CN103822850B - 一种测定钙系包芯线中金属钙含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速测定钙系包芯线中金属钙含量的方法。在常温常压下，利用NH₄Cl溶液为溶样试剂、高纯金属镁或金属钙为标准，采用气体容量法及相关装置，测定金属镁或金属钙标样及待测样品在相同实验条件下产生氢气的体积，根据气体状态方程，通过比较法计算出钙铁包芯线中金属钙的含量。本发明方法不仅适用于不同含钙量的钙铁包芯线中金属钙的测定，还适用于不同含钙量的铝钙包芯线、硅钙线等钙系包芯线中金属钙的测量。本发明方法操作简单，测量快速，准确度高，且易于推广。

Description

一种测定钙系包芯线中金属钙含量的方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体属于：在常温常压下，利用NH₄Cl溶液为溶剂、高纯金属镁或金属钙为标样，采用气体容量法及相关装置，测定金属镁或金属钙标样及待测样品在相同实验条件下产生氢气的体积，根据气体状态方程，通过比较法计算出钙铁包芯线中金属钙的含量。

背景技术

包芯线技术是近年来兴起的一种炉外精炼技术，被广泛应用在现代炼钢的喂丝技术中。将金属钙单独包覆制成包芯线称为纯钙线；将金属钙与一定比例的铁粉混合包覆制成的包芯线称为钙铁线。目前国内外钢铁企业对低碳、超低碳、低硅钢种及对杂物、形貌、数量要求严格的纯净钢进行钙处理主要使用的是钙铁包芯线。

使用钙铁包芯线进行钙处理是一种高效的、最终的精炼技术手段，除能满足对钢水脱氧、脱硫、改变杂质形态、促进杂质的上浮，净化钢液，改善钢水的可浇性。除此之外，这一技求还能使钢水在不增硅的同时，稳定生产操作，提高产品质量，降低生产成本。

钙铁包芯线中金属钙的含量，不但是评价钙铁包芯线品质的主要指标，而且还是钙铁包芯线进厂质量把关和价格结算的主要凭据，为此开展钙铁包芯线中金属钙的准确测定有重要意义。王金洪等人采用盐酸溶解试样，在三乙醇胺及半胱氨酸存在下，掩蔽溶解的铝和铁等元素，然后在pH≥12.5，有Mg²⁺存在的情况下，以钙黄绿素为指示剂，用EGTA标准溶液滴定测定钢包钙铝合金包芯线中钙。(王金洪，马芳.EGTA滴定法测定钢包钙铝合金包芯线中钙[J].莱钢科技，2010,6：57-58)。为控制钙铁包芯线中铁的溶解量，杨立霞等人提出采用弱酸溶解样品，再利用三乙醇胺溶液掩蔽溶解的铁离子，然后用NaOH将溶液的pH值调至12以上，在有Mg²⁺存在下，以钙指示剂为指示剂，EDTA配位滴定测定钙铁包芯线中钙含量。(杨立霞，刘淑萍，吴培.EDTA滴定法测定钢包喂铁包芯线中钙[J].冶金分析，2005,2(1)：71-72)。陈旭晖采用硝酸和氢氟酸溶样，蒸发除硅，高氟酸冒烟除去氟离子，ICP-AES光谱分析硅钙包芯线中钙。(陈旭晖.ICPS-AES测定硅钙包芯线中钙、铝、磷[J].冶金丛刊，2008,2(1)：26-27)。以上三种方法测量的均是样品中可能存在的各种形态的钙之总量，而在炼钢过程中起脱氧作用的是金属钙。因此有必要建立一种测定钙铁包芯线中金属钙的化学分析方法。

发明内容

本发明的任务是提供一种测定钙系包芯线中金属钙含量的方法，以克服现有文献方法只能测定钙系包芯线中总钙含量之不足。

实现本发明的技术方案是：

本发明提供的测定钙系包芯线中金属钙含量的方法，包括以下步骤：

步骤一：取待测样品钙系包芯线，并取高纯金属镁或高纯金属钙为标样，在常温常压下，在相同实验条件下，以稀盐酸或NH₄Cl溶液为溶剂分别溶解待测样品及标样，记录待测定样品及标样产生的氢气的量；

