CN112513624A - 金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置 - Google Patents

金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测定金属酸洗用混合酸溶液中含有的强酸、游离氢氟酸、金属离子的浓度的装置。本发明的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，可以实现容易有效地测定强酸、游离氢氟酸、金属离子的浓度。

Description

金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置
技术领域
本发明涉及一种用于简单准确地测定金属酸洗用混合酸酸洗溶液中的硫酸、硝酸、盐酸等强酸(Strong acid)、游离氢氟酸(Free-hydrofluoric acid)、金属离子的浓度的装置。
背景技术
不锈钢和钛与普通碳钢相比显示出更高的耐蚀性，在制造过程中进行热处理，以在轧制后获得均匀的组织，在该过程中钢表面上会形成大量的氧化皮。化学去除这种氧化皮的过程就是酸洗过程。不锈钢和钛的氧化皮无法用一般的单一酸溶液去除，因此主要使用氢氟酸和硝酸、或者氢氟酸和硫酸以及过氧化氢等混合酸(以下称“酸洗溶液”)来去除。由于酸洗后的产品质量随着这种酸洗溶液的浓度而变化，因此准确测定及管理浓度非常重要。
同时，在酸洗过程中，氧化皮和部分基材与氢氟酸反应，如下式(1)至(2)所示，从而以与金属离子、氟离子的络离子或中性状态的络盐形式存在(TiFn (n-4)-，n＝1～4，FeFk (k -3)-k＝1～3)。除了络盐之外，金属离子和金属-氟络离子的浓度会影响酸洗后的产品质量，并决定酸洗溶液的更换时期，因此应准确测定金属浓度。
Figure BDA0002913956140000011
Figure BDA0002913956140000012
如式(1)至(2)所示，从氧化皮和基材等溶解出的金属离子以各种状态存在，Ti是以Ti离子、Ti-氟络离子及络盐等状态存在，例如Ti3+、Ti4+、TiF3+、TiF2 2+、TiF3 +、TiF4、TiF5 -、TiF6 -2等，Fe是以Fe离子、Fe-氟络离子及络盐等状态存在，例如Fe2+、Fe3+、FeF2+、FeF2 +、FeF3等。此时，金属离子和金属-氟络离子的丰度比取决于平衡状态，由于平衡状态方程的数量太多，需要使用超级计算机等才能预测准确的比例。此外，化学物种太多很复杂，而且分析过程中平衡移动为其他相，无法按照化学物种测定出准确的浓度。
因此，为了测定酸洗溶液中的金属浓度，通常将金属-氟络离子进行分解并全部转化为金属离子，然后通过离子色谱法进行分析，或者通过ICP分析整体金属浓度，以用于酸洗操作。在这种情况下，由于分析过程需要时间，难以实时应对酸洗操作。
因此，现有技术中采用了三种方法，第一种方法是使用氟选择电极和氢选择电极对酸洗溶液中的总酸和氢氟酸进行分离和分析的方法(美国专利号4,060,717)，该方法计算出总酸的浓度，从中减去求出氟离子浓度的值，以换算各自浓度。此时，用比重计来计算金属离子和氟离子以及金属离子的络离子浓度。该方法相互干扰较大，设备昂贵，离子选择电极的寿命不长，因此维护成本高。此外，在Ti金属离子的情况下，由于误差大，作为分析法不适合。
第二种方法是通过由氢氧化钠进行中和滴定并同时监测溶液的温度和电导率来确定氢氟酸、混合酸和金属的浓度(美国专利号5,518,933)，但是滴定时需要花费大量时间，因此测定一个样品需要花费很多时间。
第三种方法是J.P.McKaveney发表的吸光度分析方法(Analytical Chemistry，第40卷，第8期，1968，″Spectrophotometric Method for Hydrofluoric Acid in StainlessSteel Pickling Batshs″)，有一个案例对该方法进行了自动化(Masahiko ITO等，ISIJ，第37卷，第1期，第47-54页，1997，″Development of an Automatic Analyzer for a MixedNitric Acid，Hydrofluoric Acid，and Iron Ion in the Pickling Process″)，但是自动化过程复杂，需要昂贵的分析设备。此外，这种方法实际效果不佳，比如吸光度随时间变化，并受各种离子物质的影响。
