一種測定鈣系包芯線中金屬鈣含量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速測定鈣系包芯線中金屬鈣含量的方法。在常溫常壓下，利用NH4Cl溶液為溶樣試劑、高純金屬鎂或金屬鈣為標(biāo)準(zhǔn)，采用氣體容量法及相關(guān)裝置，測定金屬鎂或金屬鈣標(biāo)樣及待測樣品在相同實驗條件下產(chǎn)生氫氣的體積，根據(jù)氣體狀態(tài)方程，通過比較法計算出鈣鐵包芯線中金屬鈣的含量。本發(fā)明方法不僅適用于不同含鈣量的鈣鐵包芯線中金屬鈣的測定，還適用于不同含鈣量的鋁鈣包芯線、硅鈣線等鈣系包芯線中金屬鈣的測量。本發(fā)明方法操作簡單，測量快速，準(zhǔn)確度高，且易于推廣。
【專利說明】一種測定鈣系包芯線中金屬鈣含量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分析化學(xué)領(lǐng)域，具體屬于:在常溫常壓下，利用NH4Cl溶液為溶劑、高純金屬鎂或金屬鈣為標(biāo)樣，采用氣體容量法及相關(guān)裝置，測定金屬鎂或金屬鈣標(biāo)樣及待測樣品在相同實驗條件下產(chǎn)生氫氣的體積，根據(jù)氣體狀態(tài)方程，通過比較法計算出鈣鐵包芯線中金屬鈣的含量。
【背景技術(shù)】
[0002]包芯線技術(shù)是近年來興起的一種爐外精煉技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代煉鋼的喂絲技術(shù)中。將金屬鈣單獨(dú)包覆制成包芯線稱為純鈣線；將金屬鈣與一定比例的鐵粉混合包覆制成的包芯線稱為鈣鐵線。目前國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)對低碳、超低碳、低硅鋼種及對雜物、形貌、數(shù)量要求嚴(yán)格的純凈鋼進(jìn)行鈣處理主要使用的是鈣鐵包芯線。
[0003]使用鈣鐵包芯線進(jìn)行鈣處理是一種高效的、最終的精煉技術(shù)手段，除能滿足對鋼水脫氧、脫硫、改變雜質(zhì)形態(tài)、促進(jìn)雜質(zhì)的上浮，凈化鋼液，改善鋼水的可澆性。除此之外，這一技求還能使鋼水在不增硅的同時，穩(wěn)定生產(chǎn)操作，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
[0004]鈣鐵包芯線中金屬鈣的含量，不但是評價鈣鐵包芯線品質(zhì)的主要指標(biāo)，而且還是鈣鐵包芯線進(jìn)廠質(zhì)量把關(guān)和價格結(jié)算的主要憑據(jù)，為此開展鈣鐵包芯線中金屬鈣的準(zhǔn)確測定有重要意義。王金洪等人采用鹽酸溶解試樣，在三乙醇胺及半胱氨酸存在下，掩蔽溶解的鋁和鐵等元素，然后在PH≤12.5，有Mg2+存在的情況下，以鈣黃綠素為指示劑，用EGTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定測定鋼包鈣鋁合金包芯線中鈣。(王金洪，馬芳.EGTA滴定法測定鋼包鈣鋁合金包芯線中鈣[J].萊鋼科技，2010，6:57-58)。為控制鈣鐵包芯線中鐵的溶解量，楊立霞等人提出采用弱酸溶解樣品，再利用三乙醇胺溶液掩蔽溶解的鐵離子，然后用NaOH將溶液的pH值調(diào)至12以上，在有Mg2+存在下，以鈣指示劑為指示劑，EDTA配位滴定測定鈣鐵包芯線中鈣含量。(楊立霞，劉淑萍，吳培.EDTA滴定法測定鋼包喂鐵包芯線中鈣[J].冶金分析，2005，2 (I):71-72)。陳旭暉采用硝酸和氫氟酸溶樣，蒸發(fā)除硅，高氟酸冒煙除去氟離子，ICP-AES光譜分析硅鈣包芯線中鈣。(陳旭暉.1CPS-AES測定硅鈣包芯線中鈣、鋁、磷[J].冶金叢刊，2008,2(1):26-27)。以上三種方法測量的均是樣品中可能存在的各種形態(tài)的鈣之總量，而在煉鋼過程中起脫氧作用的是金屬鈣。