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1、 班级：10化学二班学号： 姓名：无机复杂样品中主要成分检测方法 分析化学综述 无机复杂样品中主要成分检测方法 摘要：本文以无机复杂样品高炉渣为例，综述了高炉渣主要成分检测方法。高炉渣是炼铁过程的产物，含有钙、硅、铝、镁、锰、铁等的氧化物。我国通常是把高炉渣加工成水渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和矿渣珠等，可用于生产水泥、混凝土、铁路道渣、沥青路面和内墙板楼板等。高炉渣中主要成分常用的测定方法有重量法、滴定法、原子吸收光谱法和X -射线荧光分析法，本文介绍了高炉渣中钙、镁及硅、钙、镁的湿法分析，用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定高炉渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2含量及钒
2、钛高炉渣中MnO，P，V2O5，TiO2 的含量、采用ICP-OES 法测定高炉渣中各组分含量、用渣熔监控压片法测定高炉渣的化学成分、氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅，提高了分析的速度与精确度，具有良好的应用前景。关键字：无机复杂样品；高炉渣；综述；成分检测1、前言 高炉渣是炼铁过程的产物，含有钙、硅、铝、镁、锰、铁等的氧化物。我国通常是把高炉渣加工成水渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和矿渣珠等。水渣作建材用于生产水泥和混凝土，由于水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可以作为优质的水泥原料。矿渣碎石在我国可以代替天然石料用于公路，机场，地基工程，铁路道渣、混凝土骨料和沥
3、青路面等，用矿渣碎石作基料铺成的沥青路面既明亮且防滑性能好还具有良好的耐磨性能制动距离缩短、用于铁路道渣可以适当吸收列车行走时产生的振动和噪音。膨胀矿渣珠可用于做轻骨料，用来制作内墙板楼板等，也可用于承重结构。高炉渣还可用于生产矿渣棉（以高炉渣为主要原料，在溶化炉中熔化后获得熔融物再加以精制而得到的一种白色棉状矿物纤维）、微晶玻璃、硅钙渣肥、矿渣铸石、热铸矿渣等。炉渣的性质决定冶炼过程的成效和经济效益，炉渣的碱度是控制生产的指标之一，炉渣的化学成分是指导高炉生产操作的重要依据，对冶炼过程中减缓炉体的浸蚀、提高冶炼炉和高温热工设备的使用寿命、降低耐火材料的消耗和研制高强度耐火材料以及发展炉渣的综
4、合利用有重要意义口。因此需要对炉渣进行快速、准确的成分分析。高炉渣分析主要是测定硅、钙、镁、铝、铁等元素含量，常用的测定方法有重量法、滴定法、原子吸收光谱法和X -射线荧光分析法。但是，重量法手续繁杂，时间冗长，不适合生产的需求；X-射线荧光分析法虽然速度快，但分析结果时常需要用化学湿法作比对，当用X-射线荧光分析法分析钒钛高炉渣时需采用熔融法制样，但是需要专门熔样设备，制样成本较高，并且受样品粒度影响较大。近年来，有研究者在湿法分析高炉渣中硅、钙、镁的基础上进行了改进，另有研究提出了用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定高炉渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2含量及钒钛
5、高炉渣中MnO，P，V2O5，TiO2 的含量、采用ICP-OES 法测定高炉渣中各组分含量、用渣熔监控压片法测定高炉渣的化学成分、氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅，提高了分析的速度与精确度，具有良好的应用前景。 2、高炉渣中主要成分检测方法2.1 高炉渣中钙、镁及硅、钙、镁的湿法分析 高炉渣中钙、镁的湿法分析称取样品至于烧杯中，用少量水润湿，加入HCl（1+1），边加热边搅拌溶解样品。在搅拌下滴加10滴氢氟酸，继续搅拌至试样溶解完全，静置1 min，加入饱和硼酸溶液，充分搅拌后移入容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。氧化钙的测定：分取相同量的母液于锥形瓶中，加入盐酸羟胺-三乙醇胺溶液、氢氧化