除了上述三种方法之外，已经进行了各种尝试，但是大部分不具有实用性，实际使用的都是上述三种方法的应用。
为了克服上述分析法的缺点，提出了一种方法，将混合酸稀释，向稀释后的混合酸加入含三价铁的添加剂，利用稀释前后的电导率之差来测定混合酸的浓度(韩国专利第10-1046218号)。与现有分析方法相比，测定电导率的方法相对较快、简单、成本低，但是存在无法测定金属离子浓度的缺点。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第4,060,717号
专利文献2：美国专利第5,518,933号
专利文献3：韩国专利第10-1046218号
非专利文献
非专利文献1：Analytical Chemistry，第40卷，第8期，1968，″Spectrophotometric Method for Hydrofluoric Acid in Stainless Steel PicklingBatshs″
非专利文献2：Masahiko ITO等，ISIJ，第37卷，第1期，第47-54页，1997，″Development of an Automatic Analyzer for a Mixed Nitric Acid，HydrofluoricAcid，and Iron Ion in the Pickling Process″
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种用于方便有效地测定金属酸洗用混合酸溶液中的强酸、游离氢氟酸和金属离子的浓度的装置。
技术方案
根据本发明的一个实施例提供一种金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，所述装置包括：分析端口(pot)；电导率测定单元；用于测出测定温度的温度计；以及用于输入电导率和测定温度的运算装置，其中，所述电导率测定单元测定混合酸溶液的第一电导率和混合有混合酸溶液和Fe溶液的第一混合溶液的第二电导率，所述运算装置进行计算，该计算包括以下步骤(a)至(d)：
(a)计算出将所述测定温度下的所述第一电导率补偿为参考温度下的电导率的第三电导率；
(b)计算出将所述测定温度下的所述第二电导率补偿为参考温度下的电导率的第四电导率；
(c)通过[A×(第三电导率)+B]计算出强酸的浓度，所述A和B分别由针对所述混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定；以及
(d)通过[C×(第四电导率-第三电导率)+D]计算出氢氟酸的浓度，所述C和D分别由针对所述混合酸溶液中氢氟酸的电导率和针对所述混合酸溶液中强酸的电导率之差、浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定。
混合酸溶液可以稀释到20倍至100倍。
Fe溶液可为Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3、Fe2(SO4)3或它们的混合物。
以Fe为准，Fe溶液的浓度可为50g/L至200g/L。
在步骤(a)中，运算装置通过[α×(第一电导率)]计算出第三电导率，所述α由针对所述混合酸溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，所述温度差为(测定温度-参考温度)，在步骤(b)中，运算装置通过[β×(第二电导率)]计算出第四电导率，所述β由针对所述第一混合溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，所述温度差可为(测定温度-参考温度)。
根据本发明的另一个实施例提供一种金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，所述装置包括：分析端口(pot)；电导率测定单元；用于测出测定温度的温度计；以及用于输入电导率和测定温度的运算装置，其中，所述电导率测定单元测定混合酸溶液的第一电导率和混合有混合酸溶液和氢氟酸溶液的第二混合溶液的第五电导率，所述运算装置进行计算，该计算包括下述步骤(e)至(h)：
(e)计算出将所述测定温度下的第一电导率补偿为参考温度下的电导率的第三电导率；
