本科分析化學(xué)綜述

1、 班級(jí)：10化學(xué)二班學(xué)號(hào)： 姓名：無機(jī)復(fù)雜樣品中主要成分檢測方法 分析化學(xué)綜述 無機(jī)復(fù)雜樣品中主要成分檢測方法 摘要：本文以無機(jī)復(fù)雜樣品高爐渣為例，綜述了高爐渣主要成分檢測方法。高爐渣是煉鐵過程的產(chǎn)物，含有鈣、硅、鋁、鎂、錳、鐵等的氧化物。我國通常是把高爐渣加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣和礦渣珠等，可用于生產(chǎn)水泥、混凝土、鐵路道渣、瀝青路面和內(nèi)墻板樓板等。高爐渣中主要成分常用的測定方法有重量法、滴定法、原子吸收光譜法和X -射線熒光分析法，本文介紹了高爐渣中鈣、鎂及硅、鈣、鎂的濕法分析，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定高爐渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2含量及釩

2、鈦高爐渣中MnO，P，V2O5，TiO2 的含量、采用ICP-OES 法測定高爐渣中各組分含量、用渣熔監(jiān)控壓片法測定高爐渣的化學(xué)成分、氟硅酸鉀容量法測定高爐渣中的二氧化硅，提高了分析的速度與精確度，具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：無機(jī)復(fù)雜樣品；高爐渣；綜述；成分檢測1、前言 高爐渣是煉鐵過程的產(chǎn)物，含有鈣、硅、鋁、鎂、錳、鐵等的氧化物。我國通常是把高爐渣加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣和礦渣珠等。水渣作建材用于生產(chǎn)水泥和混凝土，由于水渣具有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料。礦渣碎石在我國可以代替天然石料用于公路，機(jī)場，地基工程，鐵路道渣、混凝土骨料和瀝

3、青路面等，用礦渣碎石作基料鋪成的瀝青路面既明亮且防滑性能好還具有良好的耐磨性能制動(dòng)距離縮短、用于鐵路道渣可以適當(dāng)吸收列車行走時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音。膨脹礦渣珠可用于做輕骨料，用來制作內(nèi)墻板樓板等，也可用于承重結(jié)構(gòu)。高爐渣還可用于生產(chǎn)礦渣棉（以高爐渣為主要原料，在溶化爐中熔化后獲得熔融物再加以精制而得到的一種白色棉狀礦物纖維）、微晶玻璃、硅鈣渣肥、礦渣鑄石、熱鑄礦渣等。爐渣的性質(zhì)決定冶煉過程的成效和經(jīng)濟(jì)效益，爐渣的堿度是控制生產(chǎn)的指標(biāo)之一，爐渣的化學(xué)成分是指導(dǎo)高爐生產(chǎn)操作的重要依據(jù)，對(duì)冶煉過程中減緩爐體的浸蝕、提高冶煉爐和高溫?zé)峁ぴO(shè)備的使用壽命、降低耐火材料的消耗和研制高強(qiáng)度耐火材料以及發(fā)展?fàn)t渣的綜

4、合利用有重要意義口。因此需要對(duì)爐渣進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的成分分析。高爐渣分析主要是測定硅、鈣、鎂、鋁、鐵等元素含量，常用的測定方法有重量法、滴定法、原子吸收光譜法和X -射線熒光分析法。但是，重量法手續(xù)繁雜，時(shí)間冗長，不適合生產(chǎn)的需求；X-射線熒光分析法雖然速度快，但分析結(jié)果時(shí)常需要用化學(xué)濕法作比對(duì)，當(dāng)用X-射線熒光分析法分析釩鈦高爐渣時(shí)需采用熔融法制樣，但是需要專門熔樣設(shè)備，制樣成本較高，并且受樣品粒度影響較大。近年來，有研究者在濕法分析高爐渣中硅、鈣、鎂的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，另有研究提出了用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定高爐渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2含量及釩鈦

5、高爐渣中MnO，P，V2O5，TiO2 的含量、采用ICP-OES 法測定高爐渣中各組分含量、用渣熔監(jiān)控壓片法測定高爐渣的化學(xué)成分、氟硅酸鉀容量法測定高爐渣中的二氧化硅，提高了分析的速度與精確度，具有良好的應(yīng)用前景。 2、高爐渣中主要成分檢測方法2.1 高爐渣中鈣、鎂及硅、鈣、鎂的濕法分析 高爐渣中鈣、鎂的濕法分析稱取樣品至于燒杯中，用少量水潤濕，加入HCl（1+1），邊加熱邊攪拌溶解樣品。在攪拌下滴加10滴氫氟酸，繼續(xù)攪拌至試樣溶解完全，靜置1 min，加入飽和硼酸溶液，充分?jǐn)嚢韬笠迫肴萘科恐?，用水稀釋至刻度，混勻。氧化鈣的測定：分取相同量的母液于錐形瓶中，加入鹽酸羥胺-三乙醇胺溶液、氫氧化

