CN101706472A - 一种快速准确测定石膏品位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速准确测定石膏品位的方法，主要原理是利用电化学方法借助相关仪器——库伦定硫仪测定石膏中的硫含量，然后根据所测得的硫或三氧化硫的含量计算所测石膏原料的品位。该方法与重量法和原子吸收分光光度法两种测硫方法进行对比，具有操作简单快速，所测定的石膏品位偏差小，结果更准确。

Description

一种快速准确测定石膏品位的方法

技术领域

本发明涉及一种石膏品位的测定方法。

背景技术

石膏品位通常指二水硫酸钙占原料的百分含量。二水硫酸钙的化学成分为CaO、SO₃、H₂O，剔除杂质因素，我们可用任一化学成分的百分含量计算品位，而且相等，即4.7785H₂O＝2.15SO₃＝3.07CaO，依次称为水值、硫值、钙值。理论上，我们只要知道了石膏中CaO、SO₃、H₂O任意一种的百分含量，就能计算出石膏的品位。实际上石膏原料中含有各种杂质，可能影响到水值、硫值、钙值的准确性。

现在使用的石膏品位的测定方法主要依据国家标准《石膏化学分析方法》(GB5484-2000)中相关的结晶水、三氧化硫的测定测出结晶水、三氧化硫百分含量再计算相应的水值、硫值。其中采用230℃测定结晶水并计算品位的方法，更适用于高品位石膏或含水杂质少的天然石膏，在测定含水杂质或有机成分多的石膏品位时误差很大。采用重量法测定三氧化硫含量并计算石膏品位的方法需6～8小时，耗时间长而操作繁琐，不便于快速测定。

发明内容

为解决现有技术中对石膏品位测定存在的不足，本发明提供了一种快速准确测定石膏品位的方法，其所采取的技术方案为：

该测定方法包括以下步骤：

(1)试样预处理：将石膏样品混匀后按GB/T5484-2000要求制备试样，用电子分析天平称取1g试样在850℃的马弗炉中灼烧30min，计算石膏试样的烧失量；

(2)测定前准备：接通库伦定硫仪电源，将高温炉升温并控制在1150℃～1200℃，开动供气泵和抽气泵并将抽气流量调节到1000ml/min，在保持抽气下将300ml电解液加入电解池内，开动磁力搅拌器，其中电解液的配比为10g碘化钾和10g溴化钾溶于250～300ml蒸馏水中，加20ml冰乙酸；

(3)调节电解液电位平衡：在瓷舟中放入不超过50mg的含硫样，并盖一薄层三氧化钨，将瓷舟置于库伦定硫仪右英舟上，送进高温炉内，库伦滴定随即开始，如果实验结束后库伦积分器的显示值为零，应再次调节直至显示值不为零为止；

(4)库伦定硫仪的标定：称取0.018～0.022g已知品位和三氧化硫含量的标准石膏样品按下述步骤进行测定，连续测定五次：在库伦定硫仪“校正系数”项中，选择五次标准样品测定值，在实际值项输入已知的标准石膏板样品的三氧化硫百分含量，点击程序中“校正”按钮，控制程序完成库伦定硫仪的仪器标定；

(5)库伦滴定测试：称取0.018～0.022g经过高温烧失处理的石膏试样，精确至0.0001g，将试样均匀平铺于瓷舟上，其上盖一薄层三氧化钨，将瓷舟置于库伦定硫仪石英舟上，开动库伦定硫仪控制程序，试样被送进高温炉内，在三氧化钨的催化作用下分解逸出的SO₂随抽气流被抽入电解池中与水化合成亚硫酸，库伦滴定随即开始，亚硫酸被电解池阳极电解出的碘、溴氧化生成硫酸，试验结束库伦积分器通过电解消耗电量计算出硫或三氧化硫的百分含量并显示结果；

(6)按下式计算石膏品位：

$G(\%)=\frac{5.375S_d}{(100-X_{\mathrm{Loss}})}\·100$ 或 $G(\%)=\frac{2.15{\mathrm{SO}}_3}{(100-X_{\mathrm{Loss}})}\·100$

