一种冶金用化渣剂中氟含量的测定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种对材料进行化学分析的方法，特别涉及一种冶金用化渣剂中氟含量测定装置及测定方法。

背景技术

氟化物在钢铁冶金生产中应用十分广泛，连铸保护渣、KR氧化钙基脱硫剂及大部分化渣剂中均离不开氟化物的存在，氟在冶金渣中起降低渣料的熔点和粘度，改善熔渣与金属或熔渣与夹杂的反应动力学条件，起到助熔剂和稀释剂的作用，有利于工艺的顺行和钢坯质量的提高。

氟离子的检测方法较常采用离子选择电极法、热解法、蒸馏分离容量法。本方法属于蒸馏分离容量法一种，已有的蒸馏分离容量法如GB/T 6730.26-2017铁矿石氟含量的测定硝酸钍滴定法、CN 110346508A一种钙基脱硫剂中氟盐测定装置及测定方法等，均要求蒸馏温度保持在130～140℃，因为低于130℃会造成蒸馏不完全，温度过高高氯酸会冒烟馏出，影响终点观察。且均通过加入高氯酸、磷酸的方式对试样进行分解，由于温度范围窄，实际操作很难控制，从而造成误差影响。虽然CN 110346508A中通过连接有相对昂贵的可控硅温控仪的电加热套来解决温度稳定问题，依旧存在滴定终点颜色变化不明显及高氯酸浪费污染问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种结构简单、实用性强、准确安全、少污染浪费的测定装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种冶金用化渣剂中氟含量测定装置，所述测定装置包括蒸气传送部分、试样反应部分、冷凝收集部分，其中：

所述蒸气传送部分用于产生蒸气，所述蒸气传送部分包括加热装置、蒸馏瓶、铁架台、安全管、止水夹、止水夹、导气弯管及橡胶塞；所述蒸馏瓶由铁架台固定，底部为加热装置提供热量，蒸馏瓶瓶口由橡胶塞分连安全管和导气弯管，安全管上部连接有乳胶管，导气弯管由乳胶管与石英蒸馏测氟管连接；

所述试样反应部分用于提供试样反应所需的条件装置，包括三角烧瓶、加热装置、橡胶塞、石英蒸馏测氟管、温度计；所述三角烧瓶瓶口由橡胶塞分连石英蒸馏测氟管及温度计，温度计底部与石英蒸馏测氟管基本持平；石英蒸馏测氟管出口由乳胶管与冷凝收集部分连接；

所述冷凝收集部分包括冷凝管、铁架台、橡胶塞、橡胶塞、牛角管和收集容器，所述冷凝管由铁架台固定，反应后的蒸气在水蒸气推动下由乳胶管经由橡胶塞与冷凝管接口进入冷凝管冷凝成液态，冷却水由乳胶管连接冷水水源后由冷凝管进水口进入冷凝管，经乳胶管连接冷凝管出水口排出进行冷却，牛角管由橡胶塞与冷凝管出口连接，收集容器置于牛角管下方用来收集馏出液。

进一步的，所述蒸气传送部分中的蒸馏瓶体积为500～2000mL，内部液体为蒸馏水或去离子水，瓶底预置少量沸石防止爆沸。

进一步的，所述试样反应部分中的三角烧瓶体积为1000～2000mL，内部浴液为丙三醇。

进一步的，所述试样反应部分中的温度计有效测量范围100～300℃。

本发明还提供了一种冶金用化渣剂中氟含量测定方法，所述测定方法包括以下步骤：

步骤一、提供并组装上述所述的测定装置，打开加热装置加热蒸馏瓶内液体至沸腾，打开安全管出口止水夹，保持水蒸气与大气连通，关闭乳胶管处的止水夹，此时反应部分不通入水蒸气；

步骤二、称取质量为m的化渣剂试样加入石英蒸馏测氟管内，之后，加入磷酸，盖上磨口瓶塞，将石英蒸馏测氟管置于装有油浴的三角烧瓶中，打开试样反应部分的加热装置加热三角烧瓶；

步骤三、当三角烧瓶内的油浴温度上升到130℃时，立即关闭安全管出口处的止水夹，并打开导气弯管出口处的止水夹，此时水蒸气由蒸气传送部分进入试样反应部分的石英蒸馏测氟管内；蒸气作为载气和溶体将试样反应部分生成的蒸气通过冷凝收集部分冷凝后进入收集容器；

