高爐出鐵溝料中SiC、Al2O3的系統分析

傅士剛，王俊秀，張小燕，魏新暉，王艷芹

（山東魯麗鋼鐵有限公司，山東壽光 262724）

試驗研究

高爐出鐵溝料中SiC、Al2O3的系統分析

傅士剛，王俊秀，張小燕，魏新暉，王艷芹

（山東魯麗鋼鐵有限公司，山東壽光 262724）

利用SiO2、單質Si、Al2O3易溶于氫氟酸、硝酸，而SiC不溶于氫氟酸、硝酸的特性，用氫氟酸、硝酸溶樣，過濾的不熔物連同濾紙在瓷坩堝中灰化、灼燒，用重量法測定鐵溝料中的SiC量。于濾液中加高氯酸蒸發冒煙除去殘余氟離子對Al2O3分析的影響，用強堿沉淀分離、氟鹽置換、EDTA滴定法分析Al2O3量。測定結果準確可靠，RSD：SiC＜0.134%，Al2O3＜1.438%。關鍵詞：出鐵溝料；SiC；Al2O3；重量法；EDTA滴定法

1 前言

高爐出鐵主溝料及支溝料是由碳化硅及少量鋁質耐火材料配制而成的混合物，其主要化學成分為SiC、Al2O3及少量C、SiO2、Si、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO等。利用樣品中SiC、游離碳不溶解于氫氟酸、硝酸的特性［1］，參閱相關文獻［2-5］，樣品用氫氟酸、硝酸溶解處理后，SiO2、Si與氫氟酸形成SiF4揮發分離，以濾紙過濾不熔物SiC、游離碳，灼燒后，用重量法測定SiC量。然后于過濾分離后的濾液中加高氯酸蒸發冒煙，消除殘余氟離子對Al2O3分析的影響，用強堿沉淀分離、氟鹽置換、EDTA滴定法測定Al2O3量。借此實現高爐出鐵主溝料及支溝料中SiC、Al2O3的系統分析，實驗結果均令人滿意。

2 實驗部分

2.1 分析試劑

硝酸，ρ=1.42 g/mL；氫氟酸，ρ=1.15 g/mL；高氯酸，ρ=1.67g/mL；鹽酸（1+3）及5%鹽酸；固體氫氧化鈉；酚酞指示劑：0.4%乙醇溶液。

乙酸-乙酸銨緩沖溶液（pH值為4.5）：稱取77 g無水乙酸銨于500 mL燒杯中，加少量水溶解后，加60 mL冰乙酸，用水稀釋至刻度，混勻；15%氟化銨溶液；PAN指示劑：0.2%乙醇溶液；EDTA標準溶液（0.007 162 mol/L）；銅標準溶液（0.003 842 mol/L）：稱取1.220 7 g純銅（含銅量＞99.95%）于150 mL錐形瓶中，加25 mL硝酸（1+3），在低溫電爐上加熱溶解后，煮沸驅除盡氮氧化物，取下冷卻，用水稀釋至5 000 mL，混勻。

2.2 分析步驟

2.2.1重量法測定碳化硅

稱取0.500 0 g試樣于聚四氟乙烯燒杯（或鉑金皿）中，加8 mL硝酸、10 mL氫氟酸于墊有石棉網的低溫電爐上加熱溶解并蒸發至近干。取下稍冷，再加5 mL硝酸、5 mL氫氟酸，搖勻，再于低溫電爐上加熱蒸發至干。取下稍冷，加30 mL鹽酸（1+3）溶解鹽類，沿杯壁加水約20 mL，加熱煮沸，取下，用中速定量濾紙過濾于250 mL錐形瓶中，用熱鹽酸（5%）洗滌燒杯，并用帶橡膠管頭的玻璃棒擦洗凈燒杯，或用塑料棒及定量濾紙擦洗凈燒杯。然后用熱鹽酸（5%）洗滌沉淀及濾紙3～5次（濾液保留供測定Al2O3用）。將SiC沉淀及濾紙移入已知重量的瓷坩堝中，先低溫灰化，然后移入750℃高溫爐中灼燒45 min，取出稍冷卻，放入干燥器中冷卻至室溫，稱量沉淀及坩堝重量。

按下式計算碳化硅的質量分數（%）：

式中：m1為灼燒后SiC沉淀及坩堝重量，g；m2為空坩堝重量，g；m為稱取試樣重量，g。

2.2.2EDTA滴定法測定Al2O3

采用強堿沉淀分離—氟鹽置換、EDTA滴定法測定Al2O3。于濾液（2.2.1）中加8 mL高氯酸，加熱蒸發冒煙至溶液體積約3 mL時，取下稍冷，沿瓶壁加10 mL鹽酸（1+3），加熱煮沸溶解鹽類，取下冷卻，稱入500 mL容量瓶中，以水沖洗凈錐形瓶，用水稀釋至刻度，搖勻為母液。

