CN104483286A - 一种测定含铁尘泥中碳和硫含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定含铁尘泥中碳和硫含量的方法，其特征是：在红外碳硫专用坩埚中加入铁、锡助熔剂，称取质量为m的含铁尘泥试样于上述坩埚中，再加入钨助熔剂；将坩埚放置在高频红外碳硫分析仪中，试样在氧气流中经高频炉加热，在助熔剂、氧气的作用下，碳和硫分别生成CO₂、CO和SO₂，以氧气为载气经滤尘和除湿后，进入SO₂红外吸收池，测定硫，测定SO₂后的气体，经催化炉，将CO转化为CO₂，然后脱硫，进入CO₂红外吸收池，测定碳含量。其优点是：分析步骤少、化学干扰少，分析周期短，准确度高。

Description

一种测定含铁尘泥中碳和硫含量的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金分析技术领域，涉及一种红外吸收测定含铁尘泥中碳和硫含量的方法。

背景技术

含铁尘泥是钢铁企业最重要的含铁废料资源，一般来自炼钢、炼铁、轧钢等工艺，主要包括烧结尘泥、球团尘泥、高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、炼钢尘泥、转炉污泥、电（转）炉除尘灰、冷（热）轧污泥、轧钢氧化铁鳞、炉体粘结物、原料场集尘和出铁场集尘等；这些含铁尘泥中含有高含量的铁、碳和一定量的锌，是值得再生利用的二次资源，也含有硫等有害成分；快速、准确的对成分碳、硫的测定非常重要。

迄今为止，测定含铁沉泥中的碳、硫的含量不仅可供参考的标准物质少，而且没有检测依据，样品中碳含量在0.02～50.0 at％不等，硫含量在0.01～4.0 at％之间，分析样品时大多参考炉渣中碳、硫量的测定方法，无法满足分析标准的要求，给日常分析工作带来许多困难。为近早解决这些问题，建立一种快速、准确的测定含铁尘泥中碳、硫量的方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决在没有合适标样时无法满足分析要求的问题，提供一种能够准确测定含铁尘泥中碳、硫含量的测定含铁尘泥中碳和硫含量的方法。本发明的方法是通过加入助熔剂在红外高频碳硫分析中测定含铁尘泥中碳、硫。该方法分析步骤少、化学干扰少，分析周期短，准确度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

    1.将红外碳硫专用坩埚置于1100℃的马弗炉中灼烧4小时后放入干燥器中冷至室温；

2.根据含铁尘泥中碳、硫的含量选择合适的基准物质校正仪器曲线；

3.标准化校正：根据试样类型及含量选择分析通道，并用已选定的标样或基准（与待测试样含量相近）进行分析，三次分析值不超过允许差时，按仪器操作规程进行一点、或多点标准化校正（试样含量应小于所选标样含量）；

另选一与被测试样同类型的标样或基准进行分析，分析值在允许差范围内，可进行试样分析，否则重新做标准化校正；

4.空白实验：在一空坩埚内加入与分析试样时所需相同量的助熔剂，试样重量设为1.000g，于同一通道进行测定，重复测定5—6次得到低而且比较一致的读数，用记录最小的三次读数，记算平均值，输入仪器中，仪器在测定试样时会进行空白值的电子补偿；

5.加入铁、锡助熔剂于红红外碳硫专用坩埚中；

6.称取质量为m的含铁尘泥试样于上述坩埚中，再加入钨助熔剂；

7.将坩埚放置在高频红外碳硫分析仪中，试样在氧气流中经高频炉加热，在助熔剂、氧气的作用下，碳和硫分别生成CO₂、CO和SO₂，以氧气为载气经滤尘和除湿后，进入SO₂红外吸收池，测定硫，测定SO₂后的气体，经催化炉，将CO转化为CO₂，然后脱硫，进入CO₂红外吸收池，测定碳含量。