步骤四、向盛有蒸馏液收集容器中加入酚酞指示剂，用浓度为C的标准氢氧化钠溶液进行滴定，当指示剂颜色变为红色且在30s内不变色时，结束滴定，记下此时消耗的标准氢氧化钠的体积记为V；

步骤五、空白实验：打开止水夹，关闭止水夹，取下石英蒸馏测氟管，更换新的只加入磷酸的石英蒸馏测氟管，此时加入磷酸的体积与步骤二中所加入的磷酸体积相同，之后，重复步骤三和步骤四，待滴定结束后，记录消耗的标准氢氧化钠溶液体积为V

步骤六、理论计算，化渣剂中氟百分含量为：

式中：

c—标准氢氧化钠溶液的浓度，mol/L；

V—滴定试样消耗的标准溶液体积，mL；

V

m—称取试样的质量，g；

19—为氟的摩尔质量，g/mol。

进一步的，所述步骤二中，三角烧瓶中油浴液位超过石英蒸馏测氟管液位，使三角烧瓶内的油浴受热均匀。

进一步的，所述步骤二中，化渣剂制样粒度≤120目。

进一步的，所述步骤二中，石英蒸馏测氟管内加入的磷酸体积为5～20m。

进一步的，所述步骤二和步骤三中，油浴温度控制在130～180℃。

更进一步的，所述步骤三中，蒸馏冷凝出的液体体积不少于100mL。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)只采用磷酸分解试样，可以避免高氯酸分解产生的氯气干扰，使滴定可以采用变色更为明显的酸碱滴定，减少人为滴定视觉误差，且仅使用磷酸，可以提高分解温度范围为130～180℃，相对130～140℃更容易控制；

2)利用丙三醇导热较慢性质采用石英测氟管浸入油浴中间接加热的方式进行控温，完全解决温度难以控制问题。

3)仅采用少量磷酸分解试样加上石英测氟管细长特性使反应集中，提高了酸的利用率，减少了酸的浪费和环境污染。

4)整套装置成本低廉，通用性强，便于推广应用。

附图说明：

图1为本发明提供的一个具体实施例的结构示意图；

图2为石英蒸馏测氟管内部结构示意图；

其中：1为蒸气传送部分，2-1和2-2为加热装置，3为蒸馏瓶，4-1和4-2为铁架台，5为安全管，6-1和6-2为止水夹，7为导气弯管，8-1、8-2、8-3和8-4为橡胶塞，9-1、9-2、9-3、9-4和9-5为乳胶管，10为试样反应部分，11为三角烧瓶，12为石英蒸馏测氟管，13为温度计，14为冷凝收集部分，15为冷凝管，16为冷凝管进水口，17为冷凝管出水口，18为牛角管，19为收集容器。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明内容不仅仅局限于以下实施例：

如图1所示的一种冶金用化渣剂中氟含量测定装置，包括蒸气传送部分1、试样反应部分10、冷凝收集部分14，所述蒸气传送部分1用于产生蒸气，蒸气作为载气和溶体将反应部分10生成的反应物溶入并通过冷凝收集部分14冷凝后进入收集容器19，其包括加热装置2、蒸馏瓶3、铁架台4、安全管5、止水夹6-1、止水夹6-2、导气弯管7及橡胶塞8-1；所述蒸馏瓶3由铁架台4固定，底部为加热装置2提供热量，蒸馏瓶3瓶口由橡胶塞8-1分连安全管5及导气弯管7，安全管上部连接有乳胶管6-1，导气弯管7由乳胶管9-2与石英蒸馏测氟管12连接；所述反应部分10用于提供试样反应所需的条件装置，包括三角烧瓶11、加热装置2-2、橡胶塞8-2、石英蒸馏测氟管12、温度计13；所述三角烧瓶11瓶口由橡胶塞8-2分连石英蒸馏测氟管12及温度计13，试样及反应酸加入到石英蒸馏测氟管12中，三角烧瓶11中浴液液位超过石英蒸馏测氟管12中液位，温度计11底部与石英蒸馏测氟管12基本持平。石英蒸馏测氟管12出口由乳胶管9-3与冷凝收集部分14连接。所述冷凝收集部分14包括冷凝管15、铁架台4-2橡胶塞8-3、橡胶塞8-4、牛角管18和收集容器19，所述冷凝管15由铁架台4-2固定，反应后蒸气由水蒸气推动由乳胶管9-3经由橡胶塞8-3与冷凝管15接口进入冷凝管15冷凝成液态，冷却水由乳胶管9-4连接冷水水源后由冷凝管进水口16进入冷凝管15，经乳胶管9-5连接冷凝管出水口17排出进行冷却，牛角管18由橡胶塞8-4与冷凝管出口连接，收集容器19置于牛角管18下方用来收集馏出液。

