PDF《高频红外吸收光谱法测定铝土矿赤泥中 总碳和总硫含量》

第!卷增刊 # $ !年 $月!!!! 中国无机分析化学 % &

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% % / 高频红外吸收光谱法测定铝土矿赤泥中 总碳和总硫含量 张炜华 中国铝业股份有限公司 郑州研究院 郑州 = F $ $ = F 摘!要!试样放入高频燃烧器中! 在富氧条件下高频感应加热燃烧%其中的总碳和总硫分别被氧化为 二氧化碳和二氧化硫! 根据红外气体分析仪的检测器能量的变化! 检测总碳和总硫含量%进行了称样量 实验! 助溶剂选择及加入量实验! 通过工作曲线法$ 增量法$ 加标回收实验$ 重复性实验等研究确立了红 外吸收光谱法测定赤泥中总碳$ 总硫含量的方法&

测定结果准确度满足要求! 通过测定结果比对并与测 定方法值对照! 方法准确度高! 误差小! 实用性强% 关键词!铝土矿赤泥&

碳&

硫&

氧化铝&

高频红外吸收光谱法 中图分类号 D E F G H ! ! BI G = = H #Y !!!文献标识码 5!!文章编号 # $ J F @ $ ! F # $ ! ;

$ @ $ $ # @ $ F 收稿日期 # $ ! @ $ J @ E!!修回日期 # $ ! @ $ J @ K 作者简介 张炜华! 女! 教授级高工! 主要从事化学分析研究%A @

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8 % !前言 铝土矿赤泥是一种用铝土矿为原料生产氧化铝 时! 排除的工业残渣%它分为拜耳法赤泥和烧结法 赤泥%随着氧化铝生产工艺优化和铝土矿赤泥资源 的综合利用! 要求 快速$ 准确 的测定 铝土矿 赤泥中 碳$ 硫的含量%赤泥中碳$ 硫含量一般为$ H`N! 有 时也可达到 N !FN%目 前用气 体体积法$ 灼烧 @ 非水滴定法$ 重量 法测定铝 土矿赤泥 中的碳$ 硫含 量! 方法操作繁琐$ 速度慢$ 滴定终点不明显! 分析结 果不稳定! 不能满足大批样品分析% 建立一种快速$ 准确$ 灵明度高$ 成本低的测定 铝土矿赤泥中碳$ 硫的 方法 具有十分重 要的意义% 使用新型高频燃烧 @ 红外碳硫分析仪可以固体进样! 红外检测! 测定赤泥样品中的碳$ 硫含量! 方法准确 度高! 分析速度快! 流程简单! 分析成本低* @ =+ % $ !实验部分 $ &

$!试剂及材料 高氯酸镁'

无水$ 粒状&

碱石棉'

粒状&

玻璃棉&

钨粒'

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$ H $ $ $ K N! ;

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$ H $ $ $ F N! 粒度$ H = ! $ H K88% 纯铁'

纯度大于JJHKN!碳$硫含量小于$H$$#N! 粒度$ H K! H E K88% 氧气'

纯度大于J J H J F! 其它级别的氧气若能获 得低空白值时也可以使用% 动力气源'

氮气或压缩空气! 其杂质 水和油# 小于$ H FN% 专用瓷坩埚'

b %]# F88b# F88! 并在高于 # $ $ L的高温炉中加热灼烧=&

或通氧灼烧至空 白值为最低% 基准 % / % D !'

$ F L烘干#&

! 冷后置于干燥器 中备用! %# ] #N% 硫酸钾 优级纯# '

$ F L烘干#&

! 冷后置于干 燥器中备用! ;

# ] K H =N% 材字# # J碳素钢标样* %# ]$ H $ G KN! ;

# ] $ H $ F FN+ % 钢铁标准 样品VWX $ F ! =* %# ] $ H ! J J^ $ H $ $ K # N! ;

# ] $ H ! # J^$ H $ $ E # N+ % $ &

.!主要仪器 % ;

@ # $ $ $ 双炉碳硫分析仪 德国AMBC5公司# '

氧气压力$ H F>

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氮气压力$ H =!$ H E>

? / % 红外池空载电压控制'

一$ H F!Y$ H F9% 高温马弗炉$ 玛瑙研钵$ 烘箱$ 干燥器% $ &

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!测量原理 铝土矿赤泥试样放入高频燃烧器中! 在富氧的 条件下高频感应加热燃烧%其中的碳和硫被氧化成 二氧化碳和二氧化硫气体! 被过剩的氧气载入各自 的红外线气 体分析仪的测量池! 分别在=H#E##

8 和G H = $#

8 处具有很强的特征吸收带! 此吸收能与 其浓度成正比! 根据检测器接受到能量的变化! 红外 检测碳和硫%其它气体成分不干扰测定! 通过显示 仪直接读出试样中碳和硫的含量% % ;

@ # $ $ $提供= 个独立的红外池'

两个碳池两 个硫池! 这种配置适合于高低含量的测定过程中自 动转换! 不用操作人员设定%红外线池发射的信号 与二氧化碳和二氧化硫的浓度成比例关系! 由信号 乘上校准值! 再除以样品质量! 定量得到 %N和;

N 含量% $ &

2!分析步骤 $ &

2 &

$!仪器准备 打开仪器电源开关! 预热 #&

! 在测 定样品前! 使其处于稳定状态&

打开 ? M D B % ;

