【word】 氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅

【word】 氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅 氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅 天沣法分 氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅 王璐边立槐(天津钢铁集团有限公司技术中心,天津300301) [摘要]用硝酸,氢氟酸溶解样品,加人过量氟化钾生成氟硅酸钾沉淀,过滤后加热水使氟硅酸钾水解,用氢氧化钠 溶液滴定产生的氢氟酸,计算样品中二氧化硅的含量.氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅含量,精度高,速度比高 氯酸脱水重量法快,是一种较好的高炉渣二氧化硅分析方法. 关键词氟硅酸钾容量法高炉渣二氧化硅测定 1前言 目前,高炉炉渣中硅的分析多采用高氯酸脱水重 量法,硅钼蓝分光光度法和x射线荧光光谱法.采用 重量法时,硅酸胶体过滤时会穿过滤纸,使测定结果 偏低,且操作复杂,速度慢;由于高炉渣中二氧化硅含 量最高达40%以上,明显超出光度法分析的最佳范 围,造成光度分析准确度下降;而X射线荧光光谱法 需要昂贵的x射线荧光光谱仪才能进行[1].本文借鉴 硅锰合金吸硅铁吩析中常用的氟硅酸钾容量法,结 合高炉渣的性质,对分析条件进行适当改变,用以测 定高炉渣中的二氧化硅含量并获成功,分析精密度与 高氯酸脱水重量法一致,分析准确度高,速度快. 2实验部分 2.1实验原理 在有过量的氟离子和钾离子存在的强酸性溶液 中,硅酸能与氟离子作用生成氟硅酸离子,进而与钾 离子作用生成氟硅酸钾沉淀.该沉淀在热水中水解并 生成相应质量的氢氟酸(HF),以酚酞为指示剂,用氢 氧化钠标准滴定溶液滴定水解生成的氢氟酸,间接计 算出二氧化硅的含量.主要反应为: 入40mL沸水及10mL硝酸,稍冷后,边摇动边缓慢 滴加5mL氢氟酸至试样完全溶解,冷却至室温. 加人20mL饱和硝酸钾溶液,充分搅拌.在25? 以下静置lO15min,使氟硅酸钾沉淀完全.用塑料漏 斗,中速滤纸加纸浆过滤,用硝酸钾洗液洗涤烧杯和 沉淀. 将沉淀连同滤纸,纸浆置于原300mL塑料烧杯 中,加15mL硝酸钾洗液和5滴酚酞溶液,搅碎滤纸, 用0.12mogL氢氧化钠标准滴定溶液中和未洗净的 酸,仔细搅拌滤纸及沉淀直至酚酞呈稳定的玫瑰红 色,不计毫升数.然后加人150mL中性沸水,补加5 滴酚酞溶液,用0.12mol/L氢氧化钠标准滴定溶液滴 定至呈稳定的微红色即为终点. 与样品分析同步进行空白试验. 按公式(1)计算二氧化硅的百分含量: 0.015Olxc— ‘1)(siO)(%):— x(V-Vo) ×l0o(1) m 式中:c——氢氧化钠标准滴定溶液浓度,mol/L; —— 滴定试样消耗的氢氧化钠标准滴定溶液的 体积,mL; 一 空白试验消耗的氢氧化钠标准滴定溶液 的体积,mL; ,一称样量, g;O.01501——1mL氢氧化钠标准滴定溶液(c= 1.000mol/L)相当于SiO2的质量,g. 3结果与讨论 3.1试样处理方法 对于高炉渣样品,处理方法通常包含酸溶和碱熔 两种.试验表明,对高炉渣样品采取酸溶的方法处理, 基本上能够把样品溶解完全,分析结果与碱熔处理的 结果一致,因此,不必采用比较复杂的碱熔处理. 