CN103197028A - 碳化法测定钢渣中活性氧化镁含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢渣中活性氧化镁含量分析测试方法，具体地说是碳化法测定钢渣中活性氧化镁含量的方法。通过在钢渣悬浊液中通入二氧化碳，提取钢渣中的活性氧化镁，达到准确测定钢渣中活性氧化镁的目的，并确定了二氧化碳通入速率和时间。本发明测定过程简单，测定准确率高，所用成本低，应用性强。

Description

碳化法测定钢渣中活性氧化镁含量的方法

技术领域

本发明属于钢渣安定性研究的技术领域，具体说是采用碳化法测定钢渣中活性氧化镁含量。

背景技术

钢铁产业是我国的主要基础支柱产业，据中钢协的最新数据显示，2012年，我国粗钢产量超过7亿吨，居世界第一位。钢渣的产量约为粗钢产量的15%～20%，按这一比例推算，每年钢渣的产量超过1亿吨。钢渣是炼钢时产生的副产物，是炼钢过程中排出的废渣，经过高温冶炼而形成，主要是金属炉料中各元素被氧化生成的氧化物、被侵蚀的炉衬材料、补炉材料、金属炉料带入的杂质和调整钢渣性能而加入的造渣材料，如石灰石、白云石、铁矿石、硅石等。

钢渣的主要矿物成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸钙、镁铁相固溶体（RO相），游离氧化钙和游离氧化镁等，其中RO相中弱结合的固溶氧化镁和游离氧化镁统称为活性氧化镁。由于钢渣的矿物成分与水泥熟料相似，因此将其作为水泥活性掺合料使用，不仅可以减少水泥用量，还可以减少钢渣堆放造成的环境污染。但是钢渣经过1600℃高温熔炼，且冷却速度慢，造成钢渣中的游离氧化钙、游离氧化镁和RO相结晶粗大，结构致密。钢渣用作水泥活性掺合料，游离氧化钙和活性氧化镁水化速度相比其他矿物成分缓慢，当其在已硬化水泥石中发生水化反应时，体积发生膨胀，造成钢渣混凝土建筑开裂，引起钢渣混凝土的后期安定性不良的问题。

目前，对于钢渣中游离氧化钙的测定方法已经制定了相应的国家标准，而对于钢渣中活性氧化镁含量的测定还没有成熟的方法。因此钢渣中活性氧化镁含量的准确测定成为钢渣在混凝土中应用的关键。本发明利用二氧化碳提取钢渣中的活性氧化镁，再联用EDTA法滴定溶液中镁离子含量，达到准确测定钢渣中活性氧化镁含量的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速准确测定钢渣中活性氧化镁含量的方法。本发明测试过程简单，测定准确率高，所需成本低，同时实用性强。二氧化碳在提取钢渣中活性氧化镁的同时还会提取钢渣中的游离氧化钙和氢氧化钙，因此用EDTA法分别滴定待测液中钙镁总量和氧化钙、氢氧化钙总钙含量，再通过二者差值得到钢渣中活性氧化镁的含量。

碳化法测定钢渣中活性氧化镁含量的方法，其特征在于采用以下步骤：称取钢渣样品，加入去离子水得到钢渣悬浊液，钢渣与去离子水质量之比为(1～2):100；室温下向钢渣悬浊液中通入二氧化碳并搅拌，二氧化碳流量为30～50L/h，通入时间为1～1.5h，然后将钢渣悬浊液离心分离，离心后弃去沉淀取上层清液，加入盐酸酸化滤液，然后将滤液移入容量瓶中并稀释至刻度线制得待测溶液；在滴定活性氧化镁含量时，分别取待测溶液，用EDTA标准溶液滴定游离总钙含量和钙镁总量，用钙镁总量减去总钙含量便可以得到钢渣中活性氧化镁的含量。

进一步，通入二氧化碳流量为30～50L/h，碳化时间为1.5～2h。

进一步，所用溶剂为去离子水。

进一步，钢渣加入量与去离子水用量之比为(1～2):100。

本发明与乙二醇‐碘乙醇法相比，测定钢渣中活性氧化镁含量的主要优点：

（1）压蒸后钢渣中氢氧化镁含量测定值与原钢渣中活性氧化镁测定值保持一直，证明此法测定的氧化镁含量既包含了游离氧化镁，还包含了RO相中弱结合的固溶氧化镁，更接近钢渣水化过程中可能影响其安定性的氧化镁含量；而乙二醇‐碘乙醇法测定的仅是钢渣中游离氧化镁含量。

（2）乙二醇法提取钢渣中的游离氧化镁通常需要添加催化剂，催化剂本身会与钢渣发生化学反应，影响滴定结果准确性；乙二醇与催化剂配比不同也会影响滴定结果。

（3）乙二醇法测定钢渣中游离氧化镁时需要加热，温度控制对滴定结果影响比较大；而二氧化碳对钢渣中活性氧化镁的提取过程不需要加热，常温下即可进行。

具体实施方式

本发明的技术方案是：称取钢渣样品于磨口锥形瓶中，加入去离子水，通入二氧化碳并搅拌。碳化结束后，将悬浊液离心分离取上层清液，加入盐酸酸化滤液，然后将滤液移入容量瓶中并稀释至刻度，制得待测溶液。在滴定活性氧化镁含量时分别取上述待测溶液进行钙镁总量和总钙的测定。用测定的钙镁总量减去总钙含量得到活性氧化镁的含量。