软件&

将仪器由 待机开启到高频炉测定状态! 打开氧气$ 氮气至设定 的压力&

设置仪器参数! 选择通道$ 校正系数% $ &

2 &

.!校正实验 在! ! F个专用瓷坩埚内分别称取$ H # $!$ H = $3 左右 准确至$ H

8 3 # 的标准碳素钢标准样品! 覆盖 H K3钨粒助熔剂! 放在高频燃烧器的坩埚托上! 通入 氧气气流! 燃烧%校准仪器的低碳和低硫通道% 在!!F个专用瓷坩埚内分别称取$ H #3纯铁 去皮后! 称$ H $ $$3基准 % / % D !! 记录其质量&

覆盖$ H #3纯铁和 H K3钨粒助熔剂&

放在高频燃烧器 的坩埚托上! 通入氧气气流! 燃烧%校准仪器的高碳 通道%也可以用含碳量高的碳素钢标准样品校正高 碳通道% 在!!F个专用瓷坩埚内分别称取$ H #3纯铁 去皮后! 称$ H $ $$3优级纯硫酸钾! 记录其质量&

覆盖$ H #3纯铁和 H K3钨粒助熔剂&

放在高频燃烧 器的坩埚托上! 通入氧气气流! 燃烧&

校准仪器的高 硫通道%也可以用含硫高的碳素钢标样校正高硫通 道% $ &

2 &

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!空白实验 称取$ H = $ $3纯铁置于坩埚内! 覆盖 H K3钨粒 助熔剂! 放在高频 燃烧器的 坩埚托上! 通入 氧气气 流! 燃烧&

重复足够次数%直至得到低而比较一致的 读数! 记录至少三次读数! 计算平均空白值! 并参考 仪器说明书将空白值输入到分析仪中! 则仪器在测 量试样时会进行空白值的电子自动扣除%如果连续 测定!次空白实验! 碳$ 硫含量均小于检出限 $H$$$!N# ! 在空白的扣除中! 可忽略不计! 即空白 值为$! 如果空白值高出检出限! 要在分析结果中扣 除空白值% $ &

2 &

2!样品测定 输入分析编号! 在天平上放上瓷坩埚! 去皮&

加入$ H # $3纯铁屑! 称取$ H $ $$3试样! 按Z =键! 与 天平相连的计算机软件系统自动记录称取样品的质 量&

覆盖$ H #3纯铁屑和 H K3钨粒&

置于坩埚托上&

按/ Z F

0 仪器自动分析试样%铝土矿中的碳和硫在 富氧的条件下高频感应加热燃烧! 释放出二氧化碳 和二氧化硫气体! 在载气流的推动下进入红外池! 直 接测得铝土矿中的总碳和硫含量! 分析结束后! 结果 自动显示并存储% .!结果与讨论 . &

$!分析试样的处理 将铝土矿赤泥样品缩分! 使其具有充分的代表 性! 试样应全部通过G F ! # $#

8 筛! 分析前应在 $ F ! $L的烘箱中干燥! 置于干燥器中冷却至室温% . &

.!仪器校正系数的获得 由于铝土矿赤泥是低电磁感应样品! 燃烧过程 中! 有可能会产生燃烧不完全! 特别是碳$ 硫含量低 的标准样品! 对仪器校正系数有影响&

方法选择能燃 烧完全释放碳$ 硫的钢铁标准样品来校准低碳和低 硫通道! 选择基准 % / % D ! 碳的含量为 # H $ $N# ! 校正高碳通道! 选择光谱纯c#;

D= 硫的含量为 KH=N# ! 校正高硫通道% . &

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!试样称样量的选择 选择测 量范围! 分析标准样品碳素钢 材字##J#!校准仪器! 得到一个新精确校正系数% 用赤泥标准样品* %# ]$ H = N! ;

# ]$ H = GN+ 做实验%加入$ H #3纯铁屑于坩埚中铺底! 分别加 入该 标准样品 F! ! $! F $! G $! J $! # $! F $! # $ $! # F $8

3 于坩埚内! 再分别加入$H#3 纯铁屑和约 HK3钨粒! 置于坩埚托上! 按分析开始键/ Z F0 ! 开 始分析! 结果见表 % 称样量的多少要看样品是否充分燃烧$ 转化和 相应于分析器的灵敏度所对应的红外池长度%称样 量低于 $ $8 3时! 其精度也会降低! 因为样品的不 均匀和低称样量的误差影响所致%过高! 样品不能 充分燃烧! 影响测定结果的准确性%实验表明! 样品 质量为 $ $!# $ $8 3内测定结果最好! 称样量最高 不要超过# F $8

3 % ! 增刊 张炜华'

高频红外吸收光谱法测定铝土矿赤泥中总碳和总硫含量 表$!称样量选择实验结果 称样量(

8 3 ! $ H ! $ F # H = F $ H # K ! H # $ # H ! # ! H ! F # H G J E H K # F # H ! # F = H G 硫结果(N $ H # J # $ H ! E F $ H ! F $ $ H ! # K $ H = G = $ H = K $ H = E ! $ H = F $ H = G $ $ H = $ 碳结果(N $ H ! K $ H = $ = $ H ! K K $ H = # $ H = F $ H = $ $ H = # $ H = $ H = F F $ H= G $ 分析时间( * = F = ! = F F ! F $ = K F $ = ! E $ E J 实验现象 峰很小 峰很小 峰很小 单峰 峰好 峰好 峰好 峰好 拖尾 不是锐峰 拖尾 . &

2!助熔剂的选择 助熔剂的作用主要是提供试样氧化热量! 改善 熔化性能! 使试样能够充分$ 稳定$ 无飞溅地燃烧% 常用的助熔剂有钨粒$ 纯铁$ 锡粒$ 纯铜及镍等%铝 土矿是低磁性物质! 在高频交变磁场中吸收能量较 小! 加热升温较慢%选择纯铁高电磁感应性金属可 以增加样品的导磁性! 提高样品的升温速度&

铁在燃 烧氧化过程中释放出较大的热量! 能提高........