因此有必要建立一種測定鈣鐵包芯線中金屬鈣的化學(xué)分析方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種測定鈣系包芯線中金屬鈣含量的方法，以克服現(xiàn)有文獻(xiàn)方法只能測定鈣系包芯線中總鈣含量之不足。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明提供的測定鈣系包芯線中金屬鈣含量的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:取待測樣品鈣系包芯線，并取高純金屬鎂或高純金屬鈣為標(biāo)樣，在常溫常壓下，在相同實驗條件下，以稀鹽酸或NH4Cl溶液為溶劑分別溶解待測樣品及標(biāo)樣，記錄待測定樣品及標(biāo)樣產(chǎn)生的氫氣的量；
[0009]步驟二:根據(jù)氣體狀態(tài)方程pV = nRT，通過比較法計算得出待測樣品鈣系包芯線中金屬鈣的含量。
[0010]上述方法中所述的鈣系包芯線是含鈣鐵包芯線、鋁鈣包芯線或硅鈣線。
[0011]本發(fā)明提供的測定鈣系包芯線中金屬鈣含量的方法是在常溫常壓下，利用NH4Cl溶液為溶樣試劑、以高純金屬鎂或金屬鈣為標(biāo)樣，采用氣體容量法，比較金屬鎂或金屬鈣標(biāo)樣及待測樣品在相同實驗條件下產(chǎn)生氫氣的體積，快速測定鈣系包芯線中金屬鈣含量。本方法涉及的反應(yīng)方程式如下:
[0012]Ca+2H20 = Ca (OH) 2+Η2 ?
[0013]Ca (OH) 2+NH4+ = Ca2++NH3.H2O
[0014]由于產(chǎn)生的氫氣之體積受測定環(huán)境的溫度、壓力的影響較大，故本發(fā)明提出在相同實驗條件下(采用空調(diào)恒定室溫，在常溫常壓下)，以高純金屬鎂或高純金屬鈣為標(biāo)樣，NH4Cl溶液為溶劑溶解標(biāo)樣及待測樣品，采用氣體容量法，分別測定金屬鎂或金屬鈣標(biāo)樣及待測樣品的產(chǎn)氫氣體積。根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV = nRT,再利用比較算法，即可計算出鈣鐵包芯線中金屬鈣的含量。
[0015]由于鈣鐵包芯線中只有金屬形態(tài)的Ca在溶解過程中才會產(chǎn)生氫氣，而CaO、Ca(OH)2, CaCO3等其它形態(tài)鈣不產(chǎn)氫、不會對鈣鐵包芯線中金屬鈣的測定產(chǎn)生干擾。因此該方法巧妙地避免了其它形態(tài)鈣的影響，不但準(zhǔn)確度高，而且操作非常簡單，適合于例行分析。
[0016]本發(fā)明利用金屬鈣與稀酸或弱堿強(qiáng)酸鹽水溶液反應(yīng)產(chǎn)生等物質(zhì)量的氫氣，而其它形式的鈣如CaCO3XaO只能被溶解，不會產(chǎn)生氫氣，故可采用氣體容量法測定鈣鐵包芯線中的金屬鈣。應(yīng)該指出，為保證采用氣體容量法測定鈣鐵包芯線中的金屬鈣結(jié)果的準(zhǔn)確性，溶解樣品試劑的選擇十分重要。現(xiàn)有技術(shù)中楊立霞等人采用弱酸溶解鈣鐵包芯線樣品，以便達(dá)到控制其中鐵的溶解。但是，即便采用稀鹽酸溶解鈣鐵包芯線，與金屬鈣一樣，其中的金屬鐵也會被部分溶解，同時產(chǎn)生氫氣，干擾金屬鈣的測定，因此采用氣體容量法測定鈣鐵包芯線中的金屬鈣時，絕不能采用稀鹽酸溶解樣品。本發(fā)明在常溫常壓下，利用NH4Cl溶液為溶樣試劑、高純金屬鎂或金屬鈣為標(biāo)準(zhǔn)，采用氣體容量法，量測出金屬鎂或金屬鈣標(biāo)樣及待測樣品在相同實驗條件下產(chǎn)生氫氣的體積；再根據(jù)氣體狀態(tài)方程，通過比較法計算出鈣鐵包芯線中金屬鈣的含量。本發(fā)明克服了現(xiàn)有文獻(xiàn)方法只能測定鈣鐵包芯線中總鈣含量之不足。
[0017]以測定鈣鐵包芯線中金屬鈣的含量為例，本發(fā)明的具體技術(shù)措施如下:
