碳化鈦分析方法的實(shí)驗(yàn)研究

曾 玻,馮向琴,鄧 江

(攀枝花學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院,四川攀枝花 617000)

碳化鈦分析方法的實(shí)驗(yàn)研究

曾 玻,馮向琴,鄧 江

(攀枝花學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院,四川攀枝花 617000)

結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)[1]報(bào)道的方法,主要從碳化鈦與其它成分的分離、碳化鈦的分解、雙氧水光度法的符合度進(jìn)行試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)樣品不需要經(jīng)過(guò)氫氟酸浸取環(huán)節(jié)。碳化鈦分解采用2+1硝酸或分析純硝酸溶解,在溶解過(guò)程中加入高錳酸鉀和鹽酸更易于分解。在分解過(guò)程中要防止分解的鈦離子水解,因此必須要控制好操作條件。

碳化鈦;分析方法;實(shí)驗(yàn)研究

1 引言

目前,我國(guó)高爐渣中含有豐富的TiO2,大約25%左右,對(duì)渣中TiO2用碳粉還原制備所得的碳化鈦含量大約30%左右,但目前對(duì)碳化鈦的檢測(cè)還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的方法,也無(wú)類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)樣品,實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的檢測(cè)方法,檢測(cè)誤差大、操作流程長(zhǎng),不能準(zhǔn)確檢測(cè)碳化鈦的含量,無(wú)法滿(mǎn)足科研和生產(chǎn)的需要。

從文獻(xiàn)[1]可知:(1)碳化渣樣品中Ti形式基本都為T(mén)iC,只存在極少的TiN,TiN的存在對(duì)TiC含量測(cè)定結(jié)果的影響可以忽略不計(jì);(2)采用了(1+ 5)硫酸80 m L和氫氟酸10 m L,低溫加熱浸取30 min,再進(jìn)行過(guò)濾等這一系列繁瑣、冗長(zhǎng)操作過(guò)程是多余的,且氫氟酸使用不安全,對(duì)人體有危害;(3)后序采用純硝酸分解TiC,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)分解不夠徹底; (4)連同濾紙進(jìn)行分解,存在一定包裹現(xiàn)象,而且對(duì)定容體積也有一定程度的影響;(5)該文獻(xiàn)所例舉的實(shí)例數(shù)據(jù)TiC的含量小于20%,對(duì)更高含量TiC的測(cè)定是否能滿(mǎn)足,需要進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。因此,通過(guò)該文獻(xiàn)方法來(lái)檢測(cè)碳化渣中TiC的含量有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

針對(duì)上述存在的問(wèn)題,提出了一種碳化渣中TiC的分析方法,有效地解決了所存在的問(wèn)題,建立了一種碳化渣中TiC的分析方法,合理刪除了對(duì)人體傷害較大、使用極其不安全的氫氟酸浸取環(huán)節(jié),在后序的硝酸分解中引入了兩種廉價(jià)而且安全的試劑即高錳酸鉀和鹽酸,使TiC分解更徹底,分析準(zhǔn)確度提高,大大縮短了操作流程,并用雙氧水光度法、對(duì)這樣高的碳化鈦含量的檢測(cè)結(jié)果符合度進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,從而擴(kuò)大了方法的測(cè)定范圍,方法適用范圍更廣。

2 試驗(yàn)原理及方法

2.1 試驗(yàn)原理

試樣用硝酸、高錳酸鉀、鹽酸分解,在適當(dāng)?shù)牧蛩崴岫认?四價(jià)鈦與雙氧水生成黃色絡(luò)合物,在420 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度,計(jì)算鈦的質(zhì)量含量,再換算成碳化鈦含量。