6、鈉溶液、鈣指示劑，用 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色為終點(diǎn) 。氧化鈣和氧化鎂合量的測定：分取相同量的母液于錐形瓶中，加入鹽酸羥胺-三乙醇胺溶液、氨性緩沖溶液、2滴鉻黑T指示劑， EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紅色變?yōu)榧兯{(lán)色為終點(diǎn)。高爐渣中硅、鈣、鎂的濕法分析 在高爐渣的化學(xué)濕法分析基礎(chǔ)上，將單一熱鹽酸溶樣改用熱稀硝酸加氫氟酸溶樣，使試料分解完全，然后用硅鉬藍(lán)光度法測定硅量，EDTA 滴定法測定鈣、鎂量。同時(shí)改進(jìn)了鎂測定所用指示劑，把原來終點(diǎn) 不敏銳、返紅的鎂指示劑改成指示敏銳，終點(diǎn)更容易把握的硫酸銅-EDT A、PA N指示劑，從而實(shí)現(xiàn)了無需分離，快速聯(lián)合測定爐渣中硅、鈣 、鎂的含量。2.2 ICP-

7、AES法測定高爐渣中MgO ，A12O3，SiO2，TiO2含量 稱取一定量的樣品于燒杯中，加入HC1(1+1)、HF(1.15 g/mL)和HNO4(1.42 g/mL)至試樣溶解，加入HC1O4(1.67 g/mL)，至冒高氯酸煙，粘稠狀時(shí)取下冷卻，加入HCI(1+1)，加熱至溶液清亮，冷卻，定容于容量瓶中，干過濾，濾液為待測液，于ICP光譜儀上測定。在6個(gè)相同的容量瓶中分別加人 HC1(1+1)，依次加入不同量的氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液，氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液，氧化鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，鈦準(zhǔn)溶液用水稀釋至刻度，混勻。選擇 2個(gè)標(biāo)樣，按照試驗(yàn)方法用ICP- 6300型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀平行測定。

8、用ICPAES法來測定高爐渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2，具有能夠?qū)崿F(xiàn)多元素同時(shí)測定、分析周期短、分析精度高等優(yōu)點(diǎn)，且相對(duì)于濕法分析來說，開發(fā)了高爐渣成分檢測的新手段。本方法的不足之處在于：高爐渣中Ca的含量比較高，超出了儀器的檢出能力，不能在分析過程中得到比較準(zhǔn)確的Ca含量；由于混酸中的HF存在，Si元素不能檢測。2.3 ICP-AES 測定釩鈦高爐渣中的 MnO 、P 、V2O5、TiO2 將高爐渣試樣在烘箱中 100 干燥 2 h ，準(zhǔn)確稱取 0.100 0 g 試樣于燒杯中，加入少量的水潤濕，加入 HC1、HNO3，放在電砂盤上低溫溶解試樣，至殘?jiān)辉倮^續(xù)溶解后，再加人 H

9、F 和HC1O4。繼續(xù)加熱，直到冒較濃的高氯酸煙，溶液剩余大約1 mL 時(shí)取下，加約HCI，以水沖洗燒杯內(nèi)壁，加熱至鹽類溶解，冷卻，定容到容量瓶中，待測。以同樣的方法制備空白溶液。選擇儀器的最佳工作條件及最佳元素分析譜線，用SPECTRO ARCOS 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 (德國)對(duì)試劑進(jìn)行分析。 采用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法 (ICP-AES) 測定釩鈦高爐渣中的MnO 、P 、V2O5、TiO2 的含量，研究表明，在一定濃度范同內(nèi)MnO 、P 、V2O5、TiO2 具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0999 以上，測定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.455.10之間，加標(biāo)回收率在 96%10