通常在硝酸介质沉淀氟硅酸钾,其溶解度最小, 因此.选择用硝酸溶解试样.高炉渣酸溶时,耗酸量较 一 56一(理化检测) 氟硅酸钾容量法测定高炉渣中的二氧化硅 小,当只加10mL浓硝酸溶解试样时,有大量硅胶析 出,酸度过高,不利于下一步反应的进行.因此,溶样 时先加入40mL沸水,再加入10mL浓硝酸,既可以 加快反应的进行,又可以防止硅胶析出,降低酸度. 当溶液温度超过8O?时,氢氟酸与硅反应生成 四氟化硅气体逸出,因此要控制体系温度在80?以 下再加入氢氟酸.滴加氢氟酸速度不可太快,以防四 氟化硅气体逸出. 3.2沉淀剂的选择 为了满足形成较好的氟硅酸钾沉淀的,选择 饱和硝酸钾溶液作为沉淀剂,在保证氟硅酸钾沉淀完 全的同时,又可提供硝酸介质,降低氟硅酸钾溶解度. 3.3溶液酸度的影响 氟硅酸钾沉淀形成的适宜酸度为2-3ITIo1/L.酸 度过大会增加氟硅酸钾沉淀的溶解度,使测定二氧化 硅结果偏低;酸度过小易形成铝,钙等其他氟化物共 沉淀,使结果偏高. 3.4沉淀时间与沉淀温度 试验表明,沉淀时间在1520min最佳,时间过 短,则沉淀不完全;时间过长,沉淀会吸附杂质和共沉 淀,给测定结果带来误差,精密度和准确度下降.缩短 沉淀搅拌放置时间也可防止氟铝酸钾沉淀生成. 在饱和硝酸钾溶液中,只有在温度低于25a【=的 条件下才可生成完全的氟硅酸钾沉淀;温度高于25 .C时,氟硅酸钾沉淀会不完全或复溶.因此,反应温度 应控制在25?以下,室温过高时可在冷水浴中沉淀. 3.5洗涤液的选择 本方法选择的硝酸钾洗涤液由于同离子效应,可 有效地降低氟硅酸钾沉淀在洗涤过程中的溶解度.乙 醇的存在既可以降低氟硅酸钾的溶解度,又可加快游 离酸洗去的速度. 3.6洗涤过程的选择 沉淀氟硅酸钾时,若洗涤液在沉淀表面停留时间 过长,会使沉淀溶解度增加,因此应严格控制洗涤操 作,尽量用较少的洗液,滤干后再进行下一次洗涤.加 少量滤纸浆可以使沉淀中有空隙,更易过滤,以缩短 过滤时间. 3.7游离酸干扰的消除 未洗净的残余游离酸会明显增加氢氧化钠标准 滴定溶液消耗量,致使二氧化硅结果偏高.在滴定前, 先用氢氧化钠标准溶液中和残余酸,可消除该干扰. 中和残余酸时加入洗涤液可防止局部氟硅酸钾沉淀 遇氢氧化钠而发生水解. 3.8中性沸水 一 般蒸馏水中含有二氧化碳,滴定时会使氢氧化 钠标准滴定溶液消耗量增加,降低结果准确性. 本方法采用中性沸水,即将蒸馏水加热煮沸15 min,驱尽二氧化碳,流水冷却至室温,加入5滴酚酞 指示剂,用氢氧化钠标准滴定溶液中和并用力振荡至. 稳定的淡红色,重新煮沸,并将其放置在低温处保持0 沸腾状态. 3.9寺性济水的加入量0… 低于70?时,氟硅酸钾水解反应速度慢,终点不 稳定,测定结果偏低.因此,要控制滴定时温度在70?? 90?.沉淀,纸浆连同洗液的体积约为30mL,滴加氢? 氧化钠的体积最大为20mL,为了保证滴定完成后溶?_ 液的温度大于70oC,至少需要加入沸水75mL,考虑?一 滴定过程的温度损失,本方法加入沸水150mL. 加入中性沸水后立即滴定,可减少空气中二氧化i:i:!ii:iii~i:i 碳的影响.… 3.10干扰因素的去除? 通常,对氟硅酸钾容量法有较大干扰的是试样中鬟 的Al和Ti,一般情况下,高炉渣含有10%左右的 Al20,,而Ti的含量较低,因此主要考虑Al的干扰.jj 在形成K2SiFs沉淀时,溶液中如存在大量铝离? 子,加入硝酸钾溶液后.