(f)计算出将所述测定温度下的所述第五电导率补偿为参考温度下的电导率的第六电导率；
(g)通过[A×(第三电导率)+B]计算出强酸的浓度，所述A和B分别由针对所述混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定；以及
(h)通过[E×(第六电导率-第三电导率)+G]计算出金属离子的浓度，所述E和G分别由针对所述混合酸溶液中金属离子的电导率和针对所述混合酸溶液中强酸的电导率之差、浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定。
金属离子可为选自Fe、Ti、Cr、Ni、Mo、Al和Mg中的至少一种。
混合酸溶液可以稀释到20倍至100倍。
氢氟酸溶液可以含有与氢氟酸溶液混合之前存在于混合酸溶液中的金属离子当量的3倍至50倍的氢氟酸。
在步骤(e)中，运算装置通过[α×(第一电导率)]计算出第三电导率，所述α由针对所述混合酸溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，所述温度差为(测定温度-参考温度)，在步骤(f)中，运算装置通过[γ×(第五电导率)]计算出第六电导率，所述γ由针对所述第二混合溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，所述温度差可为(测定温度-参考温度)。
发明效果
用于测定酸洗溶液中强酸、氢氟酸以及金属离子的浓度的现有设备需要通过昂贵的分析设备和熟练的分析人员进行分析，因此需要大量的测定时间，而且存在转移到特定场所以进行样品分析的缺点，在工艺中难以直接使用，维护成本也很高。
应用根据本发明的装置，不仅可以容易测定酸洗溶液中的强酸和氢氟酸的浓度，还可以容易测定金属离子的浓度，从而可以精确管理酸洗溶液，并且可以由非熟练人员进行分析，从而可以提高工作效率，由于几乎不需要维护成本，非常经济有效。根据本发明的酸洗金属用混合酸溶液的成分浓度测定装置特别适用于不锈钢和/或钛(Ti)钢的酸洗溶液。
附图说明
图1为金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置。
图2示出了硝酸-氢氟酸混合酸溶液的硝酸浓度和在25℃下的电导率的标准曲线。
图3示出了硝酸-氢氟酸混合酸溶液的氢氟酸浓度和在25℃下的电导率的标准曲线。
图4示出了使用硝酸-氢氟酸混合酸溶液的酸洗过程中混入的金属离子的浓度和在25℃下的电导率的标准曲线。
具体实施方式
通常，当氢氟酸和其他强酸混合时，氢氟酸起弱酸作用，其离解度不大。然而，作为强酸的硫酸或硝酸具有较大的离解度，因此测定混合有氢氟酸和强酸的溶液的电导率时，电导率值根据强酸的浓度变化很大，而根据氢氟酸的浓度变化不明显。这种关系可以通过以下化学式看出。
HF+H2SO4(或HNO3)+H2O→氢氟酸(大量)+H++F-(少量)+SO4 2-(或NO3 -)(大量)式(3)
HF+Fe(NO3)3·9H2O→FeF3+H++3(NO3 -)(电导率与HF成比例增加)式(4)
本发明涉及一种用于测定酸洗溶液中的强酸、氢氟酸以及金属离子的浓度的装置，该装置包括分析端口(pot)、电导率测定单元、温度计以及运算装置。
本发明的分析端口通过泵和管道分别连接于存在混合有强酸和氢氟酸的混合酸溶液的第一罐、存在蒸馏水的第二罐，存在Fe溶液的第三罐、存在氢氟酸溶液的第四罐。所述混合酸溶液、蒸馏水、Fe溶液或氢氟酸溶液可以通过管道输送到分析端口。
所述管道分别连接于空气压缩机和排液装置(drain)，可以将分析中使用后留在管道的残留溶液用压缩空气排出到排液装置。
所述空气压缩机包括排气口(air outlet)。所述排气口与分析端口连接，使得残留在管道末端的蒸馏水或溶液流到分析端口。
在本发明中，混合酸溶液中含有的强酸可以是选自硝酸、硫酸以及盐酸中的一种或两种以上的混合物，但不限于此。
另外，所述混合酸溶液在分析端口被蒸馏水稀释。如果所述混合酸溶液的稀释比例过低，就会显示出高的电导率，从而缩短电导率测定单元的电极寿命，并且Fe溶液的添加量增加，因此不实用。如果混合酸溶液的稀释比例过高，则电导率测定灵敏度降低，难以确保准确度。因此，在本发明中，混合酸溶液可以稀释到20倍至100倍，优选50倍至100倍。
