鋯質引流砂中多元素含量的測定

王李鑫

（中天鋼鐵集團有限公司，江蘇 常州 213000）

1 前言

引流砂是鋼包底部鋼水口的重要填充材料［1］，由于在生產中對鋼水的質量要求不斷提高，需要對鋼包進行自動開澆［2］。引流砂的成分和粒度、鋼液的作用以及溫度和停留時間等因素是影響鋼包自動開澆的主要因素［3］。因此，對引流砂中各成分的測定顯得尤為重要。鉻質引流砂中主要元素三氧化二鉻含量的測定已有報道，在鎳坩堝中采用過氧化鈉熔融氧化，硫酸亞鐵銨滴定的方式進行測定，但鋯質引流砂主要元素的測定未見相關報道，鋯質引流砂相對于鉻質引流砂更難溶解且需要檢測元素更多。因此，本文在已有研究的基礎上，使用剛玉坩堝熔融樣品，對鋯質引流砂樣品主要元素含量二氧化鋯、三氧化二鉻及二氧化硅元素的熔融及檢測方法進行研究，并進行準確度與精密度測定，均取得較為滿意的結果。

2 試驗部分

2.1 試驗儀器

AL104 電子天平（梅特勒托利多），天平感量0.000 1g；KC16/14箱式電阻爐（德國費舍爾）。

2.2 試驗原理

在剛玉坩堝中采用過氧化鈉為熔劑對樣品進行高溫熔融氧化，通過鹽酸浸取熔塊，待樣品酸化完全后定容成待測母液。分取待測母液，采用硫酸亞鐵銨滴定法測定樣品中三氧化二鉻含量，鉬藍光度法測定二氧化硅含量；EDTA 絡合滴定法測定二氧化鋯含量。

2.3 樣品熔融條件的選擇

過氧化鈉作為分解樣品的強堿性氧化熔劑，其熔點460 ℃；使用剛玉坩堝作為容器對熔融溫度、時間及坩堝使用壽命進行試驗，樣品稱樣量0.200 0 g，過氧化鈉質量為3.0 g時，試驗結果見表1。

表1 不同熔融條件的影響

從表1 數據得出結論：在溫度達到700 ℃后樣品完全分解時間變化趨于緩慢且坩堝使用壽命急劇下降。因此，為充分考慮實驗室的檢測效率及檢驗成本，選擇在700 ℃條件下熔融10 min作為樣品熔融方法優選。

熔融物為強堿性，在聚四氟乙烯燒杯中使用80～100 mL熱水進行浸取，并采用不同類型的酸進行酸化，以達到溶液浸取完全的目的，符合待測條件的要求，試驗結果見表2。

表2 不同浸取酸的影響

從表2得出結論：使用40 mL鹽酸（1+1）、60 mL硫酸（1+1）浸取熔塊均能使溶液酸化并浸取完全。因待測溶液需檢測二氧化鋯含量，參考檢測標準GB/T 4984—2007，二氧化鋯元素需要在鹽酸介質中進行滴定，因此選擇鹽酸作為浸取液。

綜上，樣品熔融條件為：在剛玉坩堝內稱取0.200 0 g 樣品，加入3.0 g 過氧化鈉，700 ℃熔融10 min；將熔塊在聚四氟乙烯燒杯內使用80～100 mL熱水浸取；加入40 mL鹽酸（1+1）煮沸至溶液清亮，冷卻后混勻，定容至250 mL作為待測母液。

3 測定結果

3.1 三氧化二鉻含量的測定

準確移取50.00 mL 待測母液于500 ml 錐形瓶中，加入80 mL硫酸（1+1）、8 mL磷酸（AR）、5 mL氯化鈉（100 g/L），用水稀釋至約250 mL 煮沸10 min，冷卻至室溫。在溶液中加入5 滴N-苯鄰氨基苯甲酸指示劑（5 g/L），用硫酸亞鐵標準溶液（0.070 0 mol/L）滴定至溶液為亮綠色為終點，按公式（1）計算樣品中Cr2O3含量：

使用鉻礦標準物質進行準確度度試驗，試驗結果見表3。

表3 有證標準物質三氧化二鉻準確度試驗%

由表3可知，在選擇試驗條件下對三氧化二鉻含量進行檢測，檢測結果與標準物質的標準值含量在方法允許誤差范圍內，均具有較高的準確度。

3.2 二氧化鋯含量的測定

準確移取50 mL待測母液于500 mL錐形瓶中，加入20 mL 鹽酸（1+1）并在電熱板上煮沸2 min，將錐形瓶取下，滴加3 滴二甲酚橙指示劑（5 g/L），用EDTA 標準溶液（0.010 0 mol/L）滴定至溶液由紫紅色變為亮黃色不褪色為終點，按公式（2）計算樣品中二氧化鋯含量：

對檢測樣品進行精密度測定，試驗結果見表4。

表4 樣品精密度試驗%

由表4可知，在選擇條件下對樣品中二氧化鋯含量進行檢測，可以獲得較好的精密度。

3.3 二氧化硅含量的測定

準確移取3.00 mL 母溶液于100 ml玻璃容量瓶中，準確加入5.00 mL（5+95）鹽酸，5.00 mL 鉬酸銨（60 g/L）后搖勻，常溫放置40 min（也可沸水浴5 min 后冷卻至室溫），定量加入5.00 mL 草硫混酸（30 g/L）、5.00 mL硫酸鹽鐵銨（60 g/L）溶液，用水稀釋至刻度線混勻定容，作為待測液，在吸光度680 nm處檢測樣品的吸光度。

準確移取0.00、2.00、5.00、10.00 mL 二氧化硅標準溶液（0.5 mg/mL）與試樣同試驗條件操作，建立檢測工作曲線，并于可見分光光度計上進行檢測，建立一元線性回歸方程式。從工作曲線上計算得出二氧化硅質量m（mg），按公式（3）計算樣品中二氧化硅含量：

使用鉻礦標準物質進行準確度度試驗，試驗結果見表5。

由表5可知，在試驗選擇條件下對樣品中二氧化硅含量進行檢測，檢測結果具有較高的準確度。

表5 有證標準物質二氧化硅準確度試驗 %

4 結語

經對三氧化二鉻、二氧化鋯、二氧化硅三種元素的準確度與精密度試驗，在文章實驗選擇條件下對鋯質引流砂中三氧化二鉻、氧化鋯、二氧化硅含量進行熔融后進行化學分析方法檢測，可獲得準確、穩定的實驗結果。此方法用于檢測引流砂中多元素含量測定，具有操作簡單、檢測快速的特點，適用于鋼鐵企業實驗室中日常檢測。