钢渣中游离氧化镁含量的测定

张 杰 田秀梅 戚淑芳 王 莹

(1鞍钢股份技术中心;2鞍钢股份质检中心,辽宁鞍山 114009)

钢渣中游离氧化镁含量的测定

张 杰1田秀梅2戚淑芳1王 莹1

(1鞍钢股份技术中心;2鞍钢股份质检中心,辽宁鞍山 114009)

研究和提出了以硝酸铵-乙醇作为提取剂提取活性氧化镁(即游离氧化镁)的分析方法。通过正交实验,选取了最佳的提取条件。样品平行测定的相对标准偏差在0.51%～2.13%之间,回收率实验结果为98.2%～99.0%,表明该实验的精密度和准确度均较好。采用硝酸铵-乙醇作为提取剂提取游离氧化镁的分析方法,实现了钢渣中游离氧化镁的快速、准确测定,为钢渣的回收再利用提供了依据。

钢渣;游离氧化镁(f-MgO);硝酸铵

1 引言

钢渣是金属冶炼高温过程中酸性氧化物和碱性氧化物相互作用生成的副产物,它包括高炉钢渣、转炉钢渣、电炉钢渣等。分析、掌握钢渣的化学成分是冶金生产中减缓钢渣的侵蚀,提高冶金炉和高温热加工设备的使用寿命,降低耐火材料和制品的消耗,研制高强度的耐火材料和制品以及发展钢渣综合利用的重要环节[1]。

钢渣中存在的未化合的游离氧化镁和游离氧化钙,遇水发生反应生成氢氧化镁和氢氧化钙,体积分别膨胀为148%和97.9%[2]。目前,钢渣主要有三个应用领域:用于肥料、循环利用材料及建筑工艺的骨料。若将游离氧化钙和游离氧化镁含量高的钢渣直接用于建筑工程回填,则会造成建筑物破坏,因此钢渣在使用前必须经充分消解以消除其膨胀。所以,钢渣中游离氧化镁和游离氧化钙的含量测定,直接影响到钢渣的再利用。目前,游离氧化钙的测定已有报道[3-5],但钢渣中游离氧化镁的测定国内未见报道,只有一些关于水泥中游离氧化镁的测定方法的报道[6-8]。本实验选取了硝酸铵作为提取剂测定游离氧化镁,实现了钢渣中游离氧化镁的快速、准确测定。

2 实验部分

2.1 主要实验试剂与仪器

(1)试剂

氢氧化钾溶液(200 g/L):贮于塑料瓶中,配制后需放置过夜使用;三乙醇胺(1+1);钙指示剂:取1 g钙指示剂与100 g氯化钠研磨,混匀;酸性铬蓝K溶液(5 g/L):用三乙醇胺(1+1)配制;萘酚绿B溶液(5 g/L):用三乙醇胺(1+1)配制;硝酸铵-乙醇溶液(1+99):硝酸铵(AR)在干燥器内干燥7 d,以排除水分;p H=10的缓冲溶液:将67.5 g氯化铵(NH4Cl)溶于水中,加人570 mL氨水,加水稀释至1000 mL;氧化镁标准溶液:称取0.5000 g预先于950～1000℃灼烧1 h,并冷却至室温的高纯氧化镁(不低于99.99%),置于250 mL烧杯中,加约100 mL水,盖上表皿。缓慢加人15 mL盐酸(1+1)至试剂溶解,加热煮沸,取下,冷至室温。移人1000 mL的容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀。此溶液1.00 mL含0.50 m g氧化镁;EDTA(乙二胺四乙酸二钠)标准溶液[c(ED TA)=0.01 mo l/L]:称取3.72 g乙二胺四乙酸二钠于500 mL的烧杯中,加约300 mL水,低温加热,不断搅拌,待试剂全部溶解后,冷却至室温,移人1000 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀。

(2)ED TA标准溶液对氧化镁滴定度的标定

移取20.00 mL氧化镁标准溶液三份,分别置250 mL锥形瓶中,加50 mL水、5 mL三乙醇胺、10 mLp H=10的缓冲溶液,再滴加2滴酸性铬蓝K溶液及6～7滴萘酚绿B溶液,用EDTA标准溶液滴定至溶液由暗红变为蓝绿色为终点。三份氧化镁标准溶液所消耗ED TA标准滴定溶液毫升数的极差不超过0.05 mL,取其平均值。

按式(1)计算EDTA标准滴定溶液对氧化镁的滴定系数:

式中:TMgO—与1.00 mLEDTA标准滴定溶液相当氧化镁的质量,mg/mL;

C—氧化镁标准溶液的浓度,mg/mL;

V—所取氧化镁标准溶液的体积,mL;

