CN104062396A - 金属锂及锂合金中含氮量的测定方法 - Google Patents

金属锂及锂合金中含氮量的测定方法 Download PDF

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涂明江
罗玉萍
曹乃珍
赵本常
李仕红
左永建
邓玉松
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Abstract

本发明涉及金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，属于碱金属/碱土金属冶炼提纯技术领域。本发明要解决的技术问题是提供一种金属锂及锂合金中含氮量的测定方法。本发明金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：a、将金属锂或金属锂合金样品溶解于水中，蒸馏，用硼酸溶液吸收蒸汽；b、蒸馏结束后，向硼酸溶液中加入甲基红-次甲基蓝指示剂2～8滴，用硫酸标准溶液滴定至终点，含氮量按下述公式进行计算：

Description

金属锂及锂合金中含氮量的测定方法
技术领域
本发明涉及金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，属于碱金属/碱土金属冶炼提纯技术领域。
背景技术
金属锂是唯一一种能在常温下与氮反应的金属，而氮化物的形成对金属锂及其合金的后续产业会造成很大影响，是金属锂及其合金最重要的品质指标，所以对金属锂及其合金中氮化物的测定非常重要。目前对于工业生产中金属锂及其合金中氮的测定用的是中华人民共合国国家标准(GB/T20931.9-2007)《碘化汞钾分光光度法》。该方法是用凯氏蒸馏装置将金属锂样品中的氮蒸馏出来，以稀硫酸吸收后与碘化汞钾反应生成橙黄色络合物进行比色，从而实现氮量的测定。该方法有着较高的灵敏度和准确性。但该方法中所使用的试剂碘化汞价格昂贵，是剧毒物质，它可通过吸入、食入或经皮吸收等途径进入人体，对人体造成伤害，重者可致死。因此碘化汞的购买、储存和使用都有严格的限制，同时，如果废液不经处理直接倒入下水道，还会对环境造成很大的污染。
因此，寻找一种可以实现准确、快速和环保地对金属锂及其合金中的氮进行测定的方法，显得尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种金属锂及锂合金中含氮量的测定方法。
本发明金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将金属锂或锂合金样品溶解于水中，蒸馏，用硼酸溶液吸收蒸汽；
b、蒸馏结束后，向硼酸溶液中加入甲基红-次甲基蓝指示剂2～8滴，用硫酸标准溶液滴定至终点，含氮量按公式(1)进行计算：
式中:
V：样品滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
V0：空白滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
C：硫酸标液的浓度，单位为mol/L；
m样：样品质量，单位为g；
0.01401：与1mL硫酸标液-相当的氮的质量，单位为g/mmol。
本发明金属锂及锂合金中含氮量的测定方法相关反应方程式如下：
Li3N+3H2O＝3LiOH+NH3↑
2Li+2H2O＝2LiOH+H2↑
2NH3+4H3BO3＝(NH4)2B4O7+5H2O
(NH4)2B4O7+5H2O+H2SO4＝(NH4)2SO4+4H3BO3
进一步的，作为优选方案，所述a步骤中，将1.0～3.0g金属锂或锂合金样品溶解于150～200mL水中；最为最优方案，将2g金属锂或锂合金样品溶解于200mL水中。其中，样品质量精确到0.0001g。
进一步的，蒸馏时间过短会使待测物质N未被完全蒸馏出来，造成结果偏低；蒸馏时间过长会使馏出液太多，造成滴定不方便且终点不好判定；因此，蒸馏时间优选为4～10min，更优选为5～8min。
进一步的，所述硼酸溶液的浓度优选为1～5wt％，更优选为2wt％；硼酸溶液的用量根据实际情况确定，但硼酸溶液须过量，既要保证待测物被完全吸收，又要保证定氮装置的吸收管管尖淹没在吸收液液面以下；作为优选方案，硼酸溶液的用量优选为20～30mL，更优选为25mL。
进一步的，所述硫酸标准溶液的浓度优选为0.015～0.030mol/L。甲基红-次甲基蓝指示剂配制方法为：取两份0.1％的甲基红乙醇溶液与1份0.1％次甲基蓝溶液混合，即得。滴定终点为甲基红-次甲基蓝指示剂由绿色变为淡蓝紫色。
本发明有益效果：
1、本发明金属锂及锂合金中含氮量的测定方法操作简单、方便快速、精确度高，与现行国标方法可以达到相同测量准确度。
2、不使用剧毒化学品碘化汞，操作更安全、环保。
3、硼酸试剂价格较碘化汞低得多，且购买方便，既经济又实用。
具体实施方式
本发明金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将金属锂或锂合金样品溶解于水中，蒸馏，用硼酸溶液吸收蒸汽；
b、蒸馏结束后，向硼酸溶液中加入甲基红-次甲基蓝指示剂2～8滴，用硫酸标准溶液滴定至终点，含氮量按公式(1)进行计算：
式中:
V：样品滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
V0：空白滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
C：硫酸标液的浓度，单位为mol/L；
m样：样品质量，单位为g；
0.01401：与1mL硫酸标液-相当的氮的质量，单位为g/mmol。
本发明金属锂及锂合金中含氮量的测定方法相关反应方程式如下：
Li3N+3H2O＝3LiOH+NH3↑
2Li+2H2O＝2LiOH+H2↑
2NH3+4H3BO3＝(NH4)2B4O7+5H2O
(NH4)2B4O7+5H2O+H2SO4＝(NH4)2SO4+4H3BO3
进一步的，作为优选方案，所述a步骤中，将1.0～3.0g金属锂或锂合金样品溶解于150～200mL水中；最为最优方案，将2g金属锂或锂合金样品溶解于200mL水中。其中，样品质量精确到0.0001g。
进一步的，蒸馏时间过短会使待测物质N未被完全蒸馏出来，造成结果偏低；蒸馏时间过长会使馏出液太多，造成滴定不方便且终点不好判定；因此，蒸馏时间优选为4～10min，更优选为5～8min。
进一步的，所述硼酸溶液的浓度优选为1～5wt％，更优选为2wt％；硼酸溶液的用量根据实际情况确定，但硼酸溶液须过量，既要保证待测物被完全吸收，又要保证定氮装置的吸收管管尖淹没在吸收液液面以下；作为优选方案，硼酸溶液的用量优选为20～30mL，更优选为25mL。
进一步的，所述硫酸标准溶液的浓度优选为0.015～0.030mol/L。甲基红-次甲基蓝指示剂配制方法为：取两份0.1％的甲基红乙醇溶液与1份0.1％次甲基蓝溶液混合，即得。滴定终点为甲基红-次甲基蓝指示剂由绿色变为淡蓝紫色。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
a、将2.005g金属锂样品A溶解于200mL水中，蒸馏4min，用25mL浓度为2wt％的硼酸溶液吸收蒸汽；
b、蒸馏结束后，向吸收溶液中加入甲基红-次甲基蓝指示剂2滴，用浓度为0.02537mol/L的硫酸标准溶液滴定至绿色变为淡蓝紫色，记录硫酸标液的用量V＝0.41mL，并用水做空白试验，记录硫酸标液的用量V0＝0.00mL，含氮量按公式(1)进行计算：
式中:
V：样品滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
V0：空白滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
C：硫酸标液的浓度，单位为mol/L；
m样：样品质量，单位为g；
0.01401：与1mL硫酸标液相当的氮的质量，单位为g/mmol。
计算得出含氮量为73ppm，同时，将该样品以国标碘化汞钾分光光度法测得含氮量结果为59ppm，两种方法结果相差仅14ppm，一致度好。
实施例2
a、将1.8921g金属锂样品B溶解于200mL水中，蒸馏7min，用25mL浓度为2wt％的硼酸溶液吸收蒸汽；
b、蒸馏结束后，向吸收溶液中加入甲基红-次甲基蓝指示剂4滴，用浓度为0.02537mol/L的硫酸标准溶液滴定至绿色变为淡蓝紫色，记录硫酸标液的用量V＝0.80mL，并用水做空白试验，记录硫酸标液的用量V0＝0.00mL，含氮量按公式(1)进行计算：
式中:
V：样品滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
V0：空白滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
C：硫酸标液的浓度，单位为mol/L；
m样：样品质量，单位为g；
0.01401：与1mL硫酸标液相当的氮的质量，单位为g/mmol。
计算得出含氮量为150ppm，同时，将该样品以国标碘化汞钾分光光度法测得含氮量结果为167ppm，两种方法结果一致度好。
实施例3
a、将1.9896g含铝2000ppm的锂铝合金样品C样品溶解于200mL水中，蒸馏10min，用25mL浓度为2wt％的硼酸溶液吸收蒸汽；
b、蒸馏结束后，向吸收溶液中加入甲基红-次甲基蓝指示剂8滴，用浓度为0.02537mol/L的硫酸标准溶液滴定至绿色变为淡蓝紫色，记录硫酸标液的用量V＝7.56mL，并用水做空白试验，记录硫酸标液的用量V0＝0.00mL，含氮量按公式(1)进行计算：
式中:
V:样品滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
V0:空白滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
C:硫酸标液的浓度，单位为mol/L；
m样:样品质量，单位为g；
0.01401:与1mL硫酸标液-相当的氮的质量，单位为g/mmol。
计算得出含氮量为1350ppm，同时，将该样品以国标碘化汞钾分光光度法测得含氮量结果为1230ppm，两种方法结果一致度好。
实施例4
利用实施例1中的方法对金属锂样品D进行多次测量，并利用实施例1中公式计算得到其含氮量，结果如下表所示：
表1
由表1中数据可见，采用本发明测定方法进行多次测定，结果重复性较好，精密度较高。