在本发明中，Fe溶液含有三价Fe，可以是选自Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3、Fe2(SO4)3等中的一种或两种以上，但不限于此。优选使用与酸洗溶液的相互干扰少且溶解度高的Fe(NO3)3·9H2O。
以Fe为准，所述Fe溶液的浓度可为50g/L至200g/L。如果Fe溶液的浓度小于50g/L，则必须加入大量的Fe溶液，因此混合酸溶液被稀释而破坏相关性，如果超过200g/L，则难以制备混合溶液，并且电导率的变化太大，从而导致准确度降低。
本发明的电导率测定单元与分析端口连接，并且包括电导率仪和电导率电极。如果所述电导率电极的范围过小，就会超出混合酸溶液的电导率范围或需要过多的稀释，因此不利于测定。如果使用范围过高的电导率电极，则灵敏度降低导致准确度下降，因此电极的范围优选为0mS/cm至200mS/cm。
使用所述电导率测定单元测定被蒸馏水稀释的混合酸溶液的电导率。此时的电导率称为第一电导率。
然后，将Fe溶液添加至分析端口，并且使用电导率测定单元测定混合有稀释的混合酸溶液和Fe溶液的第一混合溶液的电导率。此时的电导率称为第二电导率。
在氢氟酸的情况下，与三价Fe离子结合形成FeF3混合物，因此将含有三价Fe的溶液添加到含有氢氟酸的溶液时，氢氟酸中的F成分(以氢氟酸形式存在)与Fe结合并释放出H+离子，Fe溶液中所含有的阴离子(NO3 -、Cl-、SO4 2-等)也会被释放，从而电导率与氢氟酸浓度成比例地大幅增加。
因此，第二电导率测定值大于第一电导率测定值，从第二电导率中减去第一电导率，就可以知道单靠氢氟酸的存在而增加的电导率的增加量。这种增加量与氢氟酸的浓度成比例，因此通过应用此原理，可以快速而准确地计算出混合酸溶液中每个游离酸的浓度。
另外，本发明的温度计与分析端口连接，温度计测定电导率测定单元测定第一电导率和第二电导率时存在于分析端口的溶液的温度。该温度称为测定温度。
电导率测定单元测定的第一电导率以及第二电导率、温度计测定的测定温度传输到运算装置。运算装置用所传输的测定值来计算混合酸溶液中的强酸、游离氢氟酸的浓度，并将浓度信息提供给用户。
所述运算装置经由下列步骤计算出混合酸溶液中的强酸、游离氢氟酸的浓度：(a)计算出将所述测定温度下的所述第一电导率补偿为参考温度下的电导率的第三电导率；(b)计算出将所述测定温度下的所述第二电导率补偿为参考温度下的电导率的第四电导率；(c)通过[A×(第三电导率)+B]计算出强酸的浓度，所述A和B分别由针对所述混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定；(d)通过[C×(第四电导率-第三电导率)+D]计算出氢氟酸的浓度，所述C和D分别由针对所述混合酸溶液中氢氟酸的电导率和针对所述混合酸溶液中强酸的电导率之差、浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定。
所述第三电导率为混合酸溶液的温度补偿值，第四电导率为混合有混合酸溶液和Fe溶液的第一混合溶液的温度补偿值，分别通过下列公式计算。
[混合酸溶液的温度补偿]
第三电导率＝α×第一电导率
[混合有混合酸溶液及Fe溶液的第一混合溶液的温度补偿]
第四电导率＝β×第二电导率
在上述公式中，温度变化常数α、β为用于将测定温度(即测定出第一电导率和第二电导率的温度)下获得的电导率转换为25℃(参考温度)下的电导率的常数。
所述温度变化常数α和β是通过如下方式来确定：针对加入Fe溶液前的混合酸溶液和加入Fe溶液后的混合酸溶液分别绘制x轴为温度差(测定温度-参考温度)(℃)、y轴为电导率变化率(％)的校准曲线，分别取这些曲线的斜率。
在下文中，将描述计算强酸和氢氟酸的浓度的方法。通过下列公式计算混合酸溶液中强酸和氢氟酸的浓度。
[计算强酸的浓度]
强酸浓度＝A×第三电导率+B
[计算氢氟酸的浓度]
氢氟酸浓度＝C×(第四电导率-第三电导率)+D
其中，A，B为由针对混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线算出的常数，C、D为由针对混合酸溶液中氢氟酸的电导率和混合酸溶液中强酸的电导率之差和浓度的标准曲线算出的常数。
为了计算所述常数A、B、C、D，针对混合酸溶液中的强酸绘制x轴为第三电导率、y轴为强酸浓度的标准曲线，将该曲线的斜率以及y截距分别确定为A和B。此外，针对混合酸溶液的氢氟酸绘制x轴为加入添加剂而导致的电导率差(即，第四电导率-第三电导率)、y轴为氢氟酸浓度的标准曲线，将该曲线的斜率以及y截距分别确定为C和D。
