晶質(zhì)石墨礦固定碳含量的測試方法與改進

吳雪松

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

晶質(zhì)石墨礦固定碳含量的測試方法與改進

吳雪松

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

采用非水滴定方法測試晶質(zhì)石墨礦固定碳含量，既降低了檢測成本，又提升了檢測效率。通過對國家標樣GBW03118和GBW03119中固定碳含量的測試結果以及內(nèi)蒙古地區(qū)某礦區(qū)4 000件晶質(zhì)石墨礦固定碳含量的測試數(shù)據(jù)進行相對偏差的統(tǒng)計，證明此方法可用于晶質(zhì)石墨礦大批量固定碳含量測試工作。

晶質(zhì)石墨礦；非水滴定；固定碳

1 概述

石墨是晶體結構介于原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間一種屬六方或三方晶系過渡型晶體的自然元素礦物。根據(jù)結晶程度石墨分為晶質(zhì)石墨(又稱鱗片石墨)和土狀石墨(又稱隱晶質(zhì)石墨、微晶質(zhì)石墨或無定形石墨)兩大類。晶質(zhì)石墨呈單個晶體或片狀晶體的連生體產(chǎn)出，晶質(zhì)石墨礦常伴生有云母、石英、透閃石、透輝石、石榴子石和少量硫鐵礦、方解石、金紅石以及含釩白云母；土狀石墨由煤層接觸變質(zhì)形成。

石墨的結晶程度不同，用途大不相同。晶質(zhì)石墨的用途極其廣泛，比如作耐火材料、潤滑劑，軍事上作石墨炸彈破壞對方電網(wǎng)，用于環(huán)境保護、醫(yī)用敷料和高能燃料。然而土狀石墨用途就比較狹窄，主要用作耐火材料。本文主要論述石墨的結晶程度不同所采用的固定碳測試方法。

2 測試方法

晶質(zhì)石墨礦床：風化礦石，邊界品位2%～3%，工業(yè)品位2.5%～3.5%；原生礦石，邊界品位2.5%～3.5%，工業(yè)品位3%～8%。固定碳含量在這個范圍的，如果采用差減重量法測定，測試結果復現(xiàn)性差，準確度低；如果采用現(xiàn)行的燒堿石棉吸收重量法，測試速度較慢，不適合大批量的測試。目前市場有較為先進的固定碳測試儀器，紅外碳硫測定儀，但是儀器測試在很大程度上會涉及經(jīng)濟效益的問題，另外檢出限受限制。下面介紹的是采用傳統(tǒng)的非水滴定法測試晶質(zhì)石墨礦固定碳含量的方法。

2.1 試劑

氫氧化鉀(固體)、無水乙醇(95%)、麝香草酚酞(指示劑)、二乙烯三胺、硫酸、高錳酸鉀、雙氧水、無水氯化鈣(經(jīng)二氧化碳飽和并于200～205℃烘干約1h)、基準碳酸鈣(純度＞99.95%)、硝酸(ρ1.42g/mL)。

非水滴定液：配置3 000mL為例，準確稱取氫氧化鉀16.80g于無水乙醇中，加入0.1%麝香草酚酞300mL，加300mL二乙烯三胺，用無水乙醇稀釋至3 000mL，搖勻，過濾。

2.2 儀器設備

管式高溫爐、電子天平、固定碳測定裝置、洗氣瓶(內(nèi)裝濃硫酸)、干燥塔(內(nèi)裝無水氯化鈣)、瓷管(長100～110cm，管內(nèi)一側填充銅絲網(wǎng)和鉻酸鉛)。

2.3 操作過程

檢查裝置是否漏氣，準確稱取0.1～0.5g試樣于瓷舟(經(jīng)過灼燒除去碳和硫)，試樣均勻鋪于瓷舟中，滴入硝酸7～10滴，放置在電熱板上加熱，試樣蒸干為宜，注意電熱板溫度在350±20℃為宜，硝化溫度太低，碳酸鹽和有機碳去除不完全，烤干的試樣取下冷卻，按順序排放于托盤中，然后連接儀器裝置，待管式爐升溫至規(guī)定的的溫度(1 240±20℃)，通入氧氣，調(diào)節(jié)吸收器內(nèi)氣泡速率，每秒5～6個氣泡為宜，同時檢查整個裝置的密封性，進行空白試驗，通入氧氣5min，非水滴定液顏色5min內(nèi)不變色。然后取下瓷管前端的橡皮塞，將上述處理好試樣的瓷舟推至瓷管中的高溫區(qū)，迅速塞緊橡皮塞，通入氧氣，滴定至非水滴定液至最初標定的藍色，為試樣的終點，同批試樣需用基準碳酸鈣標定3份平行試樣，反算滴定液的滴定度，計算樣品中固定碳的含量；計算公式如下：

ω(CGD)=T×V/G

式中：T——非水滴定液的滴定度(由基準碳酸鈣標定)；

V——消耗體積(mL)；

G——試樣的重量(g)。

固定碳測定裝置流程為：氧氣瓶→氫氧化鉀吸收液(400g/L)→5%高錳酸鉀溶液→濃硫酸→無水氯化鈣→管式高溫爐→雙氧水→干燥塔→吸收器。

3 檢測結果與評估

用此方法測試內(nèi)蒙古地區(qū)某礦區(qū)晶質(zhì)石墨礦固定碳含量，得到了客戶的肯定，此法測試4 000余件晶質(zhì)石墨礦與遼寧測試研究所進行5%的外檢評估，外檢單位測試固定碳部分比對結果見表1。

表1的數(shù)據(jù)結果是從200件外檢評估報告中截取的20件比較有代表性的結果，判斷結論為外檢評估合格率為100%。

隨批次加入的國家標準樣品G B W 0 3 1 1 8和GBW03119固定碳含量見表2。

表2中數(shù)據(jù)結果證明此方法可用于晶質(zhì)石墨礦固定碳含量的測試。

表1的數(shù)據(jù)比對結果表明，改進后的非水滴定法測定晶質(zhì)石墨礦固定碳含量相對偏差均在允許誤差范圍內(nèi)。國家標準樣品GBW03118的重復測試5組數(shù)據(jù)得出平均相對偏差RSD為2.423%；國家標準樣品GBW03119的重復測試5組數(shù)據(jù)得出平均相對偏差RSD為0.838%，均在允許誤差范圍內(nèi)。

此方法用于測試晶質(zhì)石墨礦固定碳的含量，結果準確度高、裝置簡便、成本低、提升了檢測效率，可作為晶質(zhì)石墨礦固定碳含量的測試方法。此方法使用了多年，在裝置和試劑上做了許多的改進，但始終未作為標準方法使用，希望此文能給更多的讀者帶來幫助。

表1 內(nèi)蒙古地區(qū)某礦區(qū)樣品測試結果比對

表2 國家標準樣品測試準確度表

[1]邵厥年，陶維屏.礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，2010.

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[4]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.JC/T1021.5-2007 石墨礦化學分析方法[S].北京：中國建材工業(yè)出版社，2007.

P619.252

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2017-03-08