硫酸鋇重量法測(cè)定硫條件實(shí)驗(yàn)探討

漆寒梅 周言鳳 陳利娟 文 靜

(湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 資源環(huán)境系，湖南 株洲 412000)

前言

鐵礦石是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的重要原材料[1-2]，而鐵礦石中的硫影響著鋼鐵的質(zhì)量，因此鐵礦石中的硫含量是鋼鐵企業(yè)重要的檢測(cè)指標(biāo)。采用硫酸鋇重量法分析鐵礦石中的硫時(shí)，分解樣品的方法有過(guò)氧化鈉-碳酸鈉全熔融法[3]、和碳酸鈉-氧化鋅半熔分解法[4]。過(guò)氧化鈉-碳酸鈉全熔融法對(duì)剛玉坩堝具有腐蝕性，會(huì)引入錫、鋁、鉻等雜質(zhì)，干擾后續(xù)測(cè)定[5-6]。傳統(tǒng)的碳酸鈉-氧化鋅半熔分解法，對(duì)坩堝腐蝕性小，不易引入雜質(zhì)元素，但不適用于重晶石以及含重晶石成分樣品中硫的測(cè)定[7-8]。

本文按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6730.16—2016中改進(jìn)的硫酸鋇重量法測(cè)鐵礦石中硫含量，探討了熔劑用量、氯化鋇濃度以及沉淀時(shí)的保溫時(shí)間和保溫溫度對(duì)鐵礦中硫含量檢測(cè)的影響，獲得測(cè)定鐵礦石中硫含量的最佳實(shí)驗(yàn)條件。鐵礦石樣品經(jīng)過(guò)碳酸鈉和氧化鋅混合熔劑熔融后，用水浸取，過(guò)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(jì)算其含量。鉻、錫和磷對(duì)測(cè)定結(jié)果有干擾，可分別采用過(guò)氧化氫、檸檬酸和碳酸鈣消除。其含量檢測(cè)范圍0.300%～5.00%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑和儀器

碳酸鈉-氧化鋅混合熔劑：粒度小于125 μm的碳酸鈉和氧化鋅按質(zhì)量比3∶2混勻，氯化鋇溶液，碳酸鈉溶液(20 g/L)，鹽酸，所用試劑均為分析純?cè)噭?/p>

電子天平，可調(diào)速磁力攪拌器，馬弗爐，中速定性濾紙，慢速定量濾紙，真空抽濾器、濾膜、濾瓶。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取2.0 g(精確至0.000 1 g)標(biāo)準(zhǔn)鐵礦石(硫含量為0.036%)為樣品，實(shí)驗(yàn)過(guò)程按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 6730.1—2016進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔劑用量條件實(shí)驗(yàn)

為了使半熔產(chǎn)物分解轉(zhuǎn)化更徹底，探究最佳的熔劑用量，以標(biāo)準(zhǔn)鐵礦石(硫含量為0.036%)為樣品，取7個(gè)樣，每個(gè)樣帶平行樣，其他條件不變，過(guò)濾時(shí)抽濾，只改變?nèi)蹌┯昧浚謩e為4、6、8、10、12、14、16 g，考察不同熔劑用量下對(duì)硫回收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 熔劑用量對(duì)硫回收率的影響

從表1可知，熔劑用量越多硫回收率越高，熔劑用量為14、16 g時(shí)，硫回收率高達(dá)99.9%。熔劑用量低，礦石分解不完全，測(cè)定結(jié)果偏低。2.0 g標(biāo)準(zhǔn)鐵礦石(硫含量為0.036%)，消耗熔劑量14 g，分解反應(yīng)基本完全。考慮實(shí)驗(yàn)成本和稱量，故選擇用量為14 g。

2.2 氯化鋇濃度條件實(shí)驗(yàn)

沉淀過(guò)程中加入氯化鋇溶液，使硫酸根變成硫酸鋇沉淀，探究最佳氯化鋇濃度對(duì)硫酸根最大程度地轉(zhuǎn)化成硫酸鋇，按照國(guó)標(biāo)方法沉淀過(guò)程，取6份樣品，每個(gè)樣都帶個(gè)平行樣，在不改變其他實(shí)驗(yàn)條件下加入10 mL不同濃度的氯化鋇溶液，通過(guò)實(shí)驗(yàn)考察氯化鋇濃度對(duì)硫回收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 氯化鋇濃度對(duì)硫回收率的影響

結(jié)果顯示，氯化鋇濃度為100 g/L時(shí)硫回收率最高，高達(dá)99.9%。氯化鋇濃度小于100 g/L時(shí)，沉淀反應(yīng)不完全，硫的回收率隨著氯化鋇濃度增加而增加。當(dāng)氯化鋇濃度大于100 g/L時(shí)，由于鹽效應(yīng)的影響，硫的回收率隨著氯化鋇濃度增加而降低。

2.3 保溫溫度和時(shí)間對(duì)沉淀的影響

重量分析對(duì)沉淀的要求很高，必須保證沉淀應(yīng)易于過(guò)濾和洗滌，顆粒較大的晶形沉淀相對(duì)而言比表面積小。為此，探討了沉淀時(shí)溶液保溫時(shí)間長(zhǎng)短及溫度高低的影響，尋求最佳的沉淀?xiàng)l件實(shí)驗(yàn)。在不改變其他實(shí)驗(yàn)條件下，以標(biāo)準(zhǔn)鐵礦石(硫含量為0.036%)為樣品改變保溫溫度或保溫時(shí)間，將實(shí)驗(yàn)后得到的沉淀通過(guò)掃描電鏡探究晶型，如圖1、圖2所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在同等放大倍數(shù)下保溫溫度升高，晶形沉淀顆粒粒徑減小。保溫溫度為60 ℃，保溫時(shí)間2 h可以獲得粒徑較大的晶形沉淀。

圖1 保溫溫度對(duì)BaSO4沉淀粒徑的影響(放大5 000倍)Figure 1 Effect of holding temperature on grain size of BaSO4(Magnified 5 000 times).

圖2 保溫時(shí)間對(duì)BaSO4沉淀粒徑的影響Figure 2 Effect of holding time on grain size of BaSO4.

2.4 方法的準(zhǔn)確度和精密度

選取標(biāo)準(zhǔn)鐵礦石(硫含量為0.036%)，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定樣品中的硫，平行測(cè)定10次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3顯示，該方法具有較高的準(zhǔn)確度和精密度，相對(duì)誤差為-2.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.3%。

表3 方法的準(zhǔn)確度與精密度

3 結(jié)論

改進(jìn)的碳酸鈉-氧化鋅半熔硫酸鋇重量法測(cè)定鐵礦石中硫，碳酸鈉-氧化鋅混合熔劑的用量，沉淀劑氯化鋇的濃度均影響硫的轉(zhuǎn)化率。碳酸鈉-氧化鋅混合熔劑用量少，礦石分解不完全，硫回收率少。沉淀劑氯化鋇的量添加少，沉淀反應(yīng)不完全，硫回收率低；氯化鋇過(guò)量，反而因?yàn)辂}效應(yīng)，導(dǎo)致部分硫酸鋇沉淀溶解，硫回收率低。沉淀時(shí)的保溫溫度和保溫時(shí)間影響B(tài)aSO4沉淀顆粒的大小，保溫溫度升高，晶形沉淀顆粒粒徑減小。