滴定待测溶液中总钙含量。取待测溶液，加入三乙醇胺、氢氧化钠溶液和钙指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液颜色由红色至蓝色，记录EDTA消耗量V₁。

滴定待测溶液中钙镁总含量。取待测溶液，加入三乙醇胺、缓冲溶液及混合指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液颜色由红色至蓝色，记录EDTA消耗量V₂。

反应原理为：

CaO+H₂O+2CO₂→2Ca(HCO₃)₂           (1)

Ca(OH)₂+2CO₂→Ca(HCO₃)₂         (2)

C₁₀H₁₄N₂Na₂O₈+Ca(HCO₃)₂→C₁₀H₁₄N₂CaO₈+2NaHCO₃      (3)

MgO+H₂O+2CO₂→Mg(HCO₃)₂+H₂O       (4)

C₁₀H₁₄N₂Na₂O₈+Mg(HCO₃)₂→C₁₀H₁₄N₂MgO₈+2NaHCO₃   (5)

活性氧化镁的质量百分数按式(6)计算

$f_{\mathrm{MgO}}=\frac{T_{\mathrm{MgO}}\×(V_2-V_1)}{m\×1000}\×100---\left(6\right)$

式中：T_MgO‐每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/ml；

V₁‐滴定钙含量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml；

V₂‐滴定钙镁总含量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，ml；

m‐试样的质量，g。

上述搅拌速度以液体不飞溅为宜，滴定时应对同一个样品进行至少两次实验，允许误差见表1。

表1允许误差

上述的EDTA标准溶液浓度为0.020mol/L。

上述的盐酸溶液为盐酸和去离子水的比例为1:1。

上述的三乙醇胺溶液为三乙醇胺和去离子水的比例为1:1。

上述的缓冲溶液为pH=10，用27g氯化铵溶于水，加160ml浓氨水，用水稀释至500ml。

上述的氢氧化钠溶液（200g/L）为50g氢氧化钠溶于水中，加水稀释至250ml。

上述的钙指示剂为称取2.00g钙指示剂及100氯化钠，混合研细。

上述的K‐B指示剂为0.3g酸性铬蓝K和0.5g萘酚绿B，溶于50ml去离子水中。

本发明的方法具体实施步骤：

（1）称取1g钢渣试样（比表面积为500m/kg），精确至0.0001g，置于干燥磨口锥形瓶中，加入100ml去离子水，然后通入二氧化碳（流量为40L/h）并磁力搅拌1.5小时。

（2）碳化完成后，将锥形瓶中的液体移入干燥的离心管中，并用去离子水清洗锥形瓶3‐4次，洗液也倒入离心管中，在离心机里以3500r/min的速度离心15min，离心后弃去沉淀，取上层清液倒入干燥锥形瓶中，加入2‐3滴盐酸酸化滤液，然后将滤液移入250ml容量瓶中，并稀释至刻度线制得待测溶液。

（3）滴定待测溶液的游离总钙含量时取100ml待测溶液倒入干燥广口锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml氢氧化钠溶液及钙指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色，记录EDTA消耗量V₁。

（4）滴定待测溶液的钙、镁总含量时取100ml待测溶液倒入干燥广口锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml缓冲溶液及2滴混合指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色,记录EDTA消耗量V₂。

（5）计算钢渣中活性氧化镁的质量百分数，按式(6)计算。

实施例1

同时称取由分析纯氧化镁经1600℃煅烧、保温50min制得的氧化镁试样两份1号为0.0501g、2号为0.0503g。分别置于干燥磨口锥形瓶中，加入100ml去离子水，然后向液体里通入二氧化碳40L/h，并磁力搅拌1.5h。碳化后将锥形瓶中的液体移入离心管，并用去离子水清洗锥形瓶3-4次，洗液倒入离心管中，在离心机上以3500r/min的速度离心15分钟，离心后弃去沉淀取上清液倒入干燥广口锥形瓶中，加入2-3滴盐酸酸化滤液，然后将滤液移入250ml容量瓶中并稀释至刻度线制得待测溶液。

滴定待测溶液中氧化镁含量，取100ml待测溶液倒入干燥锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml缓冲溶液及2滴混合指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色,记录EDTA总消耗量V分别为62.32mL和62.56mL。