式中：G——石膏试样的品位，％；

      S_d——库伦定硫仪测出试样中硫含量，％；

      SO₃——库伦定硫仪测出试样中三氧化硫的百分含量，％。；

      X_Loss——石膏试样高温处理时烧失量，％。

本发明使用的原理是库伦定律即法拉第电解定律，即当电流通入电解液中，在电极下析出的物质的量与通过电解液的电量成正比，并借助相关仪器——库伦定硫仪测定石膏中的硫含量，然后根据所测得的硫含量计算二水硫酸钙的百分含量，从而得出所测石膏原料的品位。

本发明采用库伦定硫仪测法测定石膏品位，其结果准确，操作简便，耗时短，相对偏差小于0.06％；对天然石膏、工业石膏等都能适用，尤其适用于物理水和杂质含量高的工业副产石膏。其结果要比水值法测定操作更快，石膏品位更准确。

本发明方法与其它方法测定的石膏品位对比如下：

测定方法	结晶水法	重量法测硫	本发明
				测定消耗时间	1h	7h	10～15min
试样处理时间	2h	2h	2h
				相对误差	0.1％	0.25	0.06％

本发明方法对于含有硬石膏或亚硫酸钙的石膏品位测定值偏高，应与结晶水对比使用，消除硬石膏或亚硫酸钙对品位测定的影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述：

本发明石膏品位的测定方法包括以下步骤：

(1)试样预处理：将石膏样品混匀后按GB/T5484-2000要求制备试样，用电子分析天平称取烘去附着水后已恒量的试样1g，精确到0.0001g，用灰皿盛放称取的试样在850℃的马弗炉中灼烧30min，取出灰皿置于干燥器中冷却，称量，反复灼烧，直至恒量，按下式计算石膏试样的烧失量；

$X_{\mathrm{Loss}}(\%)=\frac{m_0{+m}_1-m_2}{m_1}\·100$

式中：X_Loss——试样高温处理时烧失量，％；

      m₀——灰皿的质量，g；

      m₁——灼烧前试样的质量，g；

      m₂——灼烧后试样与灰皿的质量，g。

称量完成的已灼烧试样重新放入干燥器中保存待测。

(2)测定前准备：接通库伦定硫仪电源，将管式高温炉升温并控制在1150℃～1200℃。开动供气泵和抽气泵并将抽气流量调节到1000ml/min。在保持抽气下将300ml电解液加入电解池(电解池内装有搅拌子)内，开动磁力搅拌器(作用为使电解液旋转搅拌，一方面使SO₂被充分吸收，另一方面使阳极上析出的碘和溴迅速扩散)。其中电解液的配比为10g碘化钾和10g溴化钾溶于250～300ml蒸馏水中，加20ml冰乙酸。

(3)调节电解液电位平衡：在瓷舟中放入不超过50mg的含硫样(该含硫样可以是灼烧处理后的待测样，也可以是煤样)，并盖一薄层三氧化钨，将瓷舟置于库伦定硫仪石英舟上，送进高温炉内，库伦滴定随即开始，如果实验结束后库伦积分器的显示值为零，应再次调节直至显示值不为零为止。

(4)库伦定硫仪的标定：在调节电解液电位平衡后，称取0.018～0.022g标准石膏样品(已知品位、三氧化硫含量)按下述步骤进行测定，连续测定五次。在定硫仪“校正系数”项中，选择五次标准样品测定值，在实际值项输入已知的标准石膏板样品的三氧化硫百分含量，点击程序中“校正”按钮，控制程序完成库伦定硫仪的仪器标定。

(5)库伦滴定测试：称取0.018～0.022g经过高温烧失处理的石膏试样，精确至0.0001g，将试样均匀平铺于瓷舟上，其上盖一薄层三氧化钨，将瓷舟置于库伦定硫仪石英舟上，开动库伦定硫仪控制程序，试样被送进温度稳定在1150℃高温的高温炉内，在三氧化钨的催化作用下分解逸出的SO₂随抽气流被抽入电解池中与水化合成亚硫酸，然后用电解碘化钾和溴化钾生成的碘和溴来氧化滴定亚硫酸。其反应式如下：