移取50 mL母液于250 mL燒杯中，加30 mL水，5 g氫氧化鈉溶解后，加熱煮沸，取下用脫脂棉過濾于500 mL錐形瓶中，用水洗滌氫氧化鐵等沉淀及脫脂棉5～7次，棄去脫脂棉及沉淀物。于濾液中加酚酞指示劑3滴，用鹽酸（1+3）調節試液至紅色消失并過量1滴，加20 mL EDTA標準溶液，20 mL乙酸—乙酸銨緩沖溶液，加熱煮沸3 min，取下以流水冷卻至室溫，加10 mL乙酸—乙酸銨緩沖溶液，PAN指示劑10滴，用銅標準溶液滴定至玫瑰紅色（不計量），加10 mL氟化銨溶液，煮沸3 min，取下用流水冷卻至室溫，加PAN指示劑2滴，再用銅標準溶液滴定至玫瑰紅色突變為終點。

按下式計算Al2O3的質量分數（%）：

式中：T為每mL銅標準溶液相當于Al2O3的滴定度，g/mL；V為滴定試液時所消耗銅標準溶液的體積，mL。

3 實驗結果與討論

按實驗方法對樣品進行測定，分析結果見表1。

表1 高爐出鐵溝料中SiC及Al2O3的測定結果%

1）試樣用硝酸、氫氟酸溶解，樣品中的游離Si、SiO2與氫氟酸中的氟形成SiF4氣體蒸發除去，SiC、游離碳不被溶解。以稀鹽酸溶解鹽類，用濾紙過濾不溶解的SiC、游離碳沉淀與Fe、Al等元素分離。

2）SiC與游離碳沉淀灰化后在750℃高溫爐中灼燒，消除C、H2O的影響，求得SiC含量。但灼燒溫度不應高于750℃，否則SiC開始分解導致SiC分析結果偏低。

3）過濾分離SiC和游離碳后的濾液中因可能存在著少量氟離子，需加入比氫氟酸沸點高的高氯酸蒸發冒煙以除去氟離子對測定Al2O3的影響。

4）蒸發冒煙除凈氟離子的試液中尚有Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO及少量CaO、MgO等金屬離子。試液中的Fe2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO等金屬離子干擾Al2O3的測定，需加入過量氫氧化鈉將Fe、Ti、Mn、Ca、Mg等干擾元素沉淀分離，而氫氧化鋁則溶于過量的氫氧化鈉，形成偏鋁酸鈉（NaAlO2）存留于溶液中，其化學反應式如下：

用脫脂棉過濾氫氧化鐵等干擾元素沉淀與鋁分離，偏鋁酸鈉留在濾液中，用鹽酸調節pH值后，在pH值為4.5的乙酸—乙酸銨緩沖溶液介質中，以PAN為指示劑，用EDTA滴定法測定Al2O3含量。

5）用鹽酸（1+1）中和調節濾液pH值時，若溶液渾濁，表明加入EDTA量不足，可用氫氧化鈉調節至堿性后，補加一定量EDTA標準溶液再進行操作。

6）本方法適用于高爐出鐵落鐵點耐火材料中SiC、Al2O3的分析。

4 結語

1）由于碳化硅具有較高的抗熱性和化學穩定性，不溶解于硫酸、鹽酸、硝酸及氫氟酸，即使加熱煮沸也不被溶解或侵蝕，其晶體內部的雜質很少。利用碳化硅的上述特性可以進行碳化硅表面雜質的測定。

2）因高爐出鐵主溝料及支溝料是由碳化硅及少量鋁質耐火材料配制而成的混合物。為此本方法套用文獻［3］重量法測定碳化硅含量，并利用測定碳化硅后的濾液，用氟鹽置換EDTA滴定法測定Al2O3的含量，實現了SiC、Al2O3的系統分析，方法測定結果具有準確、可靠、簡便、快速的特點。

［1］洛陽耐火材料研究所.耐火材料化學分析［M］.北京：冶金工業出版社，1984.

［2］耐火材料標準匯編寫組.耐火材料標準匯編［S］.2版.北京：中國標準出版社，2003.

［3］薛明浩，王俊秀，王際祥.碳化硅的測定［C］//中國分析儀器學會.第三屆全國高速分析學術交流會論文集.2009：156-159.

［4］王俊秀，薛明浩，張小燕，等.鋼芯鋁塊中鐵鋁比例和鋁純度的測定［J］.山東冶金，2008，30（2）：58-59.

［5］鞍鋼鋼研所.實用冶金分析［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1990.

Systematic Analysisof theSiC and Al2O3in theRefractory for BF Lander

FU Shigang,WANG Junxiu,ZHANG Xiaoyan,WEI Xinhui,WANG Yanqin
（Shandong Luli Iron and Steel Co.,Ltd.,Shouguang 262724,China）

Utilizing the characteristic that SiO2,elemental Si,Al2O3are soluble in hydrofluoric acid and nitric acid but SiC is insoluble in them,the simple was dissolved in hydrofluoric acid and nitric.The ashing and Filtering non melt matter together with the filter paper was incinerated and burned.The SiC content in lander material was determined by gravimetric method.Perchloric acid was added into the filtrate.By evaporating smoking,the residual fluoride ion effecting the measurement of the Al2O3was removed.The Al2O3content was analyzed by strong alkali separation,villiaumite replacement and EDTA titration method.The determination result is accurate and reliable and the relative standard deviations:SiC＜0.134%and Al2O3＜1.438%.

refractory for BF lander;SiC;Al2O3;gravimetric method;EDTA titration method

O655.2

：A

：1004-4620（2014）01-0044-02

2013-06-27

傅士剛，男，1967年生，山東魯麗鋼鐵有限公司總經理，高級工程師，從事生產及質量管理工作。