燃燒碘量法與碳硫測定儀測定硫含量的比較

［關鍵詞］燃燒碘量法；高頻紅外碳硫測定法；硫含量

硫是礦物中常見的有害成分，是評價礦物的重要指標之一。近些年，實驗室中普遍采用碳硫測定儀進行礦石中硫的測定。高頻紅外碳硫測定儀測定速度更快，示值穩定，對硫的測定有較好的準確度。在非金屬礦物的硫含量分析中，鹵族元素含量高如螢石易腐蝕儀器、石膏礦中的高硫等使用硫酸鋇重量法準確度更高。本文針對燃燒碘量法和高頻紅外碳硫測定法開展礦石中低含量硫的測定進行比較與討論。

1. 燃燒碘量法

1.1實驗原理

燃燒碘量法是在管式爐中通入氣流，在1150～1250℃高溫灼燒，使硫化物以二氧化硫形式逸出，隨氣流到吸收池中與水化合形成亞硫酸，以淀粉為指示劑，用含碘化鉀的碘標準溶液滴定[1]。該方法適用于硫含量0.010%～2%。

1.2實驗試劑及儀器

瓷舟需950～1000℃灼燒2 h備用。實驗過程中必須保證滴定始終藍色一致。一般來說隨著硫含量高低碘標準溶液可配制濃度0.015 mol/L～0.075 mol/L以減少實驗誤差。化學反應原理為：

實驗裝置簡圖如圖1所示：

1.3實驗過程

管式爐升溫1150～1200℃，在吸收杯中加入100 ml水，加入少量淀粉溶液（10 g/L）；連接裝置，先通一段時間空氣，調節吸收杯中導管冒出氣泡速度為4～6個/S。確定裝置不漏氣，加入幾滴碘標液至吸收液呈藍色。將稱取0.1000g試樣的瓷舟用鎳鉻絲鉤推入燃燒管的高溫區，迅速塞緊橡皮塞，通入氣流。當藍色開始褪色時，及時用碘標準溶液滴定，使試液始終保持藍色，以一分鐘不褪色為終點[2]。

1.4實驗結果

燃燒碘量法在操作過程中，含量低的礦石一般反應較慢，如灰巖、白云巖，測試過程一個樣品需3～5 min。對國家標準樣品進行五次平行分析數據，如表1所示：

從實驗結果可以看出本方法精密度較好，當三氧化硫含量較高時也可以調節碘標準溶液濃度得到更準確的結果。但由于實驗裝置限制，存在管式爐升溫慢、裝置氣密性要求高、導管易老化，記憶效應強，測試速度慢等劣勢[3]。在滴定時由于SO2吸收不完全易造成結果偏低，不滿足地質樣品大批測試的要求。

2. 高頻紅外碳硫測定法

2.1實驗原理

樣品在高頻爐及純氧介質中燃燒時，生成的CO2 與SO2以氧氣為載體，導入紅外檢測池，檢測信號經前置放大A/D轉換后，送計算機進行數據處理，由顯示器顯示出碳硫的質量分數。

2.2實驗試劑及儀器

實驗試劑及儀器主要為高頻紅外碳硫分析儀（賽恩斯HCS-808）、瓷坩堝、鎢粒及鐵粒。

2.3實驗過程

陶瓷坩堝放入馬弗爐，升溫至1000℃處理4 h，坩堝在爐內冷卻后，放入干燥器備用；稱取一定量的樣品（一般礦石樣品為0.05g）于坩堝內，輕輕轉動坩堝使樣品均勻鋪在底部，加入助熔劑鎢粒一勺、鐵粉一勺，進行試樣分析[4]。

在實驗中發現，對于常量硫，坩堝空白穩定時可以不進行灼燒處理，在烘箱中烘干即可；對于灰巖、白云巖中的低硫，必須進行灼燒處理，否則結果極不穩定。

2.4實驗結果

經過試驗，樣品稱樣量0.1000 g時稱樣量太高，容易在燃燒時飛濺，出現燃燒不均勻的現象；樣品稱樣量0.025 g時樣品太少，復現性較差；最后選擇0.05g稱樣量，對國家石墨標樣GBW03118、GBW03119及實際工作中的白云巖樣品進行重復測試，數據如表2表3所示：

高頻紅外碳硫測定儀測定速度更快，示值穩定。在操作過程中，對小于10%的固定碳，灰巖、白云巖、鐵礦中的硫（一般lt;10%）都有較好的穩定性和準確度。測試樣品速度快，一般一分鐘可做一個樣品。儀器的操作簡便，保養及校準也較為簡單方便。

3. 方法比較

（1）燃燒碘量法使用管式爐進行硫的測定，管式爐方法使用難度較高，硫含量高時操作人員需加快滴定速度避免吸收率降低，含量低時要準確判斷所需燃燒時間，對操作人員的技術水平及工作經驗要求較高，一般測試結果允許誤差要小于0.050%。高頻紅外碳硫測定中使用高頻紅外碳硫分析儀進行硫的測定，該儀器操作簡單，精確度高，人為誤差較小，在0.010%左右。

（2）燃燒碘量法在操作過程中，樣品稱樣量至少需要0.1000g，助融劑可以選擇高純硅粉，測試過程中必須等待充分燃燒，導致一個樣品需5 min左右才能得到穩定結果，測試過程比較緩慢。高頻紅外碳硫測定法在操作過程中，樣品稱樣量一般為0.0500 g，助融劑選擇鐵粉與鎢粒。高頻爐可以在1 min左右快速達到穩定燃燒值，人工操作和干預少，使測試過程簡單、快速，適用于大批量分析和測定。

（3）燃燒碘量法在測硫過程中，由于需要操作人員具有較高的技術水平及工作經驗，導致較難獲得高測定精度和穩定性。而且由于燃燒時間限制，不適用于大批量分析和測定。高頻紅外碳硫測定法在測硫過程中，易獲得高測定精度和穩定性，適用于大批量分析和測定。在日常工作中使用高頻紅外碳硫測定法測試硫含量時發現，白云巖樣品有時會出現吸收曲線拖尾的問題。此時應重新測定，使助融劑與樣品充分混合后再行測試。

4. 結論

本文針對礦石中硫的測定方法進行研究，從試驗儀器設備、操作過程及試驗結果對燃燒碘量法和高頻紅外碳硫測定法進行對比，發現燃燒碘量法對操作人員要求較高，且在滴定過程中需及時控制氣體流速及滴定速度，測試過程比較緩慢；測試精度也略低于高頻紅外碳硫測定法。高頻紅外碳硫測定法儀器操作簡單，人為干預少，易獲得高測定精度和穩定性，適用于大批量分析和測定。