会由于局部溶液酸度降低(低; 于3mol/L)而生成氟铝酸盐沉淀,致使过滤速度过 慢,滴定终点不明显,同时,氟铝酸盐在水解时亦释放 出氢氟酸,使试验结果不稳定.为消除钠离子的影响,? 把硝酸钾配制成含硝酸3mol/L溶液,避免了在加入 硝酸钾时使局部溶液酸度降低,使测定结果稳定.. 3.11蠹葭与准确虞试验. 在锰硅合金硅含量的测定——氟硅酸钾滴定法翻 中所的允许差见表1.由此计算二氧化硅的允许彬 差作为参考,见表2. 表1si的允许差/% Si含量允许差 12.0o一15.oo 15,oo,3O.00 O-30 0.40 表2二氧化硅的允许差,% 二氧化硅含量允许差 25.67,32.O9 64.18 32.O9— 0.64 O.86 选用5个标准物质,按照本方法进行分析并对测 定结果进行统计计算,计算其平均值,最大偏差,误差 (平均值与标准值的差),标准偏差,相对标准偏差等 (理化检测>一67一 天辟磁分 参数,实验数据见表3. 由表3的结果可知,本方法测定二氧化硅含量, 最大偏差的极大值为0.35%,误差最大值为0.05%,远 小于可参考的允许差最大值,表明分析结果准确可 靠.测定结果的最大标准偏差为0.15%,最大相对标 准偏差为0.49%,表明该方法具有良好精密度. 表3方法实验数据(--氧化硅质量分数)/o/o 4结论 实践证明,氟硅酸钾容量法适用于测定高炉渣中 的二氧化硅,试验结果与标准样品的标准值基本一 致,误差在可参考的误差允许范围内.该方法还具有 操作简便,分析速度快,准确度高,精密度高等特点, 避免了对x射线荧光光谱仪的依赖. (收稿2Ol1-07—20责编赵实鸣) 参考文献 【1】彭文明,边立槐,钟静.高炉炉渣x射线荧光光谱分析方法研究 [J】.天津冶金,2004(3):39--40. [2】2GB/T5686.2—20o8锰铁,锰硅合金,氮化锰铁和金属锰,硅含 量的测定,钼蓝光度法,氟硅酸钾滴定法和高氯酸重量法【S]. 【3】sN,I’1014.1—20o1出口硅铁中硅含量的测定氟硅酸钾容量 法【s]. 作者简介 王璐,2008年毕业于南开大学化学系,现在天津钢铁集团有 限公司技术中心中心实验室从事冶金分析工作. (上接第27页) mm200ram之间,可有效地保护透气砖的透气性.因 此,将炉底高度波动控制在100mm,200nlln之间. (4)控制好合适的溅渣时间.随着溅渣的进行,炉渣 不断变黏,到了后期,N的冲击力不足以使黏度变大 的炉渣溅起,炉渣将黏附在炉底,使炉底上涨. (5)及时倒掉剩余炉渣.管道异物或管道锈蚀引起堵 塞的防止措施主要是保证供气设备的质量,要求在砌 技术以来,底吹透气元件工作良好,基本杜绝了底吹 元件堵塞及其它形式对底吹元件造成的失效,保持良 好的复吹效果.2010年2月,倒炉大修的3转炉停炉 时透气元件仍保持着较好的透气效果.可见天钢目前 的维护技术比较成功,能完成使底吹透气元件工作寿 命与炉龄匹配的任务. (收稿21311—07—13责编赵实鸣) 参考文献 【1】王雅帧,李承祚.炼钢知识问答【M】.北京:冶金工业出版社,2003: 19o一191. [2】张晓兵,曹兆民,李洪利.顶底复吹转炉底吹喷嘴端部蘑菇体的 冷模拟研究咖.钢铁,1992,27(8):22—25. [3]3张彩军,张大勇.转炉复吹与炉龄同步技术的优化与实践-’河 南冶金,2007,15(3):41—43. 作者简介 钟国庆,男,2008年毕业于河北理工大学冶金与能源学院冶金 工程专业,现在天津钢铁集团有限公司技术中心炼钢研究室从事产 品开发和炼钢工作. 一 58一(理化检测)