所述的含铁尘泥中碳和硫含量的检测方法，具体包含如下要求：

1.通过实验来确定红外碳硫分析仪的相关参数

1、用炉渣、除尘灰、含铁尘泥、布袋灰、瓦斯灰等样品，依次进行积分时间 、吹扫时间、截止比例加压时间的实验，结果如下：

1）分析炉渣、除尘灰、含铁沉泥、布袋灰、瓦斯灰等样品时加压时间设置在40s以上时，样品吸收曲线光滑，燃烧完全，回收率高、样品分解完全。但是由于过高的高压会缩短高频震荡管的使用寿命，所以在分析样品时加压时间设置在40s。

2）积分时间、吹扫时间、截止比例在表1规定的参数时，样品熔解完全，回收率最高。

2.进行标准曲线的校准

1）硫标准系列的制备

称取硫酸钾（基准试剂）固体2.174g（准确到0.0002g）于100mL容量瓶中，加入20mL高纯水溶解后稀释至刻度，摇匀，此时溶液容度为4.00mg﹒mL^-1。

称取硫酸钾（基准试剂）固体10.87g（准确到0.0002g）于100mL容量瓶中，加入20mL高纯水溶解后稀释至刻度，摇匀，此时溶液容度为20.00mg﹒mL^-1。

用微量移液管分别取不同量的硫酸钾基准溶液（使得硫含量：低硫0.002 at%～0.500 at%、高硫0.500 at%～12.00 at%各10点）注入清洗并干燥过的锡囊中，在80℃～90℃下干燥2h后，压平折叠，放入烧过并铺有0.3 g纯铁助熔剂的坩埚内，再覆盖1.5g钨粉助熔剂作为硫的标准系列于红外碳硫分析仪进行分析、进行仪器线性化校正。（硫标准含量依靠手动输入试样重量来调节；例如，硫含量设定为12.00 at%，移取硫酸钾浓度为20.00mg﹒mL^-1基准溶液600μL注入锡囊中，干燥后，于红外碳硫分析仪手动输入重量为0.1000g后，再进行分析。）

2）碳标准系列的配制

 分别称取不同量的碳酸钡基准，准确到0.0002g，使得低碳0.002at%～5.00 at%、高碳5.00 at%～62.00 at%各10点，置于烧过并铺有0.3 g纯铁+0.3g锡粒助熔剂的坩埚内，再覆盖1.5g钨粉助熔剂作为碳的标准系列于红外碳硫分析仪进行分析、进行仪器线性化校正。（碳标准含量依靠手动输入试样重量来调节）

3.确定样品、助熔剂的叠放次序，助熔剂加入量的选择，样品的称样量等对测定的影响

用炉渣、除尘灰、含铁尘泥、布袋灰、瓦斯灰等样品，依次进行样品、助熔剂的叠放次序、助熔剂加入量的选择、样品的称样量等条件实验，结果表明：

1）分析炉渣、除尘灰、含铁沉泥、布袋灰、瓦斯灰等样品时，称样量控制在0.100～0.300g，试样不仅燃烧完全而且分析速度快。

2）以纯铁助熔剂、锡粒打底，加入样品，再覆盖钨粒将样品与助熔剂充分混匀后进行测定，样品中燃烧快，吸收曲线单峰，燃烧后样品表面光滑，碳、硫气体释放完全。因此，在分析试样时，以纯铁助熔剂、锡粒打底，加入样品，再覆盖钨粒将样品与助熔剂充分混匀后进行测定。

3）分析炉渣、除尘灰、含铁沉泥、布袋灰、瓦斯灰等样品时， 加入0.3g纯铁+0.3g锡粒+1.5g钨粉与0.5g纯铁+0.3g锡粒+1.5g钨粉的助熔剂试样均可以充分燃烧、氧化，回收率高，释放曲线为单峰，不脱尾、在40～60s内碳硫可以完全释放。但是，助熔剂加入量大，不仅燃烧时飞溅严重，而且易损坏燃烧管，因此分析样品时选择0.3 g纯铁+0.3g锡粒+1.5g钨粉的助熔剂。