2.2 試驗(yàn)方法

稱(chēng)取試樣0.100 0 g于250 m L三角瓶中,用分析純硝酸30 m L、低溫加熱至樣品反應(yīng)平靜,滴加20 g/L的高錳酸鉀溶液至溶液出現(xiàn)穩(wěn)定的二氧化錳沉淀再過(guò)量2滴,繼續(xù)微沸約5 min,滴加1+1鹽酸至二氧化錳沉淀完全消失,再過(guò)量5 m L,繼續(xù)加熱微煮約5 min,取下冷卻定容100 m L、分取5～10 m L溶液于100 m L燒杯中,加1+1硫酸10 m L,加熱到冒硫酸煙,取下冷卻,加入分析純雙氧水2 m L顯色,定容100 m L,在420 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度,根據(jù)吸光度計(jì)算Ti的量,再按Ti和TiC的轉(zhuǎn)換系數(shù)算出TiC的含量。

碳化鈦渣中TiC百分含量計(jì)算公式見(jiàn)式(1):

式中:W(TiC)%—樣品中TiC的百分含量;

m1—工作曲線上由吸光度A查得鈦的質(zhì)量,單位為mg;

m—稱(chēng)取的待分析試樣量,單位為g;

V—定容后溶液的體積,單位為m L;

V1—分取的用于測(cè)量吸光度的溶液的體積,單位為m L。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 硫酸-氫氟酸浸取分離選擇試驗(yàn)

根據(jù)百度百科知識(shí)介紹:TiC淺灰色,立方晶系,不溶于水,具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性,與鹽酸、硫酸幾乎不起化學(xué)反應(yīng),但能夠溶解于王水,硝酸,以及氫氟酸中,還溶于堿性氧化物的溶液中。因此,碳化鈦可以被氫氟酸溶解,從而對(duì)文獻(xiàn)[1]采用的硫酸-氫氟酸浸取分離過(guò)程表示質(zhì)疑,這一過(guò)程必然會(huì)將碳化鈦大量溶解進(jìn)入溶液中,大大降低分析結(jié)果。針對(duì)這一問(wèn)題通過(guò)模擬標(biāo)樣進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,具體方法為:(1)配制模擬標(biāo)樣:準(zhǔn)確稱(chēng)取6.000 0 g基準(zhǔn)TiC,6.000 0 g分析純Al2O3、6.000 0 g分析純二氧化硅和2.000 0 g基準(zhǔn)二氧化鈦,將其充分混勻,所得的樣品即為模擬標(biāo)樣,其中TiC%=30.00%。(2)稱(chēng)取模擬標(biāo)樣0.100 0 g6份,按照文獻(xiàn)[1]方法和本文試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn),所得結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 硫酸-氫氟酸浸取分離選擇試驗(yàn)

從表1可見(jiàn):文獻(xiàn)方法所測(cè)定的結(jié)果大大偏離標(biāo)準(zhǔn)值,本文方法和標(biāo)準(zhǔn)值吻合較好,表明大量的碳化鈦被硫酸-氫氟酸溶解進(jìn)入濾液中損失,造成測(cè)定結(jié)果大大偏低。根據(jù)文獻(xiàn)[1]碳化渣物相分析結(jié)果可知,這一過(guò)程完全可以去掉,這一過(guò)程增加了操作的流程而嚴(yán)重影響測(cè)定的準(zhǔn)確度。

3.2 碳化鈦浸取試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),按照文獻(xiàn)[1]方法,采用1+1硝酸30 m L分解碳化渣試樣,并不能完全分解試樣,使結(jié)果偏低,準(zhǔn)確度不夠高。而且還發(fā)現(xiàn)試樣在分解過(guò)程中,有鈦水解現(xiàn)象,在三角瓶底部有形成少量或較多的白色沉淀,這些沉淀無(wú)法用水和刷子除去,需要用硫酸加熱冒煙才能完全除去,表明這是鈦水解的產(chǎn)物。分析其原因,樣品中碳化鈦的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)[1]中所涉及的量,鈦量增加,水解就越容易,要控制好酸度和溫度才能避免水解,針對(duì)這一問(wèn)題,進(jìn)行了硝酸浸取樣品試驗(yàn)。具體方法如下:稱(chēng)取碳化渣試樣0.100 0 g多個(gè),加入不同濃度的硝酸,對(duì)加熱溫度進(jìn)行調(diào)節(jié),試樣和模擬標(biāo)樣各選擇2份加入高錳酸鉀溶液和鹽酸按本文方法進(jìn)行試驗(yàn),所得結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可見(jiàn):硝酸濃度對(duì)樣品的分解影響較大, 2+1濃度以上的硝酸能滿(mǎn)足高含量的碳化鈦試樣分解,高錳酸鉀和鹽酸的加入能促進(jìn)試樣進(jìn)一步分解,測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值吻合較好。