[0018]1)根據(jù)量氣管的最大量程及鈣鐵包芯線樣品中金屬鈣的大致含量，確定稱樣量。例如，量氣管的最大量程為150mL時，建議高純金屬鎂標(biāo)樣的稱取量約為0.10g、高純金屬鈣標(biāo)樣的稱取量約為0.16g ;對金屬鈣含量約為20%的鈣鐵包芯線樣品，稱樣量約為0.82g ;對金屬鈣含量約為50%的鈣鐵包芯線樣品，稱樣量約為0.33g ;對金屬鈣含量約為95%的鈣鐵包芯線樣品，稱樣量約為0.17g。將稱好的標(biāo)樣和鈣鐵包芯線樣品分別置于兩口燒瓶中。使用的測定產(chǎn)氫氣體積的裝置見圖1。
[0019]2)打開燒瓶與量氣管相通的橡皮塞，提升水準(zhǔn)瓶，將量氣管內(nèi)液面提升到“O”刻度處，以便排盡量氣管內(nèi)的空氣。擰緊橡皮塞，使量氣管與燒瓶相通，放下水準(zhǔn)瓶。靜置2min(若量氣管內(nèi)液面保持不變，則說明氣路密閉性良好)，提升水準(zhǔn)瓶使量氣管內(nèi)液面與水準(zhǔn)瓶內(nèi)液面相平。記錄此時量氣管的讀數(shù)，放下水準(zhǔn)瓶。重復(fù)上述過程，直至兩次讀數(shù)一致，記下量氣管讀數(shù)，以此為起點讀數(shù)％。
[0020]3)預(yù)先將2.0mol L-1鹽酸或10% NH4Cl溶液滴加至漏斗頸部的刻度標(biāo)記處，再用高型量筒準(zhǔn)確量取20.0mL2.0mol L-的鹽酸(或10% NH4Cl溶液)，緩慢地倒入該漏斗中。打開活塞，將漏斗中的20mL鹽酸(或NH4Cl溶液)放入兩口燒瓶，直至漏斗中溶液的液面與其頸部刻度相切為止。此時，金屬標(biāo)樣、鈣鐵包芯線樣品與稀鹽酸(或NH4Cl溶液)快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。放置約15min，讓金屬標(biāo)樣、樣品反應(yīng)完全。在此過程中，由于標(biāo)樣、鈣鐵包芯線樣品中的金屬鈣與稀鹽酸(或NH4Cl溶液)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)致封閉溶液的液面下降(降至量氣管下部的某一刻度處)。此時，操作人員再慢慢降低水準(zhǔn)瓶高度，直至讓量氣管內(nèi)液面與水準(zhǔn)瓶內(nèi)液面相平。記下此時的體積讀數(shù)V2。所有試樣均平行測定三次。
[0021]4)分析結(jié)果的計算:按公式(I)計算標(biāo)樣、樣品的產(chǎn)氫氣量V:
[0022]V = V2-V1-20.0 (-)
[0023]式中=V1為量氣管內(nèi)液體的初始體積，mL ；V2為反應(yīng)終止后量氣管內(nèi)液體的體積，mL ；20.0為加入的鹽酸(或NH4Cl溶液)的體積，mL。
[0024]按公式(2)計算鈣鐵包芯線中金屬鈣的含量Wca:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種測定鈣系包芯線中金屬鈣含量的方法，包括以下步驟: 步驟一:取待測樣品鈣系包芯線，并取高純金屬鎂或高純金屬鈣為標(biāo)樣，在常溫常壓下，在相同實驗條件下，以稀鹽酸或NH4Cl溶液為溶劑分別溶解待測樣品及標(biāo)樣，記錄待測定樣品及標(biāo)樣產(chǎn)生的氫氣的量； 步驟二:根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV = nRT，通過比較法計算得出待測樣品鈣系包芯線中金屬鈣的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鈣系包芯線是含鈣鐵包芯線、鋁鈣包芯線或硅鈣線。
【文檔編號】G01N7/18GK103822850SQ201410065415
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】朱麗華, 李艷華, 劉琪, 王楠, 周巧麗 申請人:華中科技大學(xué)