10、7%之問該方法具有簡單快速，準(zhǔn)確度高，精密度好等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。 德國SPECTRO ARCOS是一種自動(dòng)并可進(jìn)行同時(shí)測量的光學(xué)發(fā)射光譜儀。它使用耦合感應(yīng)等離子激勵(lì)和基于半導(dǎo)體 的檢測器系統(tǒng)來進(jìn)行液體的定量和半定量分析。液體樣品作為一種氣霧劑被霧化并注人等離子體中。等離子體的高溫(6 000 8 000 K )將樣品蒸發(fā)。樣品中包含的分子分解為原子。原子受到激勵(lì)并部分離子化。受激勵(lì)的原子和離子發(fā)出元素特定的射線。光學(xué)傳遞裝置將此射線輸送到光學(xué)系統(tǒng)中。所發(fā)出的射線在光學(xué)系統(tǒng) 中被分解為它的光譜分量。其強(qiáng)度用半導(dǎo)體檢測器(C CD)進(jìn)行測量。在設(shè)備中處理測量信號(hào)之后，測量的元素強(qiáng)度將由“

11、智能分析儀”(Smart Analyzer)軟件進(jìn)行評(píng)估、分析。在測量之前已確定測量方法。要確定的每個(gè)元素的校準(zhǔn)功能存儲(chǔ)在這些方法之中。利用這些方法根據(jù)測量的強(qiáng)度計(jì)算出濃度。通過實(shí)踐證明，采用新型的SPECTRO ARCOSSOP光譜儀能滿足釩鈦高爐渣分析的所需要求，具有較高的精密度和準(zhǔn)確度，極好靈敏度和極快的分析速度。2.4 ICP-OES 法測定高爐渣中各組分含量 準(zhǔn)確稱取試樣與混合熔劑攪拌均勻后 ，放入石墨墊底的高鋁坩堝中。置于1000C馬弗爐中熔融10分鐘。從馬弗爐中取出坩堝，待熔球冷凝后投入已盛有鹽硝混酸的錐形瓶中。待熔球溶解后將錐形瓶放人振蕩器中計(jì)時(shí)20 min，然后過濾于容量瓶用

12、水稀釋至刻度。按照所選條件將溶液引入ICP光譜儀同時(shí)分析鐵、硅、鈣、鎂、鋁、錳、鈦，記錄百分含量。由于高爐渣中的SiO2含量高達(dá)30至40。按照通常所用的消解硅酸鹽的方法，如加HF、HCIO4等，在試樣消解過程中，SiO4 會(huì)有較大損失，就需要增加分析次數(shù)，從而影響分析速度，故本方法不考慮酸溶法對(duì)試樣進(jìn)行消解。本方法采取先用混合熔劑高溫熔融消解試樣，再加酸調(diào)節(jié)PH 值同時(shí)溶解各種鹽?？紤]到實(shí)驗(yàn)過程可能會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生污染，溶解樣品時(shí)選擇了口徑相對(duì)較小的錐形瓶，并且定容后容量瓶要及時(shí)加蓋。通過試驗(yàn)找出高爐渣需要測量7個(gè)主要元素的最佳的分析譜線，采用德國SPECTRO ARCOSSOP光譜儀及附屬設(shè)備

13、對(duì)試樣進(jìn)行分析。ICP-OES經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)成為化驗(yàn)室快速分析方法的一種手段，利用其來測量高爐渣多個(gè)組分含量，并完善化學(xué)分析的不足之處，可節(jié)省大量物力和人力。并為XRF(x射線熒光光譜儀)及時(shí)提供準(zhǔn)確的驗(yàn)證，以保證工業(yè)生產(chǎn)所需數(shù)據(jù)的及時(shí)準(zhǔn)確性。2.5 用渣熔監(jiān)控壓片法測定高爐渣的化學(xué)成分經(jīng)過大量的試驗(yàn)，最終確定按600 g 四硼酸鋰0.4 g試樣，加10滴30的溴水配比熔融試樣，取下樣品冷卻前手動(dòng)轉(zhuǎn)到坩堝，充分趕出氣泡。熔融法雖然影響因素較少，但用直接繪制的曲線來測定試樣，仍然存在一定的差異。因此，需要對(duì)曲線進(jìn)行校正。利用數(shù)學(xué)校正法，在保證斜率大小合適的情況下，使相關(guān)系數(shù)最大程度地接近

