CN106841194A - 一种石墨中铁含量的测定方法及试剂盒 - Google Patents

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万建民
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张胜恩
康进才
张谦
杜爱芳
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Abstract

本发明涉及一种石墨中铁含量的测定方法及试剂盒。该测定方法包括以下步骤：1)向石墨粉中加入硝酸，混合得到混合物；2)向步骤1)所得混合物中加入过量EDTA标准溶液混合，再加入缓冲液混匀，分离，得到混合溶液；3)向步骤2)所得混合溶液中加入二甲酚橙显色剂，混合溶液呈现亮黄色；滴加锌标准溶液，使混合溶液由亮黄色转变为紫色即为滴定终点。该测定方法整个过程在常温进行，通过选择合适的显色剂和反滴定溶液，滴定终点颜色突跃明显、极易观察，简化了操作步骤，改善了操作条件，缩短了分析时间，具有良好的准确度和精密度，可适用于铁含量为不小于100ppm的石墨粉的准确测定。

Description

一种石墨中铁含量的测定方法及试剂盒
技术领域
本发明属于铁含量的测定技术领域，具体涉及一种石墨中铁含量的测定方法及试剂盒。
背景技术
随着锂离子电池需求量的快速增长，石墨作为锂离子电池用负极材料得到了越来越多的应用。天然石墨是采用天然鳞片晶质石墨，经过粉碎、球化、分级、纯化等工序处理制得；人工石墨是将易石墨化碳如石油焦、针状焦、沥青焦等在一定温度下煅烧，再经粉碎、分级、高温石墨化制得。炭素制品(如超高功率石墨电极)的生产过程中，往往需要加入Fe2O3粉来抑制硫的“气胀”效应并起到催化石墨化过程的作用，从而达到大幅度降低裂纹，提高成品率的目的。在实际应用中，无论是天然石墨，还是人工石墨(包括炭素制品生产过程中产生的石墨切削碎和石墨化废品)中，往往不可避免地存在铁，而铁含量的高低则直接影响到负极材料的品质，进而影响石墨粉生产厂家的销量和价格，因而，建立一种手续简便、费用较低且相对精准的测试石墨中铁含量的方法具有十分重要的意义。
GB/T3521-2008《石墨化学分析方法》中介绍了利用磺基水杨酸比色法或EDTA络合滴定法来测定石墨中的酸溶铁含量。其中，EDTA络合滴定法是利用在微酸性溶液(pH＝1.8～2.0)及60～70℃的溶液中，以磺基水杨酸钠为指示剂，用EDTA标准溶液的滴定来测定酸溶铁含量。其测定过程包括了试样溶液的制备，加硝酸，煮沸，用氢氧化铵溶液调pH值，加指示剂，EDTA标准溶液滴定等步骤，测定过程不仅需要反复的煮沸过程，且滴定过程需控制温度为60～70℃，温度的控制不当，往往影响EDTA的络合反应进行，影响铁含量测定的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨中铁含量的测定方法，从而解决现有技术中，石墨中铁含量的测定过程繁杂、适应性差的问题。
本发明的第二个目的是提供一种用于石墨中铁含量测定的试剂盒。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种石墨中铁含量的测定方法，包括以下步骤：
1)向石墨粉中加入硝酸，混合得到混合物；
2)向步骤1)所得混合物中加入过量EDTA标准溶液混合，再加入缓冲液混匀，分离，得到混合溶液；
3)向步骤2)所得混合溶液中加入二甲酚橙显色剂，混合溶液呈现亮黄色；滴加锌标准溶液，使混合溶液由亮黄色转变为紫色即为滴定终点；
4)铁含量按下式计算：
其中，C1为EDTA标准溶液的浓度，mol/L；V1为EDTA标准溶液的体积，mL；
C2为锌标准溶液的浓度，mol/L；V2为锌标准溶液的体积，mL；
MFe为铁的摩尔质量，55.85g/mol；m为石墨粉的质量。
本发明提供的石墨中铁含量的测定方法，通过石墨粉与酸液的混合，加入过量EDTA标准溶液和缓冲液反应，加入二甲酚橙显色剂，用锌标准溶液反滴定来测定石墨粉中的铁含量。该方法整个过程在常温进行，通过选择合适的显色剂和反滴定溶液，滴定终点容易判断，测量准确度高，可适用于铁含量为不小于100ppm的石墨粉的准确测定。
所述石墨为人工石墨。优选的，所述石墨粉中铁含量不小于100ppm。
步骤1)中，所述硝酸的质量浓度为5％～45％，每克石墨粉对应硝酸的加入量为0.3～0.6mL。进一步优选的，所述硝酸的浓度为30wt％；每克石墨粉对应30wt％硝酸的体积为0.4mL。石墨粉与硝酸混合后，可通过超声分散使石墨粉中的Fe更容易溶解到酸液中。该步骤实现了石墨粉中各种价态Fe的提取。