分析方法的下限

按本方法在空坩埚内只加入助熔剂后制备11份空白，设置相同的加高压时间进行测定11次，根据IUPAC定义的检出限公式C_L=3S _b /k( S_b为空白的标准偏差，k为相应的校准曲线斜率)计算得本发明碳检出限为：0.00030 at％，硫检出限为：0.00022 at％；碳的测定下限：0.0030 at％，硫的测定下限：0.0022 at％。

本方法适用于含铁沉泥样品测定范围： C：0.005～50.0 at %；S：0.003～10.0 at %。

本发明的有益效果是：

1. 该方法解决了没有合适标样时无法满足分析要求的问题，同时可根据实际情况选择其中一种或多种方法校正仪器的工作曲线，确保分析数据准确。

2.在高频感应红外吸收法测定含铁尘泥中碳、硫时，采用多种助熔剂，从而降低试样的熔点、提高反应温度，使样品充分熔融，提高CO₂、和SO₂的回收率，实验结果精密度高。

具体实施方式

1   方法的测定范围

本方法规定了采用红外吸收法测定含铁沉泥样品中碳、硫含量。本方法适用于含铁沉泥样品测定范围： C：0.005～50.0 at%；S：0.003～10.0at%

2  主要仪器和试剂

红外碳硫测定仪CS-901K（北京万联达）

红外碳硫专用坩埚在1100℃灼烧4小时后置于干燥器中备用（火神牌，湖南醴陵市金利坩埚瓷厂）；

纯铁助熔剂、针状锡粒助熔剂、钨助熔剂分别含碳和硫的质量分数应分别小于0.0005at%；

碳酸钡（基准试剂）：105℃干燥3h,干燥器中冷却备用；

硫酸钾（基准试剂）：105℃干燥1h,干燥器中冷却备用；

过氯酸镁：无水、粒状；

锡囊；

高效变色吸水剂（BSXSJ）；

二氧化碳吸收剂（COXSJ）；

炉渣、矿石标样；

微量移液管（100μL）；

氧气：纯度＞99.5％；

动力气：压缩空气、氮气，必须无水无油。

电子天平：精度±0.0001g。

3.仪器分析条件

4 测试步骤

4.1进行标准曲线的校准

1）硫标准系列的制备

称取硫酸钾（基准试剂）固体2.174g（准确到0.0002g）于100mL容量瓶中，加入20mL高纯水溶解后稀释至刻度，摇匀，此时溶液容度为4.00mg﹒mL^-1。

称取硫酸钾（基准试剂）固体10.87g（准确到0.0002g）于100mL容量瓶中，加入20mL高纯水溶解后稀释至刻度，摇匀，此时溶液容度为20.00mg﹒mL^-1。

用微量移液管分别取不同量的硫酸钾基准溶液（使得硫含量：低硫0.002 at%～0.500 at%、高硫0.500 at%～12.00 at%各10点）注入清洗并干燥过的锡囊中，在80℃～90℃下干燥2h后，压平折叠，放入烧过并铺有0.3 g纯铁助熔剂的坩埚内，再覆盖1.5g钨粉助熔剂作为硫的标准系列于红外碳硫分析仪进行分析、进行仪器线性化校正。（硫标准含量依靠手动输入试样重量来调节；例如，硫含量设定为12.00 at%，移取硫酸钾浓度为20.00mg﹒mL^-1基准溶液600μL注入锡囊中，干燥后，于红外碳硫分析仪手动输入重量为0.1000g后，再进行分析。）

2）碳标准系列的配制

 分别称取不同量的碳酸钡基准，准确到0.0002g，使得低碳0.002 at%～5.00 at%、高碳5.00 at%～62.00 at%各10点，置于烧过并铺有0.3 g纯铁+0.3g锡粒助熔剂的坩埚内，再覆盖1.5g钨粉助熔剂作为碳的标准系列于红外碳硫分析仪进行分析、进行仪器线性化校正（碳标准含量依靠手动输入试样重量来调节）。