3.3 雙氧水光度法的符合度試驗(yàn)

對(duì)于本文所涉及的碳化渣樣品中碳化鈦含量在40%左右,采用雙氧水光度法是否滿(mǎn)足這么高的含量鈦的測(cè)定,有待于試驗(yàn)驗(yàn)證,取和試樣量相近的鈦標(biāo)液量,繪制工作曲線,從工作曲線的線性與相關(guān)系數(shù)判定該方法的符合度。具體操作如下:分取1.000 0 mg/m L的鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00 m L、1.00 m L、2.00 m L、3.00 m L、4.00 m L、5.00 m L置于6個(gè)100 m L容量瓶中,加入1+1硫酸10 m L,分析純過(guò)氧化氫2 m L,用水定容至刻度,搖勻。

表2 硝酸浸取樣品試驗(yàn)結(jié)果

繪制工作曲線:用1 cm比色皿,以鈦含量為0.00的鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液所得的溶液作參比液,調(diào)節(jié)分光光度計(jì)零點(diǎn),于420 nm波長(zhǎng)處,測(cè)量吸光度,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。以吸光度為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)組鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液中鈦的質(zhì)量為縱坐標(biāo)繪制工作曲線見(jiàn)圖1。

表3 鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線測(cè)定

圖1 鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線

從表3和圖1可見(jiàn),鈦標(biāo)液工作曲線在這樣的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,符合朗伯比爾定律,表明用過(guò)氧化氫光度法測(cè)定這樣高含量碳化鈦是可行的。

為進(jìn)一步驗(yàn)證所建立的分析方法的精密度和準(zhǔn)確度,對(duì)碳化渣模擬標(biāo)樣和碳化渣試樣均進(jìn)行了三次平測(cè)定,所得結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 碳化渣中TiC含量分析結(jié)果

從表4數(shù)據(jù)看出,采用所建立的方法測(cè)定的碳化渣中碳化鈦含量的精密度和準(zhǔn)確度均較好,表明所建立的方法是準(zhǔn)確可靠的。

4 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)研究,表明文獻(xiàn)[1]所報(bào)道檢測(cè)方法,前期采用硫酸-氫氟酸浸取環(huán)節(jié)是不合理的,不但增加了操作流程,而且會(huì)使大量的碳化鈦溶解損失,應(yīng)該省去這個(gè)操作環(huán)節(jié);對(duì)碳化鈦的分解采用2+1或分析純硝酸,并加入高錳酸鉀氧化劑和鹽酸,會(huì)使碳化鈦分解更徹底,能提高分析的準(zhǔn)確度;對(duì)于碳化鈦含量低于50%的試樣采用雙氧水光度法測(cè)定符合朗伯比爾定律。

[1] 鄭小敏.分光光度法測(cè)定碳化渣中碳化鈦含量[J].理化檢驗(yàn),2013(7).

The Experimental Research of Analytical Methods for Titanium Carbide

ZENG Bo,FENG Xiangqin,DENG Jiang
(Faculty of Resource and Circumstance Engineer,Panzhihua University,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

In this paper,combined with the reported method in the existing literature[1],we do the research mainly about the separation of titanium carbide from other ingredients,decomposition of titanium carbide and the coincidence degree of photometric method of hydrogen peroxide.We find that the sample does not need to be leached with hydrofluoric acid.2+1 nitric acid or analytic pure nitric acid is applied in the decomposition of titanium carbide.In the dissolution process it is more easily decomposed by adding potassium permanganate and hydrochloric acid.We prevent titanium ions decomposed hydrolyzing during the decomposition process,so that we must pay attention to controlling the operating conditions.

titanium carbide,analytical method,experimental research

TF03

A

1001-5108(2017)03-0011-03

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目(201511360010)

曾玻,本科生,環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)。

馮向琴,副教授。