V1—滴定所消耗 EDTA标准滴定溶液体积的平均值,mL。

(3)仪器

501型超级恒温水浴;ZD—810型振荡器;酸式滴定管。

2.2 实验方法

准确称取0.5000 g试样于干燥的250 mL锥形瓶中,加入80 mL硝酸铵-乙醇(1+99)溶液,将锥形瓶置于振荡器上振荡30 min,然后在超级恒温水浴上于95℃加热30 min。待锥形瓶中溶液冷却至室温,用双层定量滤纸过滤于250 mL容量瓶中,并用无水乙醇(每次2～3 mL)洗涤滤渣及锥形瓶2～3次,然后用经煮沸并冷却的去离子水稀释至刻度,混匀。

移取25.00 mL上述试液2份,于一份试液中加入5 mL三乙醇胺、15 mL氢氧化钠溶液、少许钙指示剂,用EDTA标准滴定溶液滴定至溶液由红色变为纯蓝色为终点(V1)。于另一份试液中加入5 mL三乙醇胺、氯化铵-氨水缓冲溶液、少许铬黑 T指示剂,用EDTA标准滴定溶液滴定至溶液由红色变为纯蓝色为终点(V2)。按式(2)计算fMgO的含量,以质量分数表示:

式中:wMgO—氧化镁的质量分数,%;

V1—滴定氧化钙消耗EDTA标准滴定溶液的体积,mL;

V2—滴定钙镁合量消耗EDTA标准滴定溶液的体积,mL;

m—试样的质量,g。

3 结果与讨论

3.1 测定工作条件优化实验

以L16(45)拟定实验方案,设计正交实验,选取了最佳的提取条件。表1为因素水平表,表2为正交实验表。

表1 因素水平表Table 1 Factor level analysis data

从极差值的大小可知,影响本实验的因素主次关系由主到次为:加热时间、硝酸铵、乙醇用量、振荡时间、加热温度。本实验的最佳条件是D2E4C3A1B2,即振荡时间30 min,加热温度90℃,乙醇用量80 mL,加热时间20 min,硝酸铵量1 g。经实验验证:加热时间为主要影响因素,硝酸铵和乙醇用量为次要因素,振荡时间和加热温度对实验结果影响不大。

表2 正交实验表Table 2 The orthogonal design experiments

3.2 样品分析

对6个钢渣样品进行了测定,计算标准偏差及相对标准偏差,其RSD介于0.51%～2.13%,结果见表3。

表3 实际样品测定结果Table 3 The fMgO results

3.3 方法准确度

用实验确定的条件及分析方法,在6个钢渣样品中加入活性氧化镁,测定其加标回收率,结果见表4。结果表明,回收率在98.2%～99.0%,准确度能满足分析要求。

表4 样品回收率Table 4 The percent recovery data

4 结论

本实验样品平行测定的相对标准偏差在0.51%～2.13%之间,回收率实验结果为98.2%～99.0%,表明该实验的精密度和准确度均较好。能快速、准确测定样品。

[1]武映梅,宋兆华.EDTA容量法测定钢渣中CaO、MgO时干扰元素的消除[J].南方冶金,2004,140(5):30-34.

[2]中冶集团建筑研究总院.YB/T 801,工程回填用钢渣[S].北京:中国标准出版社,1999.

[3]于京华,吴瑕.游离氧化钙、氧化镁连续测定的电导法研究[J].分析化学,1998,26(9):1075-1077.

[4]国家能源部电力环境保护研究所.DL/T 498 1992,粉煤灰游离氧化钙测定方法[S].北京:中国标准出版社,1992.

[5]孙育斌.水泥熟料f-Ca0测定液中乙二醇、乙醇和水的分离及应用[J].武汉理工大学学报,2002,24(12):24-26.

[6]许超.快速测定耐热混凝土中游离氧化镁[J].理化检验:化学分册,2007,(12):9-11.

[7]全国化学标准化技术委员会无机化工分会.GB/T 176-1996,水泥化学分析方法[S].北京:中国标准出版社, 1996.

[8]常文保,李克安.简明分析化学手册[M].北京:北京大学出版社,1981.

Determ ination of Free Magnesium Oxide in the Slag

ZHANGJie1,TIANXiumei2,Q IShufang1,WANG Ying1

(1.Technology Center of Ansteel Co.,Ltd.;2.Quality Inspection Center of Ansteel Co.,Ltd.,Anshan114009,China)

A new analytical method was investigated and p roposed for determination of active magnesium oxide(free magnesium oxide)in the slag using ammonium nitrate-ethanol as the extraction reagent. Through the orthogonal design experiments,the op timized wo rking conditions were found.The parallel testing gave the RSDsof 0.51%～2.13%,the recoveriesof 98.2%～99.0%,indicating good p recision and accuracy of the method.The method p rovides a technical solution for the slag recovery by allow ing rapid and accurate determ ination of free magnesium oxide in the slag.

slag;free magnesium oxide(f-MgO);ammonium nitrate

O655.2

A

2095-1035(2011)02-0054-04

10.3969/j.issn.2095-1035.2011.02.0010

2010-12-16

2011-03-23

张杰,男,硕士,工程师,主要从事钢铁冶金原料化学分析方面的研究。E-mail:littlejie1106@163.com。