6、钠溶液、钙指示剂，用 EDTA 标准溶液滴定至蓝色为终点 。氧化钙和氧化镁合量的测定：分取相同量的母液于锥形瓶中，加入盐酸羟胺-三乙醇胺溶液、氨性缓冲溶液、2滴铬黑T指示剂， EDTA 标准溶液滴定至红色变为纯蓝色为终点。高炉渣中硅、钙、镁的湿法分析 在高炉渣的化学湿法分析基础上，将单一热盐酸溶样改用热稀硝酸加氢氟酸溶样，使试料分解完全，然后用硅钼蓝光度法测定硅量，EDTA 滴定法测定钙、镁量。同时改进了镁测定所用指示剂，把原来终点 不敏锐、返红的镁指示剂改成指示敏锐，终点更容易把握的硫酸铜-EDT A、PA N指示剂，从而实现了无需分离，快速联合测定炉渣中硅、钙 、镁的含量。2.2 ICP-
7、AES法测定高炉渣中MgO ，A12O3，SiO2，TiO2含量 称取一定量的样品于烧杯中，加入HC1(1+1)、HF(1.15 g/mL)和HNO4(1.42 g/mL)至试样溶解，加入HC1O4(1.67 g/mL)，至冒高氯酸烟，粘稠状时取下冷却，加入HCI(1+1)，加热至溶液清亮，冷却，定容于容量瓶中，干过滤，滤液为待测液，于ICP光谱仪上测定。在6个相同的容量瓶中分别加人 HC1(1+1)，依次加入不同量的氧化钙标准溶液，氧化镁标准溶液，氧化铝标准溶液，锰标准溶液，钛准溶液用水稀释至刻度，混匀。选择 2个标样，按照试验方法用ICP- 6300型电感耦合等离子体发射光谱仪平行测定。
8、用ICPAES法来测定高炉渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2，具有能够实现多元素同时测定、分析周期短、分析精度高等优点，且相对于湿法分析来说，开发了高炉渣成分检测的新手段。本方法的不足之处在于：高炉渣中Ca的含量比较高，超出了仪器的检出能力，不能在分析过程中得到比较准确的Ca含量；由于混酸中的HF存在，Si元素不能检测。2.3 ICP-AES 测定钒钛高炉渣中的 MnO 、P 、V2O5、TiO2 将高炉渣试样在烘箱中 100 干燥 2 h ，准确称取 0.100 0 g 试样于烧杯中，加入少量的水润湿，加入 HC1、HNO3，放在电砂盘上低温溶解试样，至残渣不再继续溶解后，再加人 H
9、F 和HC1O4。继续加热，直到冒较浓的高氯酸烟，溶液剩余大约1 mL 时取下，加约HCI，以水冲洗烧杯内壁，加热至盐类溶解，冷却，定容到容量瓶中，待测。以同样的方法制备空白溶液。选择仪器的最佳工作条件及最佳元素分析谱线，用SPECTRO ARCOS 电感耦合等离子体发射光谱仪 (德国)对试剂进行分析。 采用电感耦合等离子原子发射光谱法 (ICP-AES) 测定钒钛高炉渣中的MnO 、P 、V2O5、TiO2 的含量，研究表明，在一定浓度范同内MnO 、P 、V2O5、TiO2 具有良好的线性关系，相关系数在0999 以上，测定结果的相对标准偏差在0.455.10之间，加标回收率在 96%10
10、7%之问该方法具有简单快速，准确度高，精密度好等特点，具有良好的应用前景。 德国SPECTRO ARCOS是一种自动并可进行同时测量的光学发射光谱仪。它使用耦合感应等离子激励和基于半导体 的检测器系统来进行液体的定量和半定量分析。液体样品作为一种气雾剂被雾化并注人等离子体中。等离子体的高温(6 000 8 000 K )将样品蒸发。样品中包含的分子分解为原子。原子受到激励并部分离子化。受激励的原子和离子发出元素特定的射线。光学传递装置将此射线输送到光学系统中。所发出的射线在光学系统 中被分解为它的光谱分量。其强度用半导体检测器(C CD)进行测量。在设备中处理测量信号之后，测量的元素强度将由“
11、智能分析仪”(Smart Analyzer)软件进行评估、分析。在测量之前已确定测量方法。要确定的每个元素的校准功能存储在这些方法之中。利用这些方法根据测量的强度计算出浓度。通过实践证明，采用新型的SPECTRO ARCOSSOP光谱仪能满足钒钛高炉渣分析的所需要求，具有较高的精密度和准确度，极好灵敏度和极快的分析速度。2.4 ICP-OES 法测定高炉渣中各组分含量 准确称取试样与混合熔剂搅拌均匀后 ，放入石墨垫底的高铝坩埚中。置于1000C马弗炉中熔融10分钟。从马弗炉中取出坩埚，待熔球冷凝后投入已盛有盐硝混酸的锥形瓶中。待熔球溶解后将锥形瓶放人振荡器中计时20 min，然后过滤于容量瓶用