步骤二：根据气体状态方程pV＝nRT，通过比较法计算得出待测样品钙系包芯线中金属钙的含量。

上述方法中所述的钙系包芯线是含钙铁包芯线、铝钙包芯线或硅钙线。

本发明提供的测定钙系包芯线中金属钙含量的方法是在常温常压下，利用NH₄Cl溶液为溶样试剂、以高纯金属镁或金属钙为标样，采用气体容量法，比较金属镁或金属钙标样及待测样品在相同实验条件下产生氢气的体积，快速测定钙系包芯线中金属钙含量。本方法涉及的反应方程式如下：

Ca+2H₂O＝Ca(OH)₂+H₂↑

Ca(OH)₂+NH₄ ⁺＝Ca²⁺+NH₃·H₂O

由于产生的氢气之体积受测定环境的温度、压力的影响较大，故本发明提出在相同实验条件下(采用空调恒定室温，在常温常压下)，以高纯金属镁或高纯金属钙为标样，NH₄Cl溶液为溶剂溶解标样及待测样品，采用气体容量法，分别测定金属镁或金属钙标样及待测样品的产氢气体积。根据气体状态方程pV＝nRT，再利用比较算法，即可计算出钙铁包芯线中金属钙的含量。

由于钙铁包芯线中只有金属形态的Ca在溶解过程中才会产生氢气，而CaO、Ca(OH)₂、CaCO₃等其它形态钙不产氢、不会对钙铁包芯线中金属钙的测定产生干扰。因此该方法巧妙地避免了其它形态钙的影响，不但准确度高，而且操作非常简单，适合于例行分析。

本发明利用金属钙与弱碱强酸盐水溶液反应产生等物质量的氢气，而其它形式的钙如CaCO₃、CaO只能被溶解，不会产生氢气，故可采用气体容量法测定钙铁包芯线中的金属钙。应该指出，为保证采用气体容量法测定钙铁包芯线中的金属钙结果的准确性，溶解样品试剂的选择十分重要。现有技术中杨立霞等人采用弱酸溶解钙铁包芯线样品，以便达到控制其中铁的溶解。但是，即便采用稀盐酸溶解钙铁包芯线，与金属钙一样，其中的金属铁也会被部分溶解，同时产生氢气，干扰金属钙的测定，因此采用气体容量法测定钙铁包芯线中的金属钙时，绝不能采用稀盐酸溶解样品。本发明在常温常压下，利用NH₄Cl溶液为溶样试剂、高纯金属镁或金属钙为标准，采用气体容量法，量测出金属镁或金属钙标样及待测样品在相同实验条件下产生氢气的体积；再根据气体状态方程，通过比较法计算出钙铁包芯线中金属钙的含量。本发明克服了现有文献方法只能测定钙铁包芯线中总钙含量之不足。

以测定钙铁包芯线中金属钙的含量为例，本发明的具体技术措施如下：

1)根据量气管的最大量程及钙铁包芯线样品中金属钙的大致含量，确定称样量。例如，量气管的最大量程为150mL时，建议高纯金属镁标样的称取量约为0.10g、高纯金属钙标样的称取量约为0.16g；对金属钙含量约为20％的钙铁包芯线样品，称样量约为0.82g；对金属钙含量约为50％的钙铁包芯线样品，称样量约为0.33g；对金属钙含量约为95％的钙铁包芯线样品，称样量约为0.17g。将称好的标样和钙铁包芯线样品分别置于两口烧瓶中。使用的测定产氢气体积的装置见图1。

2)打开烧瓶与量气管相通的橡皮塞，提升水准瓶，将量气管内液面提升到“0”刻度处，以便排尽量气管内的空气。拧紧橡皮塞，使量气管与烧瓶相通，放下水准瓶。静置2min(若量气管内液面保持不变，则说明气路密闭性良好)，提升水准瓶使量气管内液面与水准瓶内液面相平。记录此时量气管的读数，放下水准瓶。重复上述过程，直至两次读数一致，记下量气管读数，以此为起点读数V₁。

