热分解一气体容量法测定岩石矿物中CO2的最佳分析方案的选择

王　茹，刘　敏（辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳 110032）



热分解一气体容量法测定岩石矿物中CO2的最佳分析方案的选择

王茹，刘敏
（辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳 110032）

摘要：CO2是岩石矿物的常测项目。讨论的热分解一气体容量法是测定CO2的最佳方案选择，是在对法库硅灰石中CO2的测定中，应用天津产CS—T1型钢铁硫碳联合测定仪和沈阳产高温管式炉配套，经试验确定的。

关键词：热分解；气体容量法；CO2

CO2是岩石矿物的常测项目，本文讨论的热分解一气体容量法测定CO2的最佳方案选择，是在对法库硅灰石中 CO2的测定中，应用天津产 CS—T1型钢铁硫碳联合测定仪和沈阳产高温管式炉配套，经试验确定的。

1　方法简介

本法采用燃烧管炉分解试样，氧作为载气，将分解的CO2及SO2（SO3）等经定硫吸收杯吸收硫后，再送入定碳量气管中，用KOH吸收CO2后，根据量气管中气体体积改变的情况测定CO2。

2　条件试验

2.1称量样的选择

岩石矿物中CO2的最高理论含量为44%［1］。通过实验，称量样可选择在0.125 0～0.500 0 g之间，由于称样量为0.125 0和0.500 0 g样品的CO2最高可测值分别为44%和 11%，故能保证高含量 CO2的测定［2］。

2.2预热时间的选择

为使样品分析完全进行预热，仪器选定的预热时间为1 min，但不能满足矿石分解的需要。因此，在特定温度条件下对预热时间与样品分解程度关系进行试验。

可以看出，不同样品分解所需的时间差异较大（样品中CO2含量不同所致），故预热时间不能具体规定。但是，通过定硫吸收杯中气泡出现密度的不同可确定样品的分解程度［3］。这是根据压力平衡的原理，在CO2增大燃烧管中的气压和气体从溶液中逸出而达到压力平衡时，可以认为样品已完全分解。

2.3燃烧炉温度的选择

对这一条件的选择，是通过分解速度与温度的关系试验确定的。

显示的燃烧炉温度在1 200和1 300 ℃时样品分解速度几乎相等，而1 100 ℃则明显下降，因此，选择1 200 ℃为最佳预热温度。

3　实验部分

3.1试剂及仪器工作条件

（1）50 m 130%H2O2加5 g K2SO4+晶体、20 g KI晶体、少量淀粉溶液于下口瓶中，用水稀释至2 500 mL左右，用于定硫吸收杯。

（2）120 g NaCl晶体加5 mL浓H2SO4溶于800 mL水中，再加少量红墨水，用于水准瓶。

（3）40%KOH用于定碳吸收器。

（4）助熔剂、氧化铜晶体（褐色）。

（5）所用仪器为CS—71型钢铁硫碳测定仪（天津第一玻璃仪器厂出品）。

（6）高温燃烧定碳炉的控制温度为1 200 ℃。

3.2操作流程

将样品在105 ℃烘干1 h，称取0.1～0.5 g样于77 mm瓷舟中，加少量CuO助熔剂。待炉温达到1 200 ℃，将瓷舟送入瓷管中预热，并接通定碳量气管，在定硫吸收杯中不再有气泡出现时为止（大约2～3 min），通入O2，直至气体充满定碳量气管，后关闭通氧阀门，以下排气，进行测量［4］。

3.3计算公式

CO2含量通过下式计算［5］：

式中：V — 为定碳量气管的碳的质量分数；

K — 温度、压力校正系数；

G — 相对称样量。

3.4注意事项

（1）加入的样品在管炉中位置应保持一致，且在瓷管中央温度最高处。

（2）定硫吸收杯中蓝色溶液褪色后，应及时更换，否则SO2（SO3）将进入定碳量气管中，使CO2结果偏高［6］。

（3）升温要缓慢，电流应逐渐增大，这样可延长瓷管的使用寿命。

4　结果与讨论

4.1改进意见

（1）如将电阻炉箱加以改进，把瓷管增至 2支，则可提高工效1倍左右。

（2）仪器说明书中定硫吸收怀中溶液是用于硫（2 g）测定，如只测定CO2，则可改用I2—淀粉指示液，可减少杯中溶液的更换次数。

（3）如需更大的测量范围，可将CO2量气管改制成细管或加大容积的方法进行测定。

4.2分析方法对比

本法热分解与酸分解相比较，具有操作简便，快速、成本低的特点。

4.3本法与其它方法的比较

本法与非水滴定法、重量法，电子碳氢仪法对比，其中非水滴定法正在逐渐被取代，且成本高，操作复杂，重现性差。

重量法虽具有成本低，操作简单等特点，但准确性差。

电子碳氢法具有灵敏度高，操作简便，快速、成本低等优点，但其方法难掌握，且价格较贵，不利于推广。

5　结 论

（1）本法只有称样、燃烧和测量3个步骤，操作简便，安全方便，对空气无污染。

（2）本法不需任何试剂，所用燃烧瓷舟可多次重复使用，因此成本较低。

（3）本法采用气体容量法，结果稳定，灵敏度高。

参考文献：

［1］刘爱贤，刘鹏，孙强，廖志新，郭绪强.二氧化碳在水中扩散系数的实验测定和计算［J］.石油化工高等学校学报，2012（06）：5-9.

［2］郭彪，侯吉瑞，于春磊，李东东，林杨.CO2在多孔介质中扩散系数的测定［J］.石油化工高等学校学报，2009（04）：38-40.

［3］董建兴，李义连，杨国栋，柯怡兵，武荣华.CO2-水-岩相互作用对盖层渗透率影响的数值模拟［J］.地质科技情报，2012（01）：115-121.

［4］曲希玉，刘立，马瑞，胡大千，陈雪，王彦明.CO2流体对岩屑长石砂岩改造作用的实验［J］.吉林大学学报（地球科学版），2008（06）：959-964.

［5］徐俊，张军营，潘霞，郑楚光.CO2矿物碳酸化隔离实验初探［J］.化工学报，2006年（10）：2455-2458.

［6］张军营，赵永椿，潘霞，徐俊，晏恒，王志亮，郑楚光.硅灰石碳酸化隔离二氧化碳的实验研究［J］.自然科学进展，2008（07）：836-840.

Determination of CO2in Rock Minerals by Pyrolysis Gas Volumetric Method

WANG Ru，LIU Min
（Liaoning Institute of Geology and Mneral Resources，Liaoning Shenyang 110032，China）

Abstract：CO2is constant test project in rock minerals.In this paper，the pyrolysis gas volumetric method for determining CO2in rock minerals was discussed.The method has been successfully used in determination of CO2in Faku silica fume by CS—T1 iron and steel sulfur carbon joint instrument made in Tianjin and high temperature tube furnace made in Shenyang.

Key words：Thermal decomposition；Gas capacity method；CO2

中图分类号：O 657

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0203-02

收稿日期：2015-09-17

作者简介：王茹（1975-），女，辽宁沈阳人，工程师，2000年毕业于中国地质大学，研究方向：岩矿测试分析。E-mail：nawang188@sina.com。