14、1.000 0，達(dá)到均偏差盡可能的小，從而得到完整的曲線。采用控制樣品法，一個(gè)試樣經(jīng)處理后，分成2份，一份用于壓片，一份用于熔片。以熔片曲線下的測定值作為標(biāo)準(zhǔn)值，監(jiān)控壓片曲線下的測定值，從而調(diào)整壓片曲線，用于分析生產(chǎn)試樣。用MXF-2400 X-射線熒光分析儀分析試樣。采用熔融監(jiān)控壓片法測定高爐渣的成分，簡便快捷，能更好地監(jiān)控?zé)晒鈨x分析，而且減少了環(huán)境污染，具有化學(xué)法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。熔融法能將樣品中的硫元素氧化為SO2氣體釋放，所以此法不能測定硫。2.6 氟硅酸鉀容量法測定高爐渣中的二氧化硅 目前，高爐渣中硅的分析多采用高氯酸脫水重量法、硅鉬藍(lán)分光光度法和X-射線熒光光譜法。采用重量法時(shí)，硅酸

15、膠體過濾時(shí)會(huì)穿過濾紙，使測定結(jié)果偏低，且操作復(fù)雜，速度慢；由于高爐渣中二氧化硅含量最高達(dá) 40以上，明顯超出光度法分析的最佳范圍，造成光度分析準(zhǔn)確度下降；而X-射線熒光光譜法需要昂貴的X-射線熒光光譜儀才能進(jìn)行。本文借鑒硅錳合金吸硅鐵吩析中常用的氟硅酸鉀容量法，結(jié)合高爐渣的性質(zhì)，對(duì)分析條件進(jìn)行適當(dāng)改變，用以測定高爐渣中的二氧化硅含量并獲成功，分析精密度與高氯酸脫水重量法一致，分析準(zhǔn)確度高、速度快。在有過量的氟離子和鉀離子存在的強(qiáng)酸性溶液中，硅酸能與氟離子作用生成氟硅酸離子，進(jìn)而與鉀離子作用生成氟硅酸鉀沉淀。該沉淀在熱水中水解并生成相應(yīng)質(zhì)量的氫氟酸(H F)，以酚酞為指示劑，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶

16、液滴定水解生成的氫氟酸，間接計(jì)算出二氧化硅的含量。3 結(jié)論與展望高爐渣是高爐爐內(nèi)用焦炭還原鐵礦石的過程中，對(duì)鐵礦石中除鐵成分之外的巖石成分和石灰成分進(jìn)行熔化時(shí)生成的物質(zhì)。研究爐渣成分對(duì)高爐排堿、脫硫能力的影響，確定含堿金屬氧化物爐渣的合適成分非常重要。所以，快速準(zhǔn)確分析高爐渣中各成分含量是指導(dǎo)高爐操作及研究高爐爐況的重要途徑。高爐渣分析主要是測定硅、鈣、鎂、鋁、鐵等元素含量，常用的測定方法有重量法、滴定法、原子吸收光譜法和X -射線熒光分析法。但是，重量法手續(xù)繁雜，時(shí)間冗長，不適合生產(chǎn)的需求；X-射線熒光分析法雖然速度快，但分析結(jié)果時(shí)常需要用化學(xué)濕法作比對(duì)，當(dāng)用X-射線熒光分析法分析釩鈦高爐渣

17、時(shí)需采用熔融法制樣，但是需要專門熔樣設(shè)備，制樣成本較高，并且受樣品粒度影響較大。近年來，有研究者在濕法分析高爐渣中硅、鈣、鎂的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，另有研究提出了用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定高爐渣中MgO，A12O3，SiO2，TiO2含量及釩鈦高爐渣中MnO，P，V2O5，TiO2 的含量、采用ICP-OES 法測定高爐渣中各組分含量、用渣熔監(jiān)控壓片法測定高爐渣的化學(xué)成分、氟硅酸鉀容量法測定高爐渣中的二氧化硅，提高了分析的速度與精確度，具有良好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1 鞍鋼鋼鐵研究所，沈陽鋼鐵研究所實(shí)用冶金分析方法與基礎(chǔ)M 遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990：533。

18、2 王軒翔，冉祥蘭，劉少文磷石膏中硫酸鈣含量測定的方法J武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào) (Journal of Wuhan Institute of Technology )，201032 (5 ) ：41-443 王海舟主編 爐渣分析：上冊M 北京：科學(xué)出版社，20064 孫海波 石灰石中鈣鎂的快速測定J水泥 (Cement)，1996 (3) ：415 張曉琴 高爐轉(zhuǎn)爐渣堿度的快速分析J理化檢驗(yàn) ：化學(xué)分冊 (Physical Testing and Chemical Anal- ysis：Part B Chemical Analysis)，1997，33 (6 ) ：27616 徐增芹，宋蘭會(huì)，魏純玉 高爐渣成分濕法快速分析影響因素探討J冶金分析 (Metallurgi