3)预先将10％NH₄Cl溶液滴加至漏斗颈部的刻度标记处，再用高型量筒准确量取20.0mL10％NH₄Cl溶液，缓慢地倒入该漏斗中。打开活塞，将漏斗中的20mLNH₄Cl溶液放入两口烧瓶，直至漏斗中溶液的液面与其颈部刻度相切为止。此时，金属标样、钙铁包芯线样品与NH₄Cl溶液快速发生化学反应。放置约15min，让金属标样、样品反应完全。在此过程中，由于标样、钙铁包芯线样品中的金属钙与NH₄Cl溶液发生化学反应产生氢气，导致封闭溶液的液面下降(降至量气管下部的某一刻度处)。此时，操作人员再慢慢降低水准瓶高度，直至让量气管内液面与水准瓶内液面相平。记下此时的体积读数V₂。所有试样均平行测定三次。

4)分析结果的计算：按公式(1)计算标样、样品的产氢气量V：

V＝V₂-V₁-20.0(1)

式中：V₁为量气管内液体的初始体积，mL；V₂为反应终止后量气管内液体的体积，mL；20.0为加入的NH₄Cl溶液的体积，mL。

按公式(2)计算钙铁包芯线中金属钙的含量W_Ca：

$W_{Ca}=\frac{40.08}{24.31}\×\frac{m_{Mg}}{V_{Mg}}\×\frac{V}{m}\×100\%---\left(2\right)$

式中：m_标——高纯金属标样的质量，mg；

m——钙铁包芯线样品的质量，mg；

V_标——高纯金属标样产生的氢气量，mL；

V——钙铁包芯线样品产生的氢气量，mL。

本发明方法操作简单，测量快速，准确度高。不仅适用于不同含钙量的钙铁包芯线中金属钙的测定，而且还适用于不同含钙量的铝钙包芯线、硅钙线等钙系包芯线中金属钙的测量。

附图说明

图1是本发明方法使用的测定产氢气体积的装置图，图中各数字标识所示部分为：1－铁架台；2－分液漏斗；3－冷却水槽；4－两口烧瓶；5－量气管；6－水准瓶。

具体实施方式

实施例1：

准确称取0.100g金属镁标样和0.820g钙铁包芯线样品(Ca≈20％)各三份，按上述具体技术措施进行测定，测定结果如下表：

实施例2：

准确称取0.100g金属镁标样和0.330g钙铁包芯线样品(Ca≈50％)各三份，按上述具体技术措施进行测定，测定结果如下表：

实施例3：

准确称取0.100g金属镁标样和0.170g钙铁包芯线样品(Ca≈95％)各三份，按上述具体技术措施进行测定，测定结果如下表：

实施例4：

准确称取0.160g金属钙标样和0.820g钙铁包芯线样品(Ca≈20％)各三份，按上述具体技术措施进行测定，测定结果如下表：

实施例5：

准确称取0.160g金属钙标样和0.330g钙铁包芯线样品(Ca≈50％)各三份，按上述具体技术措施进行测定，测定结果如下表：

实施例6：

准确称取0.160g金属钙标样和0.170g钙铁包芯线样品(Ca≈95％)各三份，按上述具体技术措施进行测定，测定结果如下表：

由以上实施例可知，该发明方法可以对不同含钙量的钙铁包芯线进行测定，标准偏差小于0.3％，完全满足分析要求。

Claims (2)

1.一种测定钙系包芯线中金属钙含量的方法，包括以下步骤：

步骤一：取待测样品钙系包芯线，并取高纯金属镁或高纯金属钙为标样，在常温常压下，在相同实验条件下，以NH₄Cl溶液为溶剂分别溶解待测样品及标样，记录待测定样品及标样产生的氢气的量；

步骤二：根据气体状态方程pV＝nRT，通过比较法计算得出待测样品钙系包芯线中金属钙的含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的钙系包芯线是含钙铁包芯线、铝钙包芯线或硅钙线。