本发明中，三角烧瓶11中丙三醇液位超出石英蒸馏测氟管中试样及酸高度，冷凝管15采用自来水冷却，由低往高冷却，即由冷却水入口16流入，冷却水出口17流出。

本实施例中使用的蒸馏瓶3体积为1000mL，内部加注1/2～2/3体积去离子水，放置5～6片沸石防止爆沸。

实施例中使用的三角烧瓶11体积为2000mL，内部浴液为丙三醇，液面高度1/2～2/3，以超出石英蒸馏测氟管12内反应液高度为准。

优选的，本实施例中温度计有效测量范围100℃～300℃。

进一步地，所述冶金用化渣剂中氟含量测定装置，以用于实施所述冶金用化渣剂中氟含量的测定方法。

具体地，所述冶金用化渣剂中氟含量的测定方法包括以下步骤：

步骤一、提供并组装所述测定装置，蒸气部分1加热至沸腾，安全管5出口止水夹6-1取下，保持水蒸气与大气联通，导气弯管7与石英蒸馏测氟管12连接部分乳胶管9-2用止水夹6-2密封；

步骤二、称取质量为m的含氟冶金渣料加入石英蒸馏测氟管12中，再加入磷酸，盖上磨口瓶塞，置于三角烧瓶11油浴中，开启反应部分10加热装置2-2加热油浴；

步骤三、开启冷凝收集部分14冷却水，水流方向由冷凝管15低处即冷却水进口16流进，由冷凝管15高处即冷却水出口17流出至下水口排出。当油浴温度到130℃时，立即关闭安全管5出口止水阀6-1，打开导气弯7管出口止水阀6-2，保持温度计温度维持在130～180℃；

步骤四、当馏出液体积≥100mL时，取下，结束一次蒸馏过程，更换新的馏出液收集容器19，向蒸馏出的液体中加入酚酞指示剂，用浓度为C的标准氢氧化钠溶液进行滴定，至红色在30秒内不变色即为终点，消耗氢氧化钠体积记为V；

步骤五、空白实验：打开安全管5出口止水夹6-1，关闭导气弯管7止水夹6-2，取下石英蒸馏测氟管12，更换新的只加入磷酸的石英蒸馏测氟管12，连接上，随后步骤同步骤三、步骤四，最后滴定体积记为V

步骤六、分析结果的计算如下式：

式中：

c—标准氢氧化钠溶液的浓度，mol/L；

V—滴定试样消耗的标准溶液体积，mL；

V

m—称取试样的质量，g；

19—为氟的摩尔质量，g/mol。

按照上述技术方案，任意选取3件化渣剂试样进行方法重复性试验以验证本发明所述测定装置的精密度，所得结果如下表1所示。

表1为化渣剂中氟含量精密度试验结果(n＝6)

由表1可见，其相对标准偏差≤0.50％，说明本方法具有较好的精密度。

为验证本发明技术方案的准确性，本发明采用回收试验做进一步介绍，其回收试验采用加入基准氟化钠的方式进行，按照上述实验条件，对化渣剂中加入不同含量的氟化钠(换算为氟含量)进行加标回收，所得结果如表2所示。

表2为回收试验结果

由表2可见，回收率为96.2～103.4％，说明方法准确可靠。

综合表1和表2可知，本发明所述检测装置和方法分析化渣剂中氟含量准确度高、重现性好，污染小，成本低，利于推广应用。

概括来讲，与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明只采用磷酸分解试样，可以避免高氯酸分解产生的氯气干扰，使滴定可以采用变色更为明显的酸碱滴定，减少人为滴定视觉误差，且仅使用磷酸，可以提高分解温度范围为130～180℃，相对130～140℃更容易控制；利用丙三醇导热较慢性质采用石英测氟管浸入油浴中间接加热的方式进行控温，完全解决温度难以控制问题。仅采用少量磷酸分解试样加上石英测氟管细长特性使反应集中，提高了酸的利用率，减少了酸的浪费和环境污染。整套装置成本低廉，通用性强，便于推广应用。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。