電解二氧化錳中硫的化學(xué)物相分析

雷順新，何京明，楊旭萍，謝 振，黃 容

(1.橫縣綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心,廣西 南寧 530300; 2.金秀瑤族自治縣食品藥品和計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心,廣西 來(lái)賓 545799; 3.鹿寨縣計(jì)量檢定測(cè)試所,廣西 柳州 545699)

0 前 言

化學(xué)物相分析方法是根據(jù)元素或化合物的化學(xué)性質(zhì)的不同，研究物質(zhì)物相的組成和含量的方法。其已成為地質(zhì)、冶金、化工和環(huán)保等部門(mén)的不可或缺的一項(xiàng)分析檢驗(yàn)項(xiàng)目，用他對(duì)礦石和工業(yè)產(chǎn)品等進(jìn)行評(píng)價(jià)和質(zhì)量監(jiān)控，對(duì)工業(yè)技術(shù)水平的提高起到了積極作用。通過(guò)化學(xué)物相分析可以了解冶金、化工、環(huán)保等過(guò)程中的產(chǎn)品、浸渣、爐渣及煙塵等物料中的元素或化合物的變化情況，對(duì)選定工藝條件和考查工藝效果有實(shí)際指導(dǎo)意義。

硫在自然界主要有3種存在狀態(tài)，即自然硫、硫化物和硫酸鹽。硫的物相分析通常也測(cè)定這3個(gè)相[1]。馬佳翼等[2]采用傳統(tǒng)硫化學(xué)物相分析法確定某高硫礦石中硫的存在狀態(tài)及含量；施玉娟[3]利用高硫礦石硫化學(xué)物相分析的新方法有效對(duì)高硫礦石中的硫的存在狀態(tài)及含量進(jìn)行測(cè)定；秦樹(shù)辰等[4]建立了一種快速、有效表征硫和鐵物相的方法，揭示了硫化鋅精礦氧壓酸浸出渣中硫和鐵元素賦存狀態(tài)以及分布狀態(tài)；李濤[5]通過(guò)熱壓氧化浸出有價(jià)金屬過(guò)程中硫的物相分析，為熱壓氧化浸出以及生物氧化浸出試驗(yàn)提供了可靠的理論依據(jù)；張琦[6]通過(guò)對(duì)不同的選礦產(chǎn)品進(jìn)行硫物相分析，并對(duì)硫物相的分析測(cè)定方法進(jìn)行了研究及探討，認(rèn)為應(yīng)根據(jù)選礦產(chǎn)品類型的不同選擇合適的硫物相分析測(cè)定方法。此外，化學(xué)物相分析為人類科學(xué)有效地監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)環(huán)境以及控制和治理污染提供了一種重要手段，在環(huán)境領(lǐng)域中土壤分析與評(píng)價(jià)、水體沉積物分析與評(píng)價(jià)和工業(yè)廢棄物分析與評(píng)價(jià)中廣泛應(yīng)用[7]。

現(xiàn)在世界上二氧化錳產(chǎn)量中電解二氧化錳約占90%[8-9]。高溫法沉積在陽(yáng)極上的二氧化錳經(jīng)過(guò)剝離、粉碎、漂洗、中和、干燥等處理后即成為電解二氧化錳產(chǎn)品。本文用化學(xué)物相分析法分析電解二氧化錳中硫元素組成及變化情況，探討電池用電解二氧化錳中硫元素主要以何種價(jià)態(tài)硫存在，對(duì)電解二氧化錳生產(chǎn)工藝條件的研究有所參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑

分析中僅使用認(rèn)可的分析純?cè)噭┖头螱B/T 6682—2008規(guī)定的三級(jí)水。四氯化碳、鹽酸、氯化鈉、碳酸鈉、甲基橙、氯化鋇、硝酸銀。

1.2 儀器和設(shè)備

電子分析天平：感量0.1 mg，日本A&D儀器有限公司，型號(hào)規(guī)格GH-200。

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司，型號(hào)規(guī)格GZX-GF101-1 BS-II/H。

箱式電阻爐：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠，型號(hào)規(guī)格SX2-4-10。