步骤2)中，所述EDTA标准溶液为EDTA-2Na溶液，浓度为0.01～0.02mol/L。EDTA标准溶液的标定可采用现有技术。每克石墨粉对应EDTA标准溶液的加入量为3～5mL。所述缓冲液为氨水和六次甲基四胺组成的混合溶液。优选的，所述混合溶液由体积浓度为50％氨水(即1:1氨水，由市售浓氨水和等体积水混合而成)和饱和六次甲基四胺溶液按体积比1:9混合而成。缓冲液的加入量满足体系的pH值为5～6。
步骤2)发生EDTA标准溶液和Fe的络合反应，通过缓冲液的合理选择使体系的pH值稳定，保证络合反应的顺利进行并为步骤3)的显色剂发挥作用提供良好条件。优选的，该步骤中，加入过量EDTA标准溶液后，超声分散30min；加入缓冲液后，超声分散20min。通过上述手段，可使络合反应充分进行，使各组分充分混匀。混匀后，可通过过滤或离心实现固液分离，清洗残渣3～5次后，得到混合溶液。
步骤3)中，指示剂的加入量满足显色的要求即可。所述二甲酚橙显色剂为二甲酚橙与氯化钠的混合物。所述混合物中，二甲酚橙与氯化钠的质量比为1:99。通过使用该混合物，可实现显色剂以固体形式保存，且添加量易于控制。
锌标准溶液为ZnCl2标准溶液，浓度为0.075～0.095mol/L。滴加锌标准溶液前，EDTA处于过量状态，溶液呈现亮黄色；滴加达到终点后，体系由亮黄色转变为紫色。
本发明提供的石墨中铁含量的测定方法在室温条件下即可进行，滴定终点颜色突跃明显、极易观察，简化了操作步骤，改善了操作条件，缩短了分析时间，具有良好的准确度和精密度，适应于各种石墨粉生产厂家对铁含量的快速检测。
一种用于石墨中铁含量测定的试剂盒，包括以下试剂：
1)显色剂：二甲酚橙与氯化钠以质量比1:99组成的混合物；
2)缓冲液：体积浓度50％的氨水和饱和六次甲基四胺溶液以体积比1:9组成的混合溶液；
3)质量浓度5％的硝酸；
4)EDTA标准溶液：EDTA-2Na浓度为0.01～0.02mol/L；
5)锌标准溶液：ZnCl2浓度为0.075～0.095mol/L。
上述试剂盒，还包括容量瓶、滴定管、烧杯和塑料滴管。
可依照本发明提供的方法使用上述试剂盒，从而使石墨中铁的检测具有手续简便、费用较低、测试准确的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。各实施例中使用的试剂包括：
(1)显色剂：0.5g二甲酚橙与49.5g氯化钠混合后充分研磨备用；
(2)缓冲液：体积浓度50％的氨水50mL以饱和六次甲基四胺溶液定容至500mL，混匀备用；
(3)EDTA标准溶液：EDTA-2Na浓度为0.01～0.02mol/L；
(4)锌标准溶液：ZnCl2浓度为0.075～0.095mol/L；
(5)质量浓度为30％的硝酸。
实施例1
本实施例的石墨中铁含量的测定方法，包括以下步骤：
1)将5g石墨粉(过250目筛)与2mL硝酸(质量浓度30wt％)在100mL烧杯中混合，置于超声洗涤器中超声10min，得到混合物；
2)向步骤1)所得混合物中加入EDTA标准溶液20mL，超声30min后，加入缓冲液使体系的pH值为5～6，超声20min，过滤，清洗残渣3次后，合并清洗液和滤液得到混合溶液，转入50mL烧杯中；
3)用比色管量取5mL步骤2)所得混合溶液至10mL烧杯中，加入显色剂，混合溶液呈现亮黄色；滴加锌标准溶液，使混合溶液由亮黄色转变为紫色即为终点，记录锌标准溶液的体积为3.17mL。
该实施例中，石墨粉中铁含量为118ppm。
本实施例的用于石墨中铁含量测定的试剂盒，包括以下试剂：
1)显色剂：二甲酚橙与氯化钠以质量比1:99组成的混合物；
2)缓冲液：体积浓度50％的氨水和饱和六次甲基四胺溶液以体积比1:9组成的混合溶液；
3)质量浓度30％的硝酸；
4)EDTA标准溶液：EDTA-2Na浓度为0.014mol/L；
5)锌标准溶液：ZnCl2浓度为0.085mol/L。
6)10mL容量瓶一个；5mL微量滴定管1支；10mL、50mL、100mL烧杯各一个；塑料滴管一个。
实施例2
本实施例的石墨中铁含量的测定方法，包括以下步骤：
1)将5g石墨粉(过250目筛)与2mL硝酸(质量浓度30wt％)在100mL烧杯中混合，置于超声洗涤器中超声10min，得到混合物；
2)向步骤1)所得混合物中加入EDTA标准溶液20mL，超声30min后，加入缓冲液使体系的pH值为5～6，超声20min，5000rpm离心10min，清洗残渣3次后，合并清洗液和滤液得到混合溶液，转入50mL烧杯中；
3)用比色管量取5mL步骤2)所得混合溶液至10mL烧杯中，加入显色剂，混合溶液呈现亮黄色；滴加锌标准溶液，使混合溶液由亮黄色转变为紫色即为终点，记录锌标准溶液的体积为1.23mL。
该实施例中，石墨粉中铁含量为1960ppm。
本实施例的用于石墨中铁含量测定的试剂盒，与实施例1相同。
实施例3
本实施例的石墨中铁含量的测定方法，包括以下步骤：
