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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Hüttenwesen, und insbesondere
auf ein Verfahren zur Bestimmung der Menge von Wasserstoff in anorganischen Materialien,
beispielsweise in bei der metallurgischen Produktion anfallenden Schlacken.
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bie Erfindung kann im Stahlschmelz-, und Hochofenbetrieb bei der
Bestimmung der Bsdingungen für die Durchführung der genannten Prozesse Anwendung
finden.
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Gegenwärtig ist bekannt ein chemisches Verfahren zur Bestimmung von
Wasserstoff1 beispielsweise in der Hochofenschlacke, das auf der Ermittlung der
Menge von Eohlendioxid beruht, das bei der Reduktion von Wasser, das in Schlacken
enthalten ist, bei folgenden Reaktionen entsteht: 2H2O + 2C = 200 + 2H2
2H2
+ 2CuO = 2H20 + 2Cu 2H20 + CaC2 = Ca (OH)2 + C2H2 OH 2 2 + 5CuO = 2C02 + H20 + 5Cu
Dieses Verfahren ist jedoch nicht universell anwendbar: Es eignet sich lediglich
£ur Hochofenschlacken, ist arbeitsintensiv und weist eine lange Dauer von 4-6 Stunden
auf.
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Große Schwierigkeiten sind bei der Bestimmung von Wasserstoff in fluorhaltigen
Schlacken zu verzeichnen, aus denen der Wasserstoff bei der Erwärmung als H2, H20
und HF ausscheiden kann. Zur Vermeinung von Verlusten ist es erforderlich, den ganzen
gebundenen Wasserstoff in freien Wasserstoff zu venmandeln. Äußerst komplizierte
Umwandlungen werden bei der Analyse von fluorhaltigen Schlacken in einem Sauerstoffstrom
bei einer Temperatur von 12000C angewandt, die nicht nur die Analyse komplizieren,
sondern auch Fehlerquellen schaffen.
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Es ist außerdem ein weiteres Verfahren zur Bestimmung von Wasserstoff
in Oxidschmelsen bekannt, das das Schmelzen einer Probe bei einer Temperatur von
16000C in einem Inertgasstrom einschließt. Das mit dem Gasstrom abzuführende Wasser,
das aus einer Schlacke ausgeschieden ist, wird beispielsweise einem Quarzrohr zugeführt,
das mit Ferromolyb dän gefüllt ist, worin es zu Wasserstoff und zu Eohwenoxid reduziert
wird. Die Menge des Wasserstoffs wird in einem bekannten Verfahren, beispielsweise
im chromatographischen Verfahren ermittelt. Dieses Verfahren ist in seiner
Ausuhrung
kompliziert und arbeitsintensiv, es nimmt 1-2 Stunden in Anspruch.
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Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung der Wasserstoffmege
in Metallen, bestehend im Schmelzen einer Metaliprobe in einem Graphittiegel, der
in einem Impuls-Elektrodenofen untergebracht wird, bei einer Temperatur von 1800-3000
0C. Das Schmelzen der Metaliprobe erfolgt in einem Trägergas-Strom, der für das
Transportieren des ausgeschiedenen Wasserstoffs zu einem Gerät für seine quantitative
Registrierung, beispielsweise zu einer Warmeleitfabig keitszelle ,gedscht ist.
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Bei der Anwendung dieses Verfahrens zur Bestimmung der Menge des
Wasserstoffs in Schlacken erfolgt, da Wasserstoff in den Schlacken in Form von Wasser
vorliegt, eine unvollständige Reduktion von Wasser zu Wasserstoff infolge einer
ständigen Abführung von Wasserdämpfen aus der Reaktionszone und als Folge dessen
der Erhalt von zu niedrigen Ergebnissen bei der Bestimmung von Wasserstoff.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der
genannten Nachteile.
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Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein
solches Verfahren zur Bestimmung der Wasserstoffmenge in anor ,anischen Materialien,
beispielsweise in Schlakken, zu entwickeln, bei dem eine besonders vollständige
Reduktion von wasser zu Wasserstoff erfolgte, was wiederum ermöglicht, dieMenge
von Wasserstoff in den zu analysierenden Materialien präziser und schneller zu bestimmen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Bestimmung der Xasserstoffmenge
in anorganischen Materialien in einem Verfahren,- das das Schmelzen einer Probe
in einem Ofen in einem Graphittiegel bei einer Temperatur von 1600-2500°C in einem
Inertmedium sowie das Transportieren des beim Schmelzen ausscheidenden Wasserstoffs
mit e inem Inertgasstrom an die Stelle seiner quantitativen Registrierung einschliesst,
erfindungsgema3s das Schmelzen der Probe in einem hermetisch abgeschlossenen Ofen
während einer Zeit erfolgt ii zum vollständigen Entfernen von Wasserstoffhaltigen
Verbindungen aus der Probe ausreicht, wonach man den ausscheidenden Wasserstoff
bei der genannten Temperatur aus dem Ofen abführt.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, in 5-10 Minuten die
Menge von Wasserstoff in anorganischen Materialien beispielsweise in Schlacken,
mit einer Genauigkeit von Masse% asse zu bestimmten. Das erfindungsgemässe Verfahren
lässt sich ausserdem leicht automatisieren.
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Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der nachstehenden ausführlichen Beschreibung des Verfahrens zur Bestimmung der Wasserstoffmenge
in anorganischen Materialien und der Beispiele seiner Durchführung ersichtlich.