当利用通过该方法获得的常数A、B、C、D以及温度补偿后的第三电导率和第四电导率时，可以容易快速地求出强酸和氢氟酸的浓度。
另外，根据本发明的成分浓度测定装置，可以测定混合酸溶液中所含有的金属离子的浓度。
金属酸洗溶液为含有强酸和氢氟酸的混合酸溶液，因此可能含有酸洗过程中混入的金属成分。所述金属可为Fe、Ti、Cr、Ni、Mo、Al和Mg中的至少一种，可以单独存在或两种以上的金属混合存在。
在所述酸洗溶液中，强酸、金属离子、金属-氟络离子等相互平衡。这种酸洗溶液中添加氢氟酸溶液时，如下述式(1)和式(2)所示氢氟酸的一部分离解，氟离子与金属离子和金属-氟络离子结合，进而平衡状态发生变化，因此与金属离子和金属-氟络离子结合的氟离子增加，从氢氟酸分离出的H+也增加。
Figure BDA0002913956140000121
Figure BDA0002913956140000122
也就是说，当含有金属离子和金属-氟络离子的酸洗溶液中进一步添加氢氟酸溶液时，电导率因H+离子而增加到相当于可与氟结合的金属离子和金属-氟络离子(例如，TiFn (n-4)-，FeFk (k-3)-n＝0～3，k＝0～2)与氟结合的量。因此，当添加足够量的氢氟酸溶液时，大多数金属离子和金属-氟络离子都会与氟结合，进而转化为金属-氟络盐(TiF4，FeF3等)后沉淀，后面即使添加氢氟酸溶液，电导率也只是略微增加而已。
为了测定混合酸溶液中含有的金属离子的浓度，如上所述，将第一罐中存在的混合酸溶液和第二罐中存在的蒸馏水输送到分析端口，然后用蒸馏水稀释输送的混合酸溶液。用电导率测定单元测定稀释的混合酸溶液的电导率，此时的电导率被称为第一电导率。
所述混合酸溶液的稀释比例为20倍至100倍，优选为30倍至70倍。如果稀释比例过低，就会显示出高电导率，从而缩短电极的寿命，因此不实用。相反地，如果稀释比例过高，则测量灵敏度降低，难以确保准确度。因此，将所述混合酸溶液以20倍至100倍的比例稀释后测定电导率。
然后，将第四罐中存在的氢氟酸溶液添加到分析端口，以制备混合有稀释的混合酸溶液和氢氟酸溶液的第二混合溶液。用电导率测定单元测定所述第二混合溶液的电导率，此时的电导率被称为第五电导率。
添加所述氢氟酸溶液时，使其含有与氢氟酸溶液混合之前存在于混合酸溶液中的金属离子的当量的3倍至50倍的氢氟酸。如果氢氟酸的添加量不能达到金属离子当量的3倍，则氢氟酸和金属离子的结合不充分，因此电导率不会增加，从而导致分析误差增加。相反地，如果氢氟酸的添加量超过金属离子当量的50倍，则由于氢氟酸残留过多而导致分析误差增大，因此不优选。
另外，通过与分析端口连接的温度计测出测定第一电导率和第五电导率时分析端口中存在的溶液的温度，将该温度称为测定温度。
所述第一电导率、第五电导率以及测定温度传输到运算装置，运算装置用所传输的测定值来计算混合酸溶液中的金属离子和金属氟络离子的浓度，并将该浓度信息提供给用户。
所述运算装置通过下列步骤计算出混合酸溶液中的强酸和金属离子的浓度：(e)计算出将所述测定温度下的第一电导率补偿为参考温度下的电导率的第三电导率；(f)计算出将所述测定温度下的所述第五电导率补偿为参考温度下的电导率的第六电导率；(g)通过[A×(第三电导率)+B]计算出强酸的浓度，所述A和B分别由针对所述混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定；以及(h)通过[E×(第六电导率-第三电导率)+G]计算出金属离子的浓度，所述E和G分别由针对所述混合酸溶液中金属离子的电导率和针对所述混合酸溶液中强酸的电导率之差、浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定。
所述第三电导率为混合酸溶液的温度补偿值，第四电导率为混合有混合酸溶液和Fe溶液的第一混合溶液的温度补偿值，分别通过下列公式计算。
[混合酸溶液的温度补偿]
第三电导率＝α×第一电导率
[混合有混合酸溶液及氢氟酸溶液的第二混合溶液的温度补偿]
第六电导率＝γ×第五电导率
在上述公式中，温度变化常数α、γ为用于将测定温度(即测定出第一电导率和第五电导率的温度)下获得的电导率转换为25℃(参考温度)下的电导率的常数。
所述温度变化常数α、γ是通过如下方式来确定：针对加入氢氟酸溶液前的混合酸溶液和加入氢氟酸溶液后的混合酸溶液分别绘制x轴为温度差(测定温度-参考温度)(℃)、y轴为电导率变化率(％)的标准曲线，分别取这些曲线的斜率。