12、水稀释至刻度。按照所选条件将溶液引入ICP光谱仪同时分析铁、硅、钙、镁、铝、锰、钛，记录百分含量。由于高炉渣中的SiO2含量高达30至40。按照通常所用的消解硅酸盐的方法，如加HF、HCIO4等，在试样消解过程中，SiO4 会有较大损失，就需要增加分析次数，从而影响分析速度，故本方法不考虑酸溶法对试样进行消解。本方法采取先用混合熔剂高温熔融消解试样，再加酸调节PH 值同时溶解各种盐。考虑到实验过程可能会对样品产生污染，溶解样品时选择了口径相对较小的锥形瓶，并且定容后容量瓶要及时加盖。通过试验找出高炉渣需要测量7个主要元素的最佳的分析谱线，采用德国SPECTRO ARCOSSOP光谱仪及附属设备
13、对试样进行分析。ICP-OES经过近几年的发展，已经成为化验室快速分析方法的一种手段，利用其来测量高炉渣多个组分含量，并完善化学分析的不足之处，可节省大量物力和人力。并为XRF(x射线荧光光谱仪)及时提供准确的验证，以保证工业生产所需数据的及时准确性。2.5 用渣熔监控压片法测定高炉渣的化学成分经过大量的试验，最终确定按600 g 四硼酸锂0.4 g试样，加10滴30的溴水配比熔融试样，取下样品冷却前手动转到坩埚，充分赶出气泡。熔融法虽然影响因素较少，但用直接绘制的曲线来测定试样，仍然存在一定的差异。因此，需要对曲线进行校正。利用数学校正法，在保证斜率大小合适的情况下，使相关系数最大程度地接近
14、1.000 0，达到均偏差尽可能的小，从而得到完整的曲线。采用控制样品法，一个试样经处理后，分成2份，一份用于压片，一份用于熔片。以熔片曲线下的测定值作为标准值，监控压片曲线下的测定值，从而调整压片曲线，用于分析生产试样。用MXF-2400 X-射线荧光分析仪分析试样。采用熔融监控压片法测定高炉渣的成分，简便快捷，能更好地监控荧光仪分析，而且减少了环境污染，具有化学法无法比拟的优点。熔融法能将样品中的硫元素氧化为SO2气体释放，所以此法不能测定硫。2.6 氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅 目前，高炉渣中硅的分析多采用高氯酸脱水重量法、硅钼蓝分光光度法和X-射线荧光光谱法。采用重量法时，硅酸
15、胶体过滤时会穿过滤纸，使测定结果偏低，且操作复杂，速度慢；由于高炉渣中二氧化硅含量最高达 40以上，明显超出光度法分析的最佳范围，造成光度分析准确度下降；而X-射线荧光光谱法需要昂贵的X-射线荧光光谱仪才能进行。本文借鉴硅锰合金吸硅铁吩析中常用的氟硅酸钾容量法，结合高炉渣的性质，对分析条件进行适当改变，用以测定高炉渣中的二氧化硅含量并获成功，分析精密度与高氯酸脱水重量法一致，分析准确度高、速度快。在有过量的氟离子和钾离子存在的强酸性溶液中，硅酸能与氟离子作用生成氟硅酸离子，进而与钾离子作用生成氟硅酸钾沉淀。该沉淀在热水中水解并生成相应质量的氢氟酸(H F)，以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶
16、液滴定水解生成的氢氟酸，间接计算出二氧化硅的含量。3 结论与展望高炉渣是高炉炉内用焦炭还原铁矿石的过程中，对铁矿石中除铁成分之外的岩石成分和石灰成分进行熔化时生成的物质。研究炉渣成分对高炉排碱、脱硫能力的影响，确定含碱金属氧化物炉渣的合适成分非常重要。所以，快速准确分析高炉渣中各成分含量是指导高炉操作及研究高炉炉况的重要途径。高炉渣分析主要是测定硅、钙、镁、铝、铁等元素含量，常用的测定方法有重量法、滴定法、原子吸收光谱法和X -射线荧光分析法。但是，重量法手续繁杂，时间冗长，不适合生产的需求；X-射线荧光分析法虽然速度快，但分析结果时常需要用化学湿法作比对，当用X-射线荧光分析法分析钒钛高炉渣
17、时需采用熔融法制样，但是需要专门熔样设备，制样成本较高，并且受样品粒度影响较大。近年来，有研究者在湿法分析高炉渣中硅、钙、镁的基础上进行了改进，另有研究提出了用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定高炉渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2含量及钒钛高炉渣中MnO，P，V2O5，TiO2 的含量、采用ICP-OES 法测定高炉渣中各组分含量、用渣熔监控压片法测定高炉渣的化学成分、氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅，提高了分析的速度与精确度，具有良好的应用前景。参考文献：1 鞍钢钢铁研究所，沈阳钢铁研究所实用冶金分析方法与基础M 辽宁：辽宁科学技术出版社，1990：533。
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