硫酸钡重量法测定硫条件实验探讨

漆寒梅 周言凤 陈利娟 文 静

(湖南有色金属职业技术学院 资源环境系，湖南 株洲 412000)

前言

铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料[1-2]，而铁矿石中的硫影响着钢铁的质量，因此铁矿石中的硫含量是钢铁企业重要的检测指标。采用硫酸钡重量法分析铁矿石中的硫时，分解样品的方法有过氧化钠-碳酸钠全熔融法[3]、和碳酸钠-氧化锌半熔分解法[4]。过氧化钠-碳酸钠全熔融法对刚玉坩埚具有腐蚀性，会引入锡、铝、铬等杂质，干扰后续测定[5-6]。传统的碳酸钠-氧化锌半熔分解法，对坩埚腐蚀性小，不易引入杂质元素，但不适用于重晶石以及含重晶石成分样品中硫的测定[7-8]。

本文按照国家标准GB/T 6730.16—2016中改进的硫酸钡重量法测铁矿石中硫含量，探讨了熔剂用量、氯化钡浓度以及沉淀时的保温时间和保温温度对铁矿中硫含量检测的影响，获得测定铁矿石中硫含量的最佳实验条件。铁矿石样品经过碳酸钠和氧化锌混合熔剂熔融后，用水浸取，过滤除去氢氧化物和碳酸盐沉淀，在稀盐酸溶液中，加入氯化钡，使硫酸根定量生成硫酸钡沉淀。灼烧后，放入干燥器中冷却，称量硫酸钡，计算其含量。铬、锡和磷对测定结果有干扰，可分别采用过氧化氢、柠檬酸和碳酸钙消除。其含量检测范围0.300%～5.00%。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

碳酸钠-氧化锌混合熔剂：粒度小于125 μm的碳酸钠和氧化锌按质量比3∶2混匀，氯化钡溶液，碳酸钠溶液(20 g/L)，盐酸，所用试剂均为分析纯试剂。

电子天平，可调速磁力搅拌器，马弗炉，中速定性滤纸，慢速定量滤纸，真空抽滤器、滤膜、滤瓶。

1.2 实验方法

称取2.0 g(精确至0.000 1 g)标准铁矿石(硫含量为0.036%)为样品，实验过程按国家标准方法GB/T 6730.1—2016进行。

2 结果与讨论

2.1 熔剂用量条件实验

为了使半熔产物分解转化更彻底，探究最佳的熔剂用量，以标准铁矿石(硫含量为0.036%)为样品，取7个样，每个样带平行样，其他条件不变，过滤时抽滤，只改变熔剂用量，分别为4、6、8、10、12、14、16 g，考察不同熔剂用量下对硫回收率的影响。实验结果如表1所示。

表1 熔剂用量对硫回收率的影响

从表1可知，熔剂用量越多硫回收率越高，熔剂用量为14、16 g时，硫回收率高达99.9%。熔剂用量低，矿石分解不完全，测定结果偏低。2.0 g标准铁矿石(硫含量为0.036%)，消耗熔剂量14 g，分解反应基本完全。考虑实验成本和称量，故选择用量为14 g。

2.2 氯化钡浓度条件实验

沉淀过程中加入氯化钡溶液，使硫酸根变成硫酸钡沉淀，探究最佳氯化钡浓度对硫酸根最大程度地转化成硫酸钡，按照国标方法沉淀过程，取6份样品，每个样都带个平行样，在不改变其他实验条件下加入10 mL不同浓度的氯化钡溶液，通过实验考察氯化钡浓度对硫回收率的影响，实验结果见表2。

表2 氯化钡浓度对硫回收率的影响

结果显示，氯化钡浓度为100 g/L时硫回收率最高，高达99.9%。氯化钡浓度小于100 g/L时，沉淀反应不完全，硫的回收率随着氯化钡浓度增加而增加。当氯化钡浓度大于100 g/L时，由于盐效应的影响，硫的回收率随着氯化钡浓度增加而降低。

2.3 保温温度和时间对沉淀的影响

重量分析对沉淀的要求很高，必须保证沉淀应易于过滤和洗涤，颗粒较大的晶形沉淀相对而言比表面积小。为此，探讨了沉淀时溶液保温时间长短及温度高低的影响，寻求最佳的沉淀条件实验。在不改变其他实验条件下，以标准铁矿石(硫含量为0.036%)为样品改变保温温度或保温时间，将实验后得到的沉淀通过扫描电镜探究晶型，如图1、图2所示。

实验结果显示在同等放大倍数下保温温度升高，晶形沉淀颗粒粒径减小。保温温度为60 ℃，保温时间2 h可以获得粒径较大的晶形沉淀。

图1 保温温度对BaSO4沉淀粒径的影响(放大5 000倍)Figure 1 Effect of holding temperature on grain size of BaSO4(Magnified 5 000 times).

图2 保温时间对BaSO4沉淀粒径的影响Figure 2 Effect of holding time on grain size of BaSO4.

2.4 方法的准确度和精密度

选取标准铁矿石(硫含量为0.036%)，在最佳实验条件下测定样品中的硫，平行测定10次。实验结果如表3显示，该方法具有较高的准确度和精密度，相对误差为-2.8%，相对标准偏差为1.3%。

表3 方法的准确度与精密度

3 结论

改进的碳酸钠-氧化锌半熔硫酸钡重量法测定铁矿石中硫，碳酸钠-氧化锌混合熔剂的用量，沉淀剂氯化钡的浓度均影响硫的转化率。碳酸钠-氧化锌混合熔剂用量少，矿石分解不完全，硫回收率少。沉淀剂氯化钡的量添加少，沉淀反应不完全，硫回收率低；氯化钡过量，反而因为盐效应，导致部分硫酸钡沉淀溶解，硫回收率低。沉淀时的保温温度和保温时间影响BaSO4沉淀颗粒的大小，保温温度升高，晶形沉淀颗粒粒径减小。