在下文中，将描述计算强酸和金属离子的浓度的方法。通过下列公式计算混合酸溶液中强酸和金属离子的浓度。
[计算强酸的浓度]
强酸浓度＝A×第三电导率+B
[计算金属离子的浓度]
金属离子的浓度＝E×(第六电导率-第三电导率)+G
其中，A、B为由针对混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线算出的常数，E，G为由针对混合酸溶液中金属离子的电导率和混合酸溶液中强酸的电导率之差和浓度的标准曲线算出的常数。
为了计算所述常数A，B，E，G，针对混合酸溶液中的强酸绘制x轴为第三电导率、y轴为强酸浓度的标准曲线，将该曲线的斜率以及y截距分别确定为A和B。此外，针对混合酸溶液的金属离子绘制x轴为加入添加剂而导致的电导率差(即，第六电导率-第三电导率)、y轴为氢氟酸浓度的标准曲线，将该曲线的斜率以及y截距分别确定为E和G。
当利用通过该方法获得的常数A，B，E，G以及温度补偿后的第三电导率和第六电导率时，可以容易快速地求出强酸和金属离子的浓度。
实施发明的方式
实施例
下面详细描述本发明的实施例。下述实施例仅用于理解本发明，并不限制本发明。
1.实施例1
将描述求出本发明的混合酸溶液中的氢氟酸和强酸的浓度的方法。图2示出了由硝酸-氢氟酸组成的混合酸溶液中25℃下的硝酸的电导率和浓度的标准曲线，图3示出了所述混合酸溶液中25℃下的氢氟酸的电导率和浓度的标准曲线。
在图2和图3中，利用标准曲线的斜率和y截距值，可以计算出硝酸的浓度和氢氟酸的浓度。
硝酸的浓度＝[A×(第三电导率)+B]式(5)
氢氟酸的浓度＝[C×(第四电导率-第三电导率)+D]式(6)
在图2、图3以及式(1)至(2)中确定为A＝4.026，B＝-10.041，C＝2.352，D＝-54.270。用所述常数A、B、C、D以及温度补偿后的第三电导率和第四电导率测定氢氟酸和强酸的浓度。
表1示出了用本发明的测定装置分析混合酸标准溶液的结果。用本装置的结果显示，可在最大误差率为2.3％以内的范围准确地测定。
[表1]基于制备标准溶液的硝酸/氢氟酸浓度测定结果
Figure BDA0002913956140000161
2.实施例2
将描述求出本发明的混合酸溶液中的强酸和金属离子的浓度的方法。
不锈钢制造工艺中采集的混合酸溶液(硝酸85g/L，氢氟酸15.6g/L，Fe离子27.8g/L)中加入相同的硝酸-氢氟酸浓度的标准溶液(Fe 0g/L)按照各种比例制备了表2的标准溶液。此时，图4示出了在由硝酸-氢氟酸组成的混合酸溶液中25℃下的第三电导率和第六电导率之差和Fe离子浓度的标准曲线。
在图2和图4中，可以用标准曲线的斜率和y截距值计算出硝酸的浓度和Fe离子的浓度。
Fe离子的浓度＝[E×(第六电导率-第三电导率)+G]式(7)
在图4以及式(7)中确定为E＝82.165，G＝-0.045。用实施例1中求出的常数A、B和第三电导率测定硝酸和Fe离子的浓度。
表2示出了用根据本发明的测定装置对不同金属离子浓度的标准溶液进行分析的结果，用本装置的结果显示，可在4.3％的最大误差率以内的范围准确地测定。
[表2]基于制备标准溶液的硝酸/Fe离子浓度测定结果
Figure BDA0002913956140000171
符号说明
10分析端口
20电导率测定单元
21电导率传感器
22电导率仪
30温度计
40运算装置
50溶液端口
51第一罐
52第二罐
53第三罐
54第四罐
60空气压缩机
70排液装置

Claims (11)

1.一种金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于，所述装置包括：
分析端口(pot)；
电导率测定单元；
用于测出测定温度的温度计；以及
用于输入电导率和测定温度的运算装置；
其中，所述电导率测定单元测定混合酸溶液的第一电导率和混合有混合酸溶液和Fe溶液的第一混合溶液的第二电导率，
所述运算装置进行计算，该计算包括下列步骤(a)至(d)：
(a)计算出将所述测定温度下的所述第一电导率补偿为参考温度下的电导率的第三电导率；
(b)计算出将所述测定温度下的所述第二电导率补偿为参考温度下的电导率的第四电导率；
(c)通过[A×(第三电导率)+B]计算出强酸的浓度，所述A和B分别由针对所述混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定；以及