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Das in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Verfahren ist für
die Bestimmung der Wasserstoffmenge in Schlacken (Hochofen- und Stahlschmelzschlacken),
in Flussmitteln, Kristallwasserhydraten und in anderen anorganischen Materialien,
die Wasserstoff sowohl in freiem Zustand als auch in Wasserform-nthalten, geeignet.
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Für die Durchfahrung des erfindungsgemässen Verfahrens werden beispielsweise
Impuls-Elektrodenöfen oder Induktionsöfen herkömmlicher Konstruktion mit einem Graphittiegel
eingesetzt.
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Die zu analysierende Probo, beispielsweise eine Schlackenprobe, -wird
in einem vorher bei 2000-30000C im Inertgasstrom entgasten Graphittiegel untergebracht.
Danach wird der Tiegel mit der darin untergebrachten Probe wiederholt mit Inertgas
während 5-10-Sekunden durchgebissen.
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Gemäss der vorlieÕenden Erfindung wird vorgeschlagen, vor dem Schmelzen
der zu analysierenden Probe den gesamten Rauminhalt des genannten Ofens hermetisch
zu verschliessen, um Bedingungen für einen vollständigeren Verlauf der Reaktion
der Reduktion von Wasser zum Wasserstoff schaffen zu können.
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Die Temperatur, bei der die Reduktion des in der jeweiligen Probe
enthaltenen Wassers zum Wasserstoff erfolgt, beträgt 1600-2500°C in Abhängigkeit
von dem zu analysierenden Material; so beträgt die Temperatur des Prozesses beispielsweise
bei der Bestimmung der Wasserstoffmenge in Borax Na2O2B2O3.
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.101120 - 2200-24000C.
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Es wurde gefunden, dass für den vollständigen Verlauf des Verfahrens
3-15 Sekunden ausreichen, (diese Zeit kann sich jedoch je nach der !terialart ändern),
das heisst, dass in dieser Zeit die vollständige Entfernung von Wasserstoffhaltigen
Yerbindungen aus der Probe erfuigt. Dann wird der Ofen ohne Abschaltung der Erhitzung
enthermetisiert und der
ausgeschiedene Wasserstoff wird mit einem
Trägergasstrom, beispielsweise Argon, einem Analysator, beispielsweise einem Chromatographen,
zugeführt.
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Dadurch, dass man den ausgeschiedenen Wasserstoff aus dem Ofen abführt,
wobei die Erhitzung des Ofens bei einer Temperatur von 1600-25000C fortgesetzt wird,
wurde es möglich, die aus der zu analysierenden Probe ausgeschiedenen Wasserdampfe,
die sich in der Reaktionszone befinden (an Wandungen eines ReaktiDnsbehälters und
in Poren der Ofenelemente), voLlständiger zu reduzieren.
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Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es, die Wasserstoffmenge
in einem zu analysiert:nden anorganischen Nfaterial mit einer Genauigkeit von 2.10-3
Masse% zu bestimmten.
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Beispiel Es wird die Menge von Wasserstoff in einer Boraxprobe Na202B203
. GOH20 in einer Anlage mit einer Impulserhitzung und einem Chromatographen bestimmt.
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Eine Probe von 0,02 g wird in einer Beschickungsvorrichtung untergebracht
und der Graphittiegel mit einer Zinneinwaage (0,05 g) in einen Ofen gestellt. Zinn
dient fur die Verhinderung der AuSnahme von Wasserstoff durch Graphitsublimate.
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Der Graphitt-iegel wird bei einer Temperatur von 30000C mittels Durchlassens
eines Stromimpulses während 6 Sekunden
mit Durchblasen des Ofenrauminhalts
mit gereinigtem Argon zwecks Beseitigung von Gasen über Dach entgast. Dann wird
die Erhitzung des Ofens abgeschaltet, die Borasprobe mit HilSe der Beschickungsvorrichtung
in den Graphittiegel untergebracht, der Ofen während 10 Sekunden mit Argon durchgeblasen,
der rauminhalt des Ofens hermetisch verschlossen, die Erhitzung des Ofens eingeschaltet
und man führt das Schmelzen der Probe bei einer Temperatur von 23000C während 4
Sekunden durch. Hinterher wird der Ofen, ohne dabei seine Erhitzung abzuschalten,
enthermetisiert und das Produkt der Reaktion wird mit einem Argonstrom dem Chromatographen
zugeführt.
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Die Ergebnisse der Bestimmung der Wasserstoffmenge in der Boraxporbe
sind, erfindungsgemäß und gemäß der bekannten Methodik in Tabelle angeführt.
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Tabelle anzahl der Menge des Analyse- T°C Bestimmun- ausgeschiedeverfahren
gen nen Wasserstoffs Mit Durchblasen des Rauminhalts des Ofens mit Inertgas während
des Schmelzens einer Probe 2300 20 55418 Mit Verschließen des Xauminhalts des Ofens
l
2 3 4 während der Erhitzung und des Schmelzens der jeweiligen Probe 2300 20 96+
8 Hierdurch erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, die Be-Bestimmung von Wasserstoff
in anorganischen Materialien mit hoher Genauigkeit und Impfindlichkeit durchzuführen.
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Die Anwendung des Verfahrens, beispielaweise in der Hu'ttenindustrie,
ermöglicht es, zuverlässige Angaben über den Gehalt an Wasserstoff in Schlacken
zu erhalten, was eine wichtige Voraussetzung für die Herstellung von hochwertigem
Metall darstellt