用鄰二氮雜菲光度法測(cè)定連鑄保護(hù)渣中的鐵含量

嚴(yán) 露 李 潔 張穗忠 李 杰

(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080)

連鑄保護(hù)渣是煉鋼工業(yè)所必須使用的一種重要原輔材料。在煉鋼工業(yè)中，連鑄保護(hù)渣具有絕熱保溫、防止氧化、潤滑、改善傳熱和吸收上浮結(jié)晶器夾雜物作用[1]。目前，國內(nèi)鋼鐵工業(yè)正朝著高效化、低成本、環(huán)保方向發(fā)展，鋼鐵企業(yè)面臨著降低成本、提高煉鋼產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保節(jié)能的挑戰(zhàn)，做為煉鋼的主要原輔材料連鑄保護(hù)渣的質(zhì)量直接影響著煉鋼工業(yè)的發(fā)展[2]。爐渣化學(xué)成分分析也是冶金生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，連鑄保護(hù)渣中鐵含量是一個(gè)重要指標(biāo)，必須準(zhǔn)確測(cè)量。

對(duì)連鑄保護(hù)渣中鐵含量的測(cè)定，目前主要采用的是三氯化鈦還原-重鉻酸鉀滴定法，以及ICP-AES法、原子吸收光譜法、X射線熒光法等儀器分析方法[3]。前者主要用于大于2%的高含量鐵的分析，后者需要用到大型儀器分析，分析成本高。而光度法具有儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低，分析準(zhǔn)確快速的優(yōu)點(diǎn)，適用于試樣中低含量鐵的分析[4]。本文對(duì)采用鄰二氮菲光度法測(cè)定連鑄保護(hù)渣中鐵元素含量進(jìn)行了研究，通過試驗(yàn)確定了分析條件，建立了一個(gè)簡(jiǎn)便可靠的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：UV-260紫外可見光分光光度計(jì)(日本島津公司)

試劑：試驗(yàn)所用酸包括鹽酸、硝酸、高氯酸、氫氟酸等均為國產(chǎn)優(yōu)級(jí)純?cè)噭?，其余試劑抗壞血酸、鄰二氮菲、乙酸、乙酸鈉、鹽酸羥胺等均為國產(chǎn)分析純?cè)噭?。鐵、鋁、氧化錳、氧化鈣、氧化鎂等的標(biāo)準(zhǔn)溶液均由基準(zhǔn)試劑或高純金屬配制。試驗(yàn)所用水均為電阻率18MΩ的去離子水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

試料以鹽酸、氫氟酸、硝酸加熱分解，然后加入高氯酸，繼續(xù)加熱高氯酸冒煙至近干，冷卻，再以稀鹽酸溶解鹽類，稀釋，定容并搖勻，干過濾除去游離碳，以抗壞血酸還原三價(jià)鐵至亞鐵，在乙酸—乙酸鈉緩沖溶液中加入鄰二氮雜菲與亞鐵生成紅色絡(luò)合物。于分光光度計(jì)波長510nm處測(cè)量吸光度，在工作曲線上查得樣品中的鐵量。

工作曲線溶液由空白試樣中加入與樣品中同樣量的鹽酸、抗壞血酸、緩沖溶液和顯色劑，以及一系列不同濃度的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液配制而成。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣分解條件試驗(yàn)

保護(hù)渣主要成分為硅、鋁、鈣、游離碳、鈉等[5]，可采用鹽酸、硝酸和氫氟酸分解試樣，高氯酸冒煙除去試樣溶液中硅和氟，再用稀鹽酸溶解鹽類。不同量的試劑可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，為了確定最佳的分解條件，我們采用單參數(shù)法，試驗(yàn)了不同的鹽酸、硝酸、氫氟酸和高氯酸用量對(duì)試樣中鐵含量分析結(jié)果的影響，以便選擇合適的用量。

稱取0.2000g試樣于聚四氟乙烯燒杯中，加入少量水將試料濕潤，再加入不同量的鹽酸、硝酸和氫氟酸加熱分解試樣，然后加入高氯酸，冒煙至近干，取下稍冷，加入約10mL水和稀鹽酸(1+9)，再加熱溶解鹽類，由于保護(hù)渣中含游離碳，不能被酸溶解，需過濾。試液用慢速濾紙干過濾，用鹽酸(5+95)洗沉淀5～6次，再以去離子水洗沉淀7～8次，定容，分取一定量濾液按選定的顯色條件進(jìn)行試驗(yàn)，在分光光度計(jì)波長510nm處測(cè)量吸光度，從工作曲線上查出相應(yīng)的鐵量。

為了檢驗(yàn)試樣分解的效果，還同時(shí)進(jìn)行了殘?jiān)厥赵囼?yàn)，即將濾紙連同沉淀一起放入瓷坩堝中，低溫烘干，900℃燒碳，將灰分移入鉑坩堝中，加入1g碳酸鈉-硼酸熔劑，900℃熔融5～10分鐘，冷卻，稀鹽酸浸出做殘?jiān)厥赵囼?yàn)。通過對(duì)各種酸用量的正交試驗(yàn)，得到的最佳樣品分解條件為：鹽酸5～20mL，硝酸5～15mL，氫氟酸3～8mL，高氯酸3～8mL測(cè)量結(jié)果一致，試樣分解完全，殘?jiān)需F含量很低，不影響測(cè)量結(jié)果，可不回收殘?jiān)?/p>

因此選擇采用加入鹽酸10mL，硝酸5mL，氫氟酸5mL，高氯酸5mL分解試樣， 10mL鹽酸溶解鹽類。為避免懸浮的碳干擾比色，試液需過濾。

2.2 顯色條件試驗(yàn)