1)将5g石墨粉(过250目筛)与2mL硝酸(质量浓度30wt％)在100mL烧杯中混合，置于超声洗涤器中超声10min，得到混合物；
2)向步骤1)所得混合物中加入EDTA标准溶液20mL，超声30min后，加入缓冲液调整体系的pH值为5～6，超声20min，过滤，清洗残渣3次后，合并清洗液和滤液得到混合溶液，转入50mL烧杯中；
3)用比色管量取5mL步骤2)所得混合溶液至10mL烧杯中，加入显色剂，混合溶液呈现亮黄色；滴加锌标准溶液，使混合溶液由亮黄色转变为紫色即为终点，记录锌标准溶液的体积为1.86mL。
该实施例中，石墨粉中铁含量为1362ppm。
本实施例的用于石墨中铁含量测定的试剂盒，与实施例1相同。
实施例4
本实施例的石墨中铁含量的测定方法，包括以下步骤：
1)将5g石墨粉(过250目筛)与2mL硝酸(质量浓度30wt％)在100mL烧杯中混合，于超声洗涤器中超声10min，得到混合物；
2)向步骤1)所得混合物中加入EDTA标准溶液20mL，超声30min后，加入缓冲液调整体系pH值为5～6，超声20min，过滤，清洗残渣3次后，合并清洗液和滤液得到混合溶液，转入50mL烧杯中；
3)用比色管量取5mL步骤2)所得混合溶液至10mL烧杯中，加入显色剂，混合溶液呈现亮黄色；滴加锌标准溶液，观察颜色变化。
本实施例中，若试样中铁含量高于2000ppm，则滴入1.19mL锌标准溶液后，混合溶液呈现为紫红色；若试样中铁含量小于100ppm，则滴入3.19mL锌标准溶液后，混合溶液转变为紫色。通过该实施例可快速检测石墨粉铁含量合格品与不合格品，为石墨粉生产厂家的生产和销售提供数据支持。
本实施例的用于石墨中铁含量测定的试剂盒，与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)向石墨粉中加入硝酸，混合得到混合物；
2)向步骤1)所得混合物中加入过量EDTA标准溶液混合，再加入缓冲液混匀，分离，得到混合溶液；
3)向步骤2)所得混合溶液中加入二甲酚橙显色剂，混合溶液呈现亮黄色；滴加锌标准溶液，使混合溶液由亮黄色转变为紫色即为滴定终点；
4)铁含量按下式计算：
% F e = ( C 1 V 1 - C 2 V 2 ) × 10 - 3 × M F e m × 100 % ;
其中，C1为EDTA标准溶液的浓度，mol/L；V1为EDTA标准溶液的体积，mL；
C2为锌标准溶液的浓度，mol/L；V2为锌标准溶液的体积，mL；
MFe为铁的摩尔质量，55.85g/mol；m为石墨粉的质量。
2.如权利要求1所述的石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，步骤1)中，所述硝酸的质量浓度为5％～45％，每克石墨粉对应硝酸的加入量为0.3～0.6mL。
3.如权利要求1所述的石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，步骤2)中，所述EDTA标准溶液为EDTA-2Na溶液，浓度为0.01～0.02mol/L。
4.如权利要求3所述的石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，步骤2)中，每克石墨粉对应EDTA标准溶液的加入量为3～5mL。
5.如权利要求1所述的石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，步骤2)中，所述缓冲液为氨水和六次甲基四胺组成的混合溶液。
6.如权利要求1或5所述的石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，步骤2)中，缓冲液的加入量满足体系的pH值为5～6。
7.如权利要求1或5所述的石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，步骤2)中，加入过量EDTA标准溶液后，超声分散30min；加入缓冲液后，超声分散20min。
8.如权利要求1所述的石墨中铁含量的测定方法，其特征在于，步骤3)中，锌标准溶液的浓度为0.075～0.095mol/L。
9.一种用于石墨中铁含量测定的试剂盒，其特征在于，包括以下试剂：
1)显色剂：二甲酚橙与氯化钠以质量比1:99组成的混合物；
2)缓冲液：体积浓度50％的氨水和饱和六次甲基四胺溶液以体积比1:9组成的混合溶液；
3)质量浓度5％的硝酸；
4)EDTA标准溶液：EDTA-2Na浓度为0.01～0.02mol/L；
5)锌标准溶液：ZnCl2浓度为0.075～0.095mol/L。
10.如权利要求9所述的用于石墨中铁含量测定的试剂盒，其特征在于，还包括容量瓶、滴定管、烧杯和塑料滴管。
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