计算氧化镁的回收率，计算数据列于表2中。

表2氧化镁的回收率

由表2可知，碳化法对经1600℃煅烧、保温50min制得的氧化镁试样回收率很高，可以用于提取钢渣中活性氧化镁，达到准确测定钢渣中活性氧化镁含量的目的。

实施例2

同时称取分析纯氧化镁和氧化钙混合试样与分析纯氧化镁和氢氧化钙混合试样各两份1号为氧化镁0.0204g、氧化钙0.0203g，2号为氧化镁0.0206g、氧化钙0.0211g，3号为氧化镁0.0201g、氢氧化钙0.0214g，4号为氧化镁0.0206g，氢氧化钙0.0202g。分别置于干燥磨口锥形瓶中，加入100ml去离子水，然后向液体里通入二氧化碳40L/h，并磁力搅拌1.5h。碳化后将锥形瓶中的液体移入离心管，并用去离子水清洗锥形瓶3-4次，洗液倒入离心管中，在离心机上以3500r/min的速度离心15分钟，离心后弃去沉淀取上清液倒入干燥广口锥形瓶中，加入2-3滴盐酸酸化滤液，然后将滤液移入250ml容量瓶中并稀释至刻度线制得待测溶液。

滴定待测溶液的游离总钙含量，取100ml待测溶液倒入干燥口锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml氢氧化钠及钙指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色，记录EDTA消耗量V₁分别为18.13ml、18.84ml、14.46ml和13.65ml。

滴定待测溶液的钙、镁总含量，取100ml待测溶液倒入干燥锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml缓冲溶液及2滴混合指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色,记录EDTA消耗量V₂分别为43.51ml和44.46ml、39.46ml和39.27ml

计算混合试样中氧化镁的回收率，计算数据列于表3中。

表3混合试样中氧化镁的回收率

由表3可知，混合试样中氧化钙和氢氧化钙的存在，对氧化镁的回收影响很小，可以忽略。

实施例3

同时称取新余热闷钢渣试样两份，1号为1.0040g、2号为0.9983g，分别置于干燥磨口锥形瓶中，加入100ml去离子水，然后向液体里通入二氧化碳40L/h，并磁力搅拌1.5h。碳化后将锥形瓶中的液体移入离心管，并用去离子水清洗锥形瓶3‐4次，洗液倒入离心管中，在离心机上以3500r/min的速度离心15分钟，离心后弃去沉淀取上清液倒入干燥广口锥形瓶中，加入2‐3滴盐酸酸化滤液，然后将滤液移入250ml容量瓶中并稀释至刻度线制得待测溶液。

滴定待测溶液的游离总钙含量时取100ml待测溶液倒入干燥口锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml氢氧化钠及钙指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色，记录EDTA消耗量V₁分别为57.25ml和56.10ml。

滴定待测溶液的钙、镁总含量时取100ml待测溶液倒入干燥锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml缓冲溶液及2滴混合指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色,记录EDTA消耗量V₂分别为75.58ml和73.58ml。

计算新余热闷钢渣中活性氧化镁的质量百分数，计算数据列于表4中。

表4新余热闷钢渣中的活性氧化镁含量

由表4可得新余热闷钢渣中活性氧化镁平均含量为1.43%。

实施例4

同时称取天津电炉钢渣试样两份，1号为1.1373g、2号为1.0345g，分别置于干燥磨口锥形瓶中，加入100ml去离子水，然后向液体里通入二氧化碳40L/h，并磁力搅拌1.5h。碳化后将锥形瓶中的液体移入离心管，并用去离子水清洗锥形瓶3‐4次，洗液倒入离心管中，在离心机上以3500r/min的速度离心15分钟，离心后弃去沉淀取上清液倒入干燥广口锥形瓶中，加入2‐3滴盐酸酸化滤液，然后将滤液移入250ml容量瓶中并稀释至刻度线制得待测溶液。

滴定待测溶液的游离总钙含量时取100ml待测溶液倒入干燥口锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml氢氧化钠及钙指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色，记录EDTA消耗量V₁分别为55.12ml和51.52ml。

滴定待测溶液的钙、镁总含量时取100ml待测溶液倒入干燥锥形瓶中，加入5ml三乙醇胺，10ml缓冲溶液及2滴混合指示剂，用EDTA标准溶液(0.020mol/L)滴定至溶液颜色由红色至蓝色,记录EDTA消耗量V₂分别为65.84ml和61.72ml。

计算天津电炉钢渣中活性氧化镁的质量百分数，计算数据列于表5中。

表5天津电炉钢渣中的活性氧化镁含量

由表5可得天津电炉钢渣中活性氧化镁平均含量为0.77%。

Claims (1)

1.碳化法测定钢渣中活性氧化镁含量的方法，其特征在于采用以下步骤：称取钢渣样品，加入去离子水得到钢渣悬浊液，钢渣与去离子水质量之比为(1～2):100；室温下向钢渣悬浊液中通入二氧化碳并搅拌，二氧化碳流量为30～50L/h，通入时间为1～1.5h，然后将钢渣悬浊液离心分离，离心后弃去沉淀取上层清液，加入盐酸酸化滤液，然后将滤液移入容量瓶中并稀释至刻度线制得待测溶液；在滴定活性氧化镁含量时，分别取待测溶液，用EDTA标准溶液滴定游离总钙含量和钙镁总量，用钙镁总量减去总钙含量便可以得到钢渣中活性氧化镁的含量。