熱分解一氣體容量法測定巖石礦物中CO2的最佳分析方案的選擇

王　茹，劉　敏（遼寧省地質礦產研究院，遼寧 沈陽 110032）

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熱分解一氣體容量法測定巖石礦物中CO2的最佳分析方案的選擇

王茹，劉敏
（遼寧省地質礦產研究院，遼寧 沈陽 110032）

摘要：CO2是巖石礦物的常測項目。討論的熱分解一氣體容量法是測定CO2的最佳方案選擇，是在對法庫硅灰石中CO2的測定中，應用天津產CS—T1型鋼鐵硫碳聯合測定儀和沈陽產高溫管式爐配套，經試驗確定的。

關鍵詞：熱分解；氣體容量法；CO2

CO2是巖石礦物的常測項目，本文討論的熱分解一氣體容量法測定CO2的最佳方案選擇，是在對法庫硅灰石中 CO2的測定中，應用天津產 CS—T1型鋼鐵硫碳聯合測定儀和沈陽產高溫管式爐配套，經試驗確定的。

1　方法簡介

本法采用燃燒管爐分解試樣，氧作為載氣，將分解的CO2及SO2（SO3）等經定硫吸收杯吸收硫后，再送入定碳量氣管中，用KOH吸收CO2后，根據量氣管中氣體體積改變的情況測定CO2。

2　條件試驗

2.1稱量樣的選擇

巖石礦物中CO2的最高理論含量為44%［1］。通過實驗，稱量樣可選擇在0.125 0～0.500 0 g之間，由于稱樣量為0.125 0和0.500 0 g樣品的CO2最高可測值分別為44%和 11%，故能保證高含量 CO2的測定［2］。

2.2預熱時間的選擇

為使樣品分析完全進行預熱，儀器選定的預熱時間為1 min，但不能滿足礦石分解的需要。因此，在特定溫度條件下對預熱時間與樣品分解程度關系進行試驗。

可以看出，不同樣品分解所需的時間差異較大（樣品中CO2含量不同所致），故預熱時間不能具體規定。但是，通過定硫吸收杯中氣泡出現密度的不同可確定樣品的分解程度［3］。這是根據壓力平衡的原理，在CO2增大燃燒管中的氣壓和氣體從溶液中逸出而達到壓力平衡時，可以認為樣品已完全分解。

2.3燃燒爐溫度的選擇

對這一條件的選擇，是通過分解速度與溫度的關系試驗確定的。

顯示的燃燒爐溫度在1 200和1 300 ℃時樣品分解速度幾乎相等，而1 100 ℃則明顯下降，因此，選擇1 200 ℃為最佳預熱溫度。

3　實驗部分

3.1試劑及儀器工作條件

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

（2）120 g NaCl晶體加5 mL濃H2SO4溶于800 mL水中，再加少量紅墨水，用于水準瓶。

（3）40%KOH用于定碳吸收器。

（4）助熔劑、氧化銅晶體（褐色）。

（5）所用儀器為CS—71型鋼鐵硫碳測定儀（天津第一玻璃儀器廠出品）。

（6）高溫燃燒定碳爐的控制溫度為1 200 ℃。

3.2操作流程

將樣品在105 ℃烘干1 h，稱取0.1～0.5 g樣于77 mm瓷舟中，加少量CuO助熔劑。待爐溫達到1 200 ℃，將瓷舟送入瓷管中預熱，并接通定碳量氣管，在定硫吸收杯中不再有氣泡出現時為止（大約2～3 min），通入O2，直至氣體充滿定碳量氣管，后關閉通氧閥門，以下排氣，進行測量［4］。

3.3計算公式

CO2含量通過下式計算［5］：

式中：V — 為定碳量氣管的碳的質量分數；

K — 溫度、壓力校正系數；

G — 相對稱樣量。

3.4注意事項

（1）加入的樣品在管爐中位置應保持一致，且在瓷管中央溫度最高處。

（2）定硫吸收杯中藍色溶液褪色后，應及時更換，否則SO2（SO3）將進入定碳量氣管中，使CO2結果偏高［6］。

（3）升溫要緩慢，電流應逐漸增大，這樣可延長瓷管的使用壽命。

4　結果與討論

4.1改進意見

（1）如將電阻爐箱加以改進，把瓷管增至 2支，則可提高工效1倍左右。

（2）儀器說明書中定硫吸收懷中溶液是用于硫（2 g）測定，如只測定CO2，則可改用I2—淀粉指示液，可減少杯中溶液的更換次數。

（3）如需更大的測量范圍，可將CO2量氣管改制成細管或加大容積的方法進行測定。

4.2分析方法對比

本法熱分解與酸分解相比較，具有操作簡便，快速、成本低的特點。

4.3本法與其它方法的比較

本法與非水滴定法、重量法，電子碳氫儀法對比，其中非水滴定法正在逐漸被取代，且成本高，操作復雜，重現性差。

重量法雖具有成本低，操作簡單等特點，但準確性差。

電子碳氫法具有靈敏度高，操作簡便，快速、成本低等優點，但其方法難掌握，且價格較貴，不利于推廣。

5　結 論

（1）本法只有稱樣、燃燒和測量3個步驟，操作簡便，安全方便，對空氣無污染。

（2）本法不需任何試劑，所用燃燒瓷舟可多次重復使用，因此成本較低。

（3）本法采用氣體容量法，結果穩定，靈敏度高。

參考文獻：

［1］劉愛賢，劉鵬，孫強，廖志新，郭緒強.二氧化碳在水中擴散系數的實驗測定和計算［J］.石油化工高等學校學報，2012（06）：5-9.

［2］郭彪，侯吉瑞，于春磊，李東東，林楊.CO2在多孔介質中擴散系數的測定［J］.石油化工高等學校學報，2009（04）：38-40.

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［4］曲希玉，劉立，馬瑞，胡大千，陳雪，王彥明.CO2流體對巖屑長石砂巖改造作用的實驗［J］.吉林大學學報（地球科學版），2008（06）：959-964.

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［6］張軍營，趙永椿，潘霞，徐俊，晏恒，王志亮，鄭楚光.硅灰石碳酸化隔離二氧化碳的實驗研究［J］.自然科學進展，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

中圖分類號：O 657

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0203-02

收稿日期：2015-09-17

作者簡介：王茹（1975-），女，遼寧沈陽人，工程師，2000年畢業于中國地質大學，研究方向：巖礦測試分析。E-mail：nawang188@sina.com。