(d)通过[C×(第四电导率-第三电导率)+D]计算出氢氟酸的浓度，所述C和D分别由针对所述混合酸溶液中氢氟酸的电导率和针对所述混合酸溶液中强酸的电导率之差、浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定。
2.根据权利要求1所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
所述混合酸溶液稀释到20倍至100倍。
3.根据权利要求1所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
所述Fe溶液为Fe(NO3)3·9H2O，FeCl3，Fe2(SO4)3或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
以Fe为准，所述Fe溶液的浓度为50g/L至200g/L。
5.根据权利要求1所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
在步骤(a)中，所述运算装置通过[α×(第一电导率)]计算出第三电导率，
所述α由针对所述混合酸溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，
所述温度差为(测定温度-参考温度)，
在步骤(b)中，所述运算装置通过[β×(第二电导率)]计算出第四电导率，
所述β由针对所述第一混合溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，
所述温度差为(测定温度-参考温度)。
6.一种金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于，所述装置包括：
分析端口(pot)；
电导率测定单元；
用于测出测定温度的温度计；以及
用于输入电导率和测定温度的运算装置，
其中，所述电导率测定单元测定混合酸溶液的第一电导率和混合有混合酸溶液和氢氟酸溶液的第二混合溶液的第五电导率，
所述运算装置进行计算，该计算包括下述步骤(e)至(h)：
(e)计算出将所述测定温度下的第一电导率补偿为参考温度下的电导率的第三电导率；
(f)计算将所述测定温度下的所述第五电导率补偿为参考温度下的电导率的第六电导率；
(g)通过[A×(第三电导率)+B]计算出强酸的浓度，所述A和B分别由针对所述混合酸溶液中强酸的电导率和浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定；以及
(h)通过[E×(第六电导率-第三电导率)+G]计算出金属离子的浓度，所述E和G分别由针对所述混合酸溶液中金属离子的电导率和针对所述混合酸溶液中强酸的电导率之差、浓度的标准曲线的斜率以及y截距值确定。
7.根据权利要求6所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
所述金属离子为选自Fe、Ti、Cr、Ni、Mo、Al和Mg中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
所述混合酸溶液稀释到20倍至100倍。
9.根据权利要求6所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
所述氢氟酸溶液含有与氢氟酸溶液混合之前存在于混合酸溶液中的金属离子当量的3倍至50倍的氢氟酸。
10.根据权利要求6所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
所述混合酸溶液稀释到20倍至100倍。
11.根据权利要求1所述的金属酸洗用混合酸溶液的成分浓度测定装置，其特征在于：
在步骤(e)中，所述运算装置通过[α×(第一电导率)]计算出第三电导率，
所述α由针对所述混合酸溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，
所述温度差为(测定温度-参考温度)，
在步骤(f)中，所述运算装置通过[γ×(第五电导率)]计算出第六电导率，
所述γ由针对所述第二混合溶液的温度差和电导率变化率的标准曲线的斜率确定，
所述温度差为(测定温度-参考温度)。
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