Claims (8)

1.金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将金属锂或锂合金样品溶解于水中，蒸馏，用硼酸溶液吸收蒸汽；
b、蒸馏结束后，向硼酸溶液中加入甲基红-次甲基蓝指示剂2～8滴，用硫酸标准溶液滴定至终点，含氮量按公式(1)进行计算：
式中:
V：样品滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
V0：空白滴定所用硫酸标液的体积，单位为mL；
C：硫酸标液的浓度，单位为mol/L；
m样：样品质量，单位为g；
0.01401：与1mL硫酸标液相当的氮的质量，单位为g/mmol。
2.根据权利要求1所述的金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于：所述a步骤中，将1.0～3.0g金属锂或锂合金样品溶解于150～200mL水中。
3.根据权利要求2所述的金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于：所述a步骤中，将2g金属锂或锂合金样品溶解于200mL水中。
4.根据权利要求1所述的金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于：蒸馏时间为4～10min。
5.根据权利要求4所述的金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于：蒸馏时间为5～8min。
6.根据权利要求1所述的金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于：所述硼酸溶液的质量浓度为1～5wt％，硼酸溶液的用量为20～30mL。
7.根据权利要求6所述的金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于：所述硼酸溶液的质量浓度为2wt％，硼酸溶液的用量为25mL。
8.根据权利要求1～7任一项所述的金属锂及锂合金中含氮量的测定方法，其特征在于：所述硫酸标准溶液的浓度为0.015～0.030mol/L。
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