电解反应式：

阳极：2I^--2e＝I₂

      2Br^--2e＝Br₂

阴极：2H⁺+2e＝H₂↑

碘(溴)氧化亚硫酸的反应：

I₂+H₂SO₃+H₂O＝H₂SO₄+2H⁺+2I^-

Br₂+H₂SO₃+H₂O＝H₂SO₄+2H⁺+2Br^-

根据电解碘、溴消耗的毫库伦电量(毫安·秒)利用库伦定律通过库伦积分器计算硫(S_d)或三氧化硫(SO₃)的质量分数(％)，并显示结果。

硫(Sd)或三氧化硫(SO₃)计算公式如下：

$S_d(\%)=\frac{C\×16\×100}{96500\×M}$ 或 ${\mathrm{SO}}_3(\%)=\frac{C\×16\×100\×2.5}{96500\×M}$

式中：S_d——试样中硫元素的质量分数，％；

      SO₃—试样中三氧化硫的质量分数，％；

      C——电解消耗的毫库伦电量＝电流(mA)×时间(s)；

      16——硫的摩尔质量；

      2.5——硫元素转换为三氧化硫的系数；

      96500——法拉第常数；

      M——石膏式样的质量，mg。

(6)石膏品位G可按下式计算：

$G(\%)=\frac{5.375D_d}{(100-X_{\mathrm{Loss}})}\·100$ 或 $G(\%)=\frac{2.15{\mathrm{SO}}_3}{(100-X_{\mathrm{Loss}})}\·100$

式中：G——石膏试样的品位，％；

      S_d——库伦定硫仪测出试样中硫含量，％；

      SO₃——库伦定硫仪测出试样中三氧化硫的百分含量，％；

      X_Loss——试样高温处理时烧失量，％。

预处理测定烧失量，并在品位计算公式中引入烧失量可消除石膏样品中亚硫酸钙对品味测定的影响。

Claims (1)

1.一种快速准确测定石膏品位的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)试样预处理：将石膏样品混匀后按GB/T5484-2000要求制备试样，用电子分析天平称取1g试样在850℃的马弗炉中灼烧30min，计算石膏试样的烧失量；

(2)测定前准备：接通库伦定硫仪电源，将高温炉升温并控制在1150℃～1200℃，开动供气泵和抽气泵并将抽气流量调节到1000ml/min，在保持抽气下将300ml电解液加入电解池内，开动磁力搅拌器，其中电解液的配比为10g碘化钾和10g溴化钾溶于250～300ml蒸馏水中，加20ml冰乙酸；

(3)调节电解液电位平衡：在瓷舟中放入不超过50mg的含硫样，并盖一薄层三氧化钨，将瓷舟置于库伦定硫仪石英舟上，送进高温炉内，库伦滴定随即开始，如果实验结束后库伦积分器的显示值为零，应再次调节直至显示值不为零为止；

(4)库伦定硫仪的标定：称取0.018～0.022g已知品位和三氧化硫含量的标准石膏样品按下述步骤进行测定，连续测定五次：在库伦定硫仪“校正系数”项中，选择五次标准样品测定值，在实际值项输入已知的标准石膏板样品的三氧化硫百分含量，点击程序中“校正”按钮，控制程序完成库伦定硫仪的仪器标定；

(5)库伦滴定测试：称取0.018～0.022g经过高温烧失处理的石膏试样，精确至0.0001g，将试样均匀平铺于瓷舟上，其上盖一薄层三氧化钨，将瓷舟置于库伦定硫仪石英舟上，开动库伦定硫仪控制程序，试样被送进高温炉内，在三氧化钨的催化作用下分解逸出的SO₂随抽气流被抽入电解池中与水化合成亚硫酸，库伦滴定随即开始，亚硫酸被电解池阳极电解出的碘、溴氧化生成硫酸，试验结束库伦积分器通过电解消耗电量计算出硫或三氧化硫的百分含量并显示结果；

(6)按下式计算石膏品位：

$G(\%)=\frac{5.375S_d}{(100-X_{\mathrm{Loss}})}\·100$ 或 $G(\%)=\frac{2.15{\mathrm{SO}}_3}{(100-X_{\mathrm{Loss}})}\·100$

式中：G——石膏试样的品位，％；

S_d——库伦定硫仪测出试样中硫含量，％；

SO₃——库伦定硫仪测出试样中三氧化硫的百分含量，％。；

X_Loss——石膏试样高温处理时烧失量，％。