硫酸鋇重量法測定硫條件實驗探討

漆寒梅 周言鳳 陳利娟 文 靜

(湖南有色金屬職業技術學院 資源環境系，湖南 株洲 412000)

前言

鐵礦石是鋼鐵生產企業的重要原材料[1-2]，而鐵礦石中的硫影響著鋼鐵的質量，因此鐵礦石中的硫含量是鋼鐵企業重要的檢測指標。采用硫酸鋇重量法分析鐵礦石中的硫時，分解樣品的方法有過氧化鈉-碳酸鈉全熔融法[3]、和碳酸鈉-氧化鋅半熔分解法[4]。過氧化鈉-碳酸鈉全熔融法對剛玉坩堝具有腐蝕性，會引入錫、鋁、鉻等雜質，干擾后續測定[5-6]。傳統的碳酸鈉-氧化鋅半熔分解法，對坩堝腐蝕性小，不易引入雜質元素，但不適用于重晶石以及含重晶石成分樣品中硫的測定[7-8]。

本文按照國家標準GB/T 6730.16—2016中改進的硫酸鋇重量法測鐵礦石中硫含量，探討了熔劑用量、氯化鋇濃度以及沉淀時的保溫時間和保溫溫度對鐵礦中硫含量檢測的影響，獲得測定鐵礦石中硫含量的最佳實驗條件。鐵礦石樣品經過碳酸鈉和氧化鋅混合熔劑熔融后，用水浸取，過濾除去氫氧化物和碳酸鹽沉淀，在稀鹽酸溶液中，加入氯化鋇，使硫酸根定量生成硫酸鋇沉淀。灼燒后，放入干燥器中冷卻，稱量硫酸鋇，計算其含量。鉻、錫和磷對測定結果有干擾，可分別采用過氧化氫、檸檬酸和碳酸鈣消除。其含量檢測范圍0.300%～5.00%。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

碳酸鈉-氧化鋅混合熔劑：粒度小于125 μm的碳酸鈉和氧化鋅按質量比3∶2混勻，氯化鋇溶液，碳酸鈉溶液(20 g/L)，鹽酸，所用試劑均為分析純試劑。

電子天平，可調速磁力攪拌器，馬弗爐，中速定性濾紙，慢速定量濾紙，真空抽濾器、濾膜、濾瓶。

1.2 實驗方法

稱取2.0 g(精確至0.000 1 g)標準鐵礦石(硫含量為0.036%)為樣品，實驗過程按國家標準方法GB/T 6730.1—2016進行。

2 結果與討論

2.1 熔劑用量條件實驗

為了使半熔產物分解轉化更徹底，探究最佳的熔劑用量，以標準鐵礦石(硫含量為0.036%)為樣品，取7個樣，每個樣帶平行樣，其他條件不變，過濾時抽濾，只改變熔劑用量，分別為4、6、8、10、12、14、16 g，考察不同熔劑用量下對硫回收率的影響。實驗結果如表1所示。

表1 熔劑用量對硫回收率的影響

從表1可知，熔劑用量越多硫回收率越高，熔劑用量為14、16 g時，硫回收率高達99.9%。熔劑用量低，礦石分解不完全，測定結果偏低。2.0 g標準鐵礦石(硫含量為0.036%)，消耗熔劑量14 g，分解反應基本完全。考慮實驗成本和稱量，故選擇用量為14 g。

2.2 氯化鋇濃度條件實驗

沉淀過程中加入氯化鋇溶液，使硫酸根變成硫酸鋇沉淀，探究最佳氯化鋇濃度對硫酸根最大程度地轉化成硫酸鋇，按照國標方法沉淀過程，取6份樣品，每個樣都帶個平行樣，在不改變其他實驗條件下加入10 mL不同濃度的氯化鋇溶液，通過實驗考察氯化鋇濃度對硫回收率的影響，實驗結果見表2。

表2 氯化鋇濃度對硫回收率的影響

結果顯示，氯化鋇濃度為100 g/L時硫回收率最高，高達99.9%。氯化鋇濃度小于100 g/L時，沉淀反應不完全，硫的回收率隨著氯化鋇濃度增加而增加。當氯化鋇濃度大于100 g/L時，由于鹽效應的影響，硫的回收率隨著氯化鋇濃度增加而降低。

2.3 保溫溫度和時間對沉淀的影響

重量分析對沉淀的要求很高，必須保證沉淀應易于過濾和洗滌，顆粒較大的晶形沉淀相對而言比表面積小。為此，探討了沉淀時溶液保溫時間長短及溫度高低的影響，尋求最佳的沉淀條件實驗。在不改變其他實驗條件下，以標準鐵礦石(硫含量為0.036%)為樣品改變保溫溫度或保溫時間，將實驗后得到的沉淀通過掃描電鏡探究晶型，如圖1、圖2所示。

實驗結果顯示在同等放大倍數下保溫溫度升高，晶形沉淀顆粒粒徑減小。保溫溫度為60 ℃，保溫時間2 h可以獲得粒徑較大的晶形沉淀。

圖1 保溫溫度對BaSO4沉淀粒徑的影響(放大5 000倍)Figure 1 Effect of holding temperature on grain size of BaSO4(Magnified 5 000 times).

圖2 保溫時間對BaSO4沉淀粒徑的影響Figure 2 Effect of holding time on grain size of BaSO4.

2.4 方法的準確度和精密度

選取標準鐵礦石(硫含量為0.036%)，在最佳實驗條件下測定樣品中的硫，平行測定10次。實驗結果如表3顯示，該方法具有較高的準確度和精密度，相對誤差為-2.8%，相對標準偏差為1.3%。

表3 方法的準確度與精密度

3 結論

改進的碳酸鈉-氧化鋅半熔硫酸鋇重量法測定鐵礦石中硫，碳酸鈉-氧化鋅混合熔劑的用量，沉淀劑氯化鋇的濃度均影響硫的轉化率。碳酸鈉-氧化鋅混合熔劑用量少，礦石分解不完全，硫回收率少。沉淀劑氯化鋇的量添加少，沉淀反應不完全，硫回收率低；氯化鋇過量，反而因為鹽效應，導致部分硫酸鋇沉淀溶解，硫回收率低。沉淀時的保溫溫度和保溫時間影響BaSO4沉淀顆粒的大小，保溫溫度升高，晶形沉淀顆粒粒徑減小。