1.3 試驗(yàn)方法

電解二氧化錳中硫的化學(xué)物相分析流程見(jiàn)圖1。

圖1 電解二氧化錳中硫的化學(xué)物相分析流程

1.3.1 自然硫分析測(cè)定

稱取5.0 g(精確至0.000 2 g)試料于干燥的150 mL燒杯中，加入50 mL預(yù)熱至50～60 ℃的四氯化碳(先加3～5 mL以混潤(rùn)和搖散試料)，蓋上表面皿，置于50～60 ℃恒溫水浴箱內(nèi)加熱浸取1 h，并經(jīng)常搖動(dòng)。取出后立即將上層溶液過(guò)濾于預(yù)先恒重的100 mL的干燥燒杯中，殘?jiān)偌尤?0～20 mL四氯化碳，于50～60 ℃水浴箱內(nèi)加熱浸取5～10 min，在原濾紙上過(guò)濾，用熱的四氯化碳洗滌3～4次。濾液在低溫電熱板上加熱，蒸除四氯化碳至3～5 mL后，將燒杯移入75～80 ℃的烘箱內(nèi)蒸干，并保持45 min。取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重，根據(jù)燒杯增重計(jì)算自然硫含量，殘?jiān)┫乱徊綑z測(cè)硫酸鹽中的硫用。

1.3.2 硫酸鹽中的硫分析測(cè)定

1)鹽酸—氯化鈉法

稱取約2 g(精確至0.000 2 g)自然硫分析測(cè)定后的殘?jiān)?50 mL縮口燒杯中，加入60～100 mL含2%鹽酸的25%氯化鈉溶液，室溫浸取1 h。過(guò)濾，用50～60 ℃水洗滌5～7次。于濾液中按硫酸鋇重量法測(cè)定硫，結(jié)果為除硫酸鋇外所有硫酸鹽中之硫含量，殘?jiān)M(jìn)一步進(jìn)行硫化物中的硫分析測(cè)。

2)碳酸鈉法

稱取約2 g(精確至0.000 2 g)自然硫分析測(cè)定后的殘?jiān)?50 mL燒杯中，加入100 mL 8%碳酸鈉溶液，煮沸30 min。過(guò)濾，用熱的1%碳酸鈉溶液洗滌5～7次。于濾液中按硫酸鋇重量法測(cè)定硫，結(jié)果為除硫酸鋇外所有硫酸鹽中之硫含量，殘?jiān)鼈溥M(jìn)一步進(jìn)行硫化物中的硫分析測(cè)。

1.3.3 硫化物中的硫分析測(cè)定

乙酸—過(guò)氧化氫浸取法：將鹽酸—氯化鈉法或8%碳酸鈉溶液硫酸鹽中的硫的殘?jiān)?，置?50 mL燒杯中，加入50 mL乙酸—過(guò)氧化氫(1∶1)溶液，放在溫度為65～75 ℃水浴上浸取1 h(浸取過(guò)程中，不斷攪拌)；1 h后，加入10 mL過(guò)氧化氫，繼續(xù)浸取1 h。取下，用致密濾紙過(guò)濾，用65～75 ℃水洗滌殘?jiān)盀V紙7～8次，濾液收集于400 mL燒杯中，加熱煮沸除去過(guò)氧化氫，以甲基橙為指示劑。用1∶1鹽酸中和至出現(xiàn)紅色再過(guò)量3 mL，加水稀釋至200 mL。溶液加熱至沸，在攪拌下趁熱加入 10 mL 10%氯化鋇溶液，使硫酸鋇沉淀。以下試驗(yàn)步驟按硫酸鋇重量法進(jìn)行，計(jì)算硫化物中硫的含量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 自然硫分析測(cè)定結(jié)果

2.2 硫酸鹽中的硫分析測(cè)定結(jié)果

2.3 硫化物中的硫分析測(cè)定

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)某電解二氧化錳產(chǎn)品中硫的化學(xué)物相分析方法研究，采用四氯化碳法來(lái)分離電解二氧化錳產(chǎn)品中的單質(zhì)硫；弱酸性的氯化鈉—鹽酸溶液或堿性的碳酸鈉作為溶劑分離電解二氧化錳產(chǎn)品中的硫酸鹽；乙酸—過(guò)氧化氫浸取分離電解二氧化錳產(chǎn)品中的硫化物。某電解二氧化錳產(chǎn)品中各價(jià)態(tài)硫含量總和與總硫量吻合，試驗(yàn)證明無(wú)單質(zhì)硫存在，以硫酸鹽存在的硫和以硫化物存在的硫分別為13%～15%和85%～87%。