限附近時,這種影響表現(xiàn)更為突出。另外,在同一通道,同一校準系數(shù)下,樣品稱重不同直接影響高頻感應(yīng)燃燒情況。碳硫儀的燃燒溫度、狀態(tài)不僅與高頻爐本身設(shè)計的功率有關(guān),而且與感應(yīng)區(qū)內(nèi)導磁物質(zhì)的多少有關(guān)。燃燒溫度不是持續(xù)恒定的,隨著物質(zhì)的熔化燃燒,感應(yīng)量逐漸減少。當分析高硫含量的鐵礦石時,加入的助熔劑質(zhì)量恒定,產(chǎn)生的熱量恒定,此時稱樣量較大將會導致樣品燃燒不充分,樣品中的碳硫釋放不完,使其造成分析結(jié)果偏低,因此樣品的稱樣量對分析結(jié)果準確性和可靠性的影響不言而喻,由此通過大量的實驗,選擇合適的稱樣量,從而其分析結(jié)果更準確。

        6 鹽酸用量的選擇

        根據(jù)相關(guān)文獻報道,碘酸鉀與碘化鉀在酸度為0.2-0.4mol/L的溶液中反應(yīng)速度最快,同時I-又不被空氣中的氧化,0.2mol/L的酸度經(jīng)過計算需要加入濃鹽酸17mL,因原碘酸鉀與碘化鉀的混合液含1g氫氧化鉀,所以以碘酸鉀溶液為0.007mol/L,碘化鉀溶液為5g/L,在1L淀粉溶液中,鹽酸用量分別控制在18-30mL之間進行試驗,由試驗和理論計算得出,采用18mL/L鹽酸,終點藍色穩(wěn)定。測定⑴在25mL瓷坩堝中鋪1-2g混合溶劑于另一瓷坩堝中,加入4-6g混合熔劑,加入試料(2.4.1),攪拌均勻,移入鋪有混合熔劑的瓷坩堝中,再覆蓋一層1-2g混合熔劑。⑵將瓷坩堝放入馬弗爐中,稍開爐門,從室溫逐漸升溫至800℃,關(guān)閉爐門,保溫20min,取出冷卻。⑶將瓷坩堝中半熔物移入盛有100mL熱水的250mL燒杯中,以熱水洗凈瓷坩堝,并稀釋至150mL,加入2mL過氧化氫(30%),蓋上表面皿,煮沸約5min,以傾瀉法用慢速定量濾紙過濾于500mL燒杯中,以無水碳酸鈉溶液(20g/L)洗杯及表皿4次,洗沉淀8-10次。⑷向濾液中加入1-2滴甲基橙指示劑(1g/L),滴加鹽酸(1.19g/mL)中和至溶液變紅色,再過量3mL。⑸將濾液用水稀釋至體積為300mL,煮沸,趁熱在不斷攪拌下緩慢加入煮沸的氯化鋇溶液(20g/L)煮沸,蓋上表面皿,于室溫下靜置3h或過夜。⑹用慢速定量濾紙過濾,用熱水洗沉淀至無氯離子,用硝酸銀溶液(10g/L)檢驗。⑺將沉淀連同濾紙放入25mL瓷坩堝中,置于低溫電爐上,烘干灰化,于780℃±10℃馬弗爐中灼燒0.5h,取出瓷坩堝置于干燥器中,冷卻室溫后稱重,并重復灼燒至恒重。

        7 結(jié)語

        由于近幾年我們經(jīng)濟快速發(fā)展,該儀器目前已經(jīng)全部國產(chǎn)化了,儀器制造成本大大降低,越來越受廣大操作者的喜愛;硫酸鋇重量法屬于傳統(tǒng)基準方法,由于檢測時間長,無法用生產(chǎn)質(zhì)量控制,在生產(chǎn)企業(yè)幾乎很難使用。目前該法主要用于標準物質(zhì)的溯源定值和仲裁分析。因此在選擇鐵礦石中硫含量的檢測方法時,分析工作者可根據(jù)鐵礦石中硫含量范圍、生產(chǎn)規(guī)模、工作量和檢測用途來選擇合適的方法。目前高頻紅外吸收法已有國家標準檢測方法;在各企事業(yè)單位廣泛應(yīng)用。

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