光度法分析中顯色效果直接影響到測(cè)量的靈敏度和穩(wěn)定性，而影響顯色效果的因素主要包括顯色酸度、緩沖溶液用量、還原劑種類和用量、顯色劑用量和時(shí)間等。為了確保得到最佳的顯色效果，我們對(duì)這些因素的影響逐一進(jìn)行了條件試驗(yàn)。

2.2.1 顯色酸度選擇

測(cè)量不同PH條件下顯色后的吸光度，結(jié)果見表1：

表1 酸度對(duì)顯色效果的影響

從以上結(jié)果看，pH值2.17～7.9范圍內(nèi)，可達(dá)到最大值，乙酸-乙酸鈉溶液作緩沖溶液可使pH值穩(wěn)定在4～6，本方法選用乙酸-乙酸鈉溶液作緩沖溶液。

2.2.2 緩沖溶液用量選擇試驗(yàn)

顯色時(shí)加入不同量的乙酸-乙酸鈉溶液，顯色后測(cè)量其吸光度，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入6.0～30mL乙酸—乙酸鈉溶液的吸光度是相同的，本方法選用20mL乙酸—乙酸鈉溶液。

2.2.3 還原劑選擇

在含有不同量鐵元素的溶液中，分別用抗壞血酸與鹽酸羥胺作還原劑將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵后顯色，測(cè)量其吸光度，結(jié)果見表2。

表2 不同還原劑對(duì)顯色效果的影響

由上表可知，兩種還原劑的效果一樣，本方法選用抗壞血酸作還原劑。

2.2.4 還原劑用量選擇試驗(yàn)

在含有100μg和400μg的鐵元素的溶液中，分別加入不同量的抗壞血酸進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：抗壞血酸用量0.6～4.0mL所得結(jié)果相同，本方法選用2mL抗壞血酸溶液。

2.2.5 顯色劑用量選擇試驗(yàn)

分別對(duì)100μg和400μg的鐵加入不同量的鄰二氮雜菲進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：使用0.5～4.0mL鄰二氮雜菲的結(jié)果都是相同的，本方法取2mL鄰二氮雜菲溶液。

2.2.6 穩(wěn)定時(shí)間試驗(yàn)

分取一定量的鐵標(biāo)液顯色，放置一段時(shí)間后測(cè)量其吸光度，結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定時(shí)間對(duì)顯色效果的影響

由上表可知，顯色溶液在10～240min內(nèi)穩(wěn)定，本方法采用加入顯色劑后15～60 min內(nèi)測(cè)量。

一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最合適的顯色條件為：采用20mL乙酸—乙酸鈉緩沖溶液控制酸度，加入2mL抗壞血酸溶液，2mL鄰二氮雜菲溶液，顯色液穩(wěn)定15～60 min。

2.3 共存離子干擾試驗(yàn)

保護(hù)渣試樣分解后，溶液中的主要離子為Ca、Mg、K、Na、Al、Mn、Fe等，試驗(yàn)上述離子對(duì)鐵的干擾，結(jié)果見表4。

從以上結(jié)果看，這些元素對(duì)鐵都沒有干擾。由于試樣分解采用了氫氟酸和高氯酸，溶液中殘留的硅是很微量的，所以未考慮硅的干擾。

2.4 準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)

因國內(nèi)暫沒有連鑄保護(hù)渣的標(biāo)準(zhǔn)樣品，無法用標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)該分析方法進(jìn)行驗(yàn)證。采用了原子吸收光譜法和本方法對(duì)四個(gè)保護(hù)渣樣品中的鐵進(jìn)行了比對(duì)實(shí)驗(yàn)。

表4 共存離子干擾試驗(yàn)數(shù)據(jù)

稱取保護(hù)渣樣品1#、2#、3#、4#各0.2000g于聚四氟乙烯燒杯中，加鹽酸10mL、硝酸5mL、氫氟酸5mL，低溫加熱30min分解試樣，加入高氯酸5mL，繼續(xù)加熱冒煙驅(qū)盡氟和硅后，取下冷卻，加入10mL鹽酸和約10mL水，加熱溶解鹽類，冷卻后定容，干過濾后分取一定量試液至100mL容量瓶中，按選定的顯色條件顯色，于波長510nm處測(cè)量其吸光度，從工作曲線上查出相應(yīng)的鐵量，計(jì)算百分含量。每個(gè)樣品分析11次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表5。同一份母液采用原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果見表6。

表5和表6的數(shù)據(jù)表明，兩種方法的檢測(cè)數(shù)據(jù)的極差在分析方法的允許差范圍內(nèi)，且檢測(cè)結(jié)果的一致性良好，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。如表5中所示對(duì)四個(gè)不同水平的試樣進(jìn)行11次平行測(cè)量，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD均小于2%，說明該方法的分析精度良好。

表5 本方法的準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)結(jié)果

表6 原子吸收法的準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)結(jié)果

* (允許差參照GB/T 5069.4-2001 鎂質(zhì)及鎂鋁質(zhì)耐火材料化學(xué)分析方法 鄰二氮雜菲光度法測(cè)定氧化鐵量)

3 結(jié)論

本文建立了采用鄰二氮雜菲光度法測(cè)定連鑄保護(hù)渣中鐵的分析方法。通過實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)試驗(yàn)證明由該方法測(cè)得的具有良好的準(zhǔn)確性和精密度。同時(shí)該方法具有測(cè)量范圍寬，操作簡(jiǎn)便易掌握，穩(wěn)定性好，干擾少等優(yōu)點(diǎn)，因此能夠滿足生產(chǎn)科研過程中連鑄保護(hù)渣中鐵元素含量的檢測(cè)要求。

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