4.2标准化校正

根据试样类型及含量选择分析通道，并用已选定的标样或基准（与待测试样含量相近）进行分析，三次分析值不超过允许差时，按仪器操作规程进行一点、或多点标准化校正（试样含量应小于所选标样含量）。

另选一与被测试样同类型的标样或基准进行分析，分析值在允许差范围内，可进行试样分析。否则，重新做标准化校正。

4.3 空白实验

在一空坩埚内加入与分析试样时所需相同量的助熔剂，试样重量设为1.000g，于同一通道进行测定，重复测定足够次数（5—6次）得到低而且比较一致的读数，用记录最小的三次读数，记算平均值，输入仪器中，仪器在测定试样时会进行空白值的电子补偿。

4.4  按下表称取0.1000～0.3000g试样于烧过并铺有0.3 g纯铁+0.3g锡粒助熔剂的坩埚内，再覆盖1.5g钨粉助熔剂，置于红外碳硫分析仪坩埚托上，用步骤4.2测定标样相同的条件、程序、操作进行测定。仪器自动算出碳、硫的百分含量。

5 方法的实施

   实施例1：方法比对

分别采用红外吸收法与硫酸钡重量法测定硫量、燃烧气体容量测定碳量、二氧化碳吸收重量法测定碳进行方法比对实验。结果见表1

      表1                方法比对                     at％

实施例2：标准加入法   

定量的称取含铁尘泥试样及炉渣、矿石标样，加入不同量的硫酸钾基准，按照所述方法在相同的仪器条件设置下，采用硫酸钾基准、矿石、炉渣标样校正工作曲线（采用多点校正），测定其样品中硫含量。见表2

                    表2  准确度                at％

实施例3：标准加入法   

定量的称取含铁尘泥试样及炉渣、矿石标样，加入不同量的碳酸钡基准，按照所述方法在相同的仪器条件设置下，采用碳酸钡基准、矿石、炉渣标样校正工作曲线（采用多点校正），测定其样品中碳含量。见表3

                    表3 准确度                at％

实施例4

   在相同条件下分析炉渣、含铁沉泥、除尘灰、布袋灰等样品分别分析11次，计算标准偏差。见表4

表4        方法的精密度   at％

Claims (1)

1.一种测定含铁尘泥中碳和硫含量的方法，其特征是： 

1）将红外碳硫专用坩埚置于1100℃的马弗炉中灼烧4小时后放入干燥器中冷至室温；

2）根据含铁尘泥中碳、硫的含量选择合适的基准物质校正仪器曲线；

3）标准化校正：根据试样类型及含量选择分析通道，并用已选定的标样或基准进行分析，三次分析值不超过允许差时，按仪器操作规程进行一点、或多点标准化校正；

另选一与被测试样同类型的标样或基准进行分析，分析值在允许差范围内，可进行试样分析，否则重新做标准化校正；

4）空白实验：在一空坩埚内加入与分析试样时所需相同量的助熔剂，试样重量设为1.000g，于同一通道进行测定，重复测定5—6次得到低而且比较一致的读数，用记录最小的三次读数，记算平均值，输入仪器中，仪器在测定试样时会进行空白值的电子补偿；

5）加入铁、锡助熔剂于红红外碳硫专用坩埚中；

6）称取质量为m的含铁尘泥试样于上述坩埚中，再加入钨助熔剂；

7）将坩埚放置在高频红外碳硫分析仪中，试样在氧气流中经高频炉加热，在助熔剂、氧气的作用下，碳和硫分别生成CO₂、CO和SO₂，以氧气为载气经滤尘和除湿后，进入SO₂红外吸收池，测定硫，测定SO₂后的气体，经催化炉，将CO转化为CO₂，然后脱硫，进入CO₂红外吸收池，测定碳含量。