自動測氟儀快速測定鐵礦石中氟含量

張麗偉，王 凡，田小亭，張 磊，王 玥

(內(nèi)蒙金屬材料研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

氟元素是鐵礦石中常見和最主要的有害雜質(zhì)元素之一。在冶煉過程中，氟的燃燒產(chǎn)物以氣體或氣溶膠的形式存在，引起人體氟中毒，污染地下水，給環(huán)境造成負(fù)擔(dān)[1-2]。另外，氟元素對爐子的腐蝕性強(qiáng)，超過4%～5%時，破壞作用明顯，必須采取措施增加爐渣的流動性。因此，氟元素的含量是考察鐵礦石是否優(yōu)質(zhì)的指標(biāo)之一。

目前，檢測鐵礦石中氟含量常用的方法有堿熔-離子選擇電極法[3-4](GB/T6730.28-2006)、高溫水解-離子色譜法等[5-7]。這兩種方法實驗流程復(fù)雜、實驗人員全程跟進(jìn)、配置試劑比較多、高溫熔樣。SDF3000自動測氟儀是根據(jù)高溫燃燒水解-氟離子選擇性電極法測定煤中氟含量：在1100 ℃條件下，試樣(添加石英砂)在氧氣和水蒸氣混合氣流中燃燒，水解，試樣中氟全部轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性氟化物(SiF4或HF)并定量的溶于水中，以氟離子選擇性電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，直接測定試樣中氟離子濃度。該方法簡便、需配置試劑少，自動化程度高。該儀器是湖南三德廠家針對煤中氟含量的測定而生產(chǎn)的。本文主要分析探討該儀器能否用于測定鐵礦石中氟元素的含量。

1 實驗部分

1.1 儀 器

1.1.1 儀器組成

湖南三德生產(chǎn)的自動測氟儀主要結(jié)構(gòu)包括高溫爐、進(jìn)樣機(jī)構(gòu)、氧氣氣路系統(tǒng)、冷凝水箱、水蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)、高溫水解收集裝置、分析池裝置、液體轉(zhuǎn)移裝置、整機(jī)控制系統(tǒng)等部分。

1.1.2 儀器性能指標(biāo)

整機(jī)重量：75 kg，最大功率：2 kW，電源電壓：220 v/50 Hz；檢測限：100 ppm～10%，單樣測試時間：60 min，升溫時間：25～30 min，工作爐溫：(1100±5)℃。

1.1.3 儀器工作流程

實驗流程主要分為高溫燃燒水解、氟離子收集、pH調(diào)節(jié)、氟分析取樣、定容、測試等六個環(huán)節(jié)。

1.1.4 儀器工作原理

高溫燃燒水解-氟離子選擇性電極法測定煤中氟含量：在1100 ℃條件下，試樣(添加石英砂)在氧氣和水蒸氣混合氣流中燃燒，水解，試樣中氟全部轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性氟化物(SiF4或HF)并定量的溶于水中，以氟離子選擇性電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，直接測定試樣中氟離子濃度。

1.2 試 劑

需配置的試劑主要有：NaOH溶液(10 g/L)100 mL、Na3C6H5O7·2H2O-KNO3總離子強(qiáng)度緩沖溶液(147 g Na3C6H5O7.2H2O和10 g KNO3溶于400 mL水中調(diào)節(jié)pH=6.0，定容于500 mL容量瓶中)、KCl飽和溶液、溴甲酚綠-乙醇指示劑(0.1 g溴甲酚綠溶于100 mL乙醇溶液中)。

1.3 試樣制備

按照GB/T10322.1進(jìn)行制取樣。試樣應(yīng)全部通過0.100 mm篩孔。

1.4 工作曲線的制備

準(zhǔn)備100 μg/mL氟標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)鐵礦石中F元素含量范圍，制備工作曲線，由于鐵礦石中F含量較低，從標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別分取1 mL、3 mL、5 mL、7 mL、10 mL定容至100 mL容量瓶中，制成工作曲線(當(dāng)F元素含量<1%時，可以使用本曲線)。標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.9996，斜率為58，符合儀器性能指標(biāo)要求(儀器要求相關(guān)系數(shù)為>0.9990，斜率>55)。

圖1 氟元素標(biāo)準(zhǔn)曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 稱樣量

鐵礦石中氟含量較低，需增大稱樣量來提高離子強(qiáng)度從而提高結(jié)果準(zhǔn)確性，但是樣品量太多會使水解不徹底，并且吸收的氟元素過多容易損壞石英舟、冷凝管的玻璃組件，因此本實驗采用0.25 g稱樣量，精確至0.0001 g。

2.2 準(zhǔn)確度和精密度實驗

使用自動測氟儀對5個鐵礦石類標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行實驗分析，稱取0.25 g標(biāo)樣，配置好試劑，按照儀器操作規(guī)程進(jìn)行實驗，同時采用國標(biāo)GB/T6730.28-2006進(jìn)行比對實驗，實驗結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣品中氟元素測定結(jié)果(n=5)

實驗結(jié)果表明，使用自動測氟儀法和國標(biāo)法的測定結(jié)果均在標(biāo)樣的不確定度范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度較好。

另外，根據(jù)5次實驗結(jié)果對F元素進(jìn)行精密度計算，5個標(biāo)樣相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在0.452%～0.850%之間，本實驗方法的RSD值較小。

2.3 實驗方法可行性分析

自動測氟儀測定的鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)樣品偏差在不確定度范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度和精密度均滿足要求。

自動測氟儀高溫水解實驗溫度為1100 ℃，燃燒時間為 30 min，氧氣流量為400 mL/min。根據(jù)李穎娜等的研究，鐵礦石類試樣水解溫度高于1000 ℃時，水解時間高于25 min，氧氣流量為400 mL/min，樣品能夠充分水解，氟元素能完全釋放[1]，由此可見，本儀器實驗參數(shù)能夠使鐵礦石類試樣充分水解。水解后，試樣中氟離子通過收集吸收、pH調(diào)節(jié)、定容、然后以氟離子選擇性電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，測定試樣中氟離子濃度。

3 結(jié) 論

通過實驗結(jié)果分析，自動測氟儀測定鐵礦石中F元素的準(zhǔn)確度滿足實驗要求，該儀器可用于礦石類中F元素的測定。

自動測氟儀進(jìn)樣、分析、結(jié)果計算完全自動化，整機(jī)單樣實現(xiàn)無人值守，電極參數(shù)自動標(biāo)定，提高了實驗效率。