管式炉灼烧重量法测定红土镍矿中化合水

2012-09-17张彦甫蒋晓光李昌丽李卫刚

质量安全与检验检测 2012年6期

张彦甫蒋晓光李昌丽李卫刚

(鲅鱼圈出入境检验检疫局辽宁营口 115007)

1 前言

世界陆基镍的储量约为4.7亿 t，其中39.4%以硫化矿形式存在，60.6%以氧化矿形式存在，目前主要是从硫化矿中提取。随着世界经济的高速发展，镍需求量日益增加，而可利用的硫化镍矿资源却面临枯竭，因此人们对氧化镍矿的关注愈加重视。氧化镍矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规模的长期风化淋滤变质而成，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松粘土状矿石。由于铁的氧化，矿石呈红色，所以被称为红土镍矿［1］。红土镍矿勘查和采矿成本低，可以生产出氧化镍、硫镍、铁镍等中间产品，成为未来镍的主要来源［2］。但国内外对红土镍矿的品质指标却没有统一的规定，检验标准相对缺乏，因此，建立快速、准确、可靠的红土镍矿中各元素的化学分析方法，并制订相应的检验标准，对红土镍矿资源的开发与利用具有重要意义［3］。

红土镍矿主成分为褐铁矿或硅镁矿，其含有一定量的化合水，化合水是其主要组成成分。化合水含量测定方法有重量法、卡尔费休容量法、电量法、气相色谱法等［4］，关于矿物中化合水含量测定方法和标准很多［5－11］，本文采用管式炉灼烧重量法测定红土镍矿中化合水。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 仪器

管式电炉:鹤壁市仪表厂TQ－3A碳氢元素分析仪;智能通氮干燥箱:5E－MIN6150，长沙开元仪器有限公司。

2.1.2 试剂

铬酸铅－氧化铅混合物(2+1):称取20g铬酸铅与10g氧化铅置于150mL烧杯或瓷坩埚中，加入少量酸性石棉和少量水搅匀，制成直径约0.3cm－0.5cm的小球，在500℃ －600℃高温炉中加热1h，置于干燥器中冷却后备用。

2.2 方法

2.2.1 气密性检查

按图1所示连接仪器，组成检测装置。旋开吸收管旋塞，使气路畅通。接通氮气，调节氮气流量约为120mL/min。然后关闭靠近气泡计附近的吸收管旋塞，此时若氮气流量降至20mL/min以下，表明整个系统密闭，否则，检查气路的每个连接处，直至系统密闭为止。

图1 仪器示意图

2.2.2 试验方法

准确称取0.5－1.0g样品于瓷舟中，将试料均匀铺平。旋开吸收管旋塞，接通氮气，调节氮气流量，使气泡计冒泡速度为2－3个气泡/s。接通装置电源，设定第一节炉温为1000℃，第二节炉温为300℃。当第一节炉和第二节炉都达到设定温度后，关闭吸收管旋塞，取下吸收管，称量并记录吸收管的质量。然后接上吸收管，旋开吸收管旋塞。将盛有试料的瓷舟放入加热管中，用镍铬丝推棒将其推至第一节炉中央，塞紧硅胶塞。接通氮气，调节氮气流量，使气泡计的冒泡速度为2－3个气泡/s。40min后，关闭吸收管旋塞，取下吸收管，用脱脂棉擦干净;放入无干燥剂的干燥器内冷却至室温，旋开吸收管旋塞并立即关闭，称量并记录吸收管的质量。

2.2.3 空白试验

随同试料做空白试验。

2.2.4 吸湿水量的测定

在分析试样的同时，测定吸湿水含量。在预先干燥和已称量过的称量瓶内称取2g试料，均匀摊平。将称量瓶放入预先通入干燥氮气并已加热到105℃的干燥箱内;40min后，从干燥箱内取出称量瓶并立即盖上瓶盖，放入干燥器中冷却至室温后称量。

吸湿水量以吸湿水的质量分数A计，数值以%表示，按公式(1)计算:

式中:

M1——试料及称量瓶烘前的质量，单位为克(g);

M2——试料及称量瓶烘后的质量，单位为克(g);

M——试料质量，单位为克(g);

2.2.5 化合水分析结果的计算

化合水量以化合水的质量分数wH2O计，数值以%表示，按公式(2)计算:

式(2)中:

m——试料质量，单位为克(g);

m0——空白试验值，单位为克(g);

m1——吸水前吸收管的质量，单位为克(g);

m2——吸水后吸收管的质量，单位为克(g);

A——吸湿水量的质量百分数。

3 结果与讨论

3.1 试样

试样粒度应不大于160μm［12］，本试验选用5个水平的红土镍矿样品，其主要化学成分见表1。

表1 红土镍矿主要基体成分含量参考值w(%)

3.2 灼烧温度

设置合适的灼烧温度，确保红土镍矿试样中的化合水能够完全释放出来，因此，合适的灼烧温度对实验结果的准确性至关重要。

3.2.1 不同灼烧温度下试样烧失量的测定

选取5个不同的红土镍矿样品，在不同温度下测定其烧失量，测定结果见表2。

表2 不同灼烧温度下烧失量的测定结果w(%)

从表2可以看出，红土镍矿的烧失量在1000℃基本达到恒重。这就说明在1000℃时，红土镍矿中所含的化合水已完全释放出来。

3.2.2 不同灼烧温度下红土镍矿试样化合水的测定

红土镍矿在不同温度下的化合水含量的测定结果见表3。

表3 不同灼烧温度下样品中化合水的测定结果w(%)

结果表明，在1000℃时红土镍矿中化合水基本释放完全。

3.3 灼烧时间

足够的灼烧时间，能够保证红土镍矿中所含的化合水能够完全释放出来，但灼烧时间过长，将会延长测定时间。设定第一节炉的温度为1000℃，灼烧时间分别为 20、25、30、35、40、45min，对比不同灼烧时间的测定结果，确定合适的灼烧时间。

表4 不同灼烧时间化合水的测定结果w(%)

结果表明，在灼烧温度为1000℃时，灼烧40min后测定结果基本保持不变。实际应用中采用1000℃灼烧40min。

3.4 重复性试验

对于5个不同的红土镍矿样品，在不同的时间分别测定11次，测定结果见表5。

表5 重复性试验结果

10.588 11.347 11.978 8.869 7.648 10.468 11.106 12.316 8.585 7.846平均值(%) 10.62 11.16 11.99 8.89 7.90标准偏差 0.205 0.229 0.254 0.199 0.149最大值 10.977 11.583 12.316 9.109 8.113最小值 10.441 10.906 11.548 8.585 7.648最大值偏离值 0.352 0.423 0.329 0.215 0.213最小值偏离值 0.183 0.254 0.440 0.310 0.252 Gmax 1.721 1.852 1.292 1.077 1.423 Gmin 0.895 1.110 1.730 1.557 1.686 n=11，α =0.05，检验临界值2.234

由以上分析可知，不同水平的测定结果稳定，无异常值，表明本方法重复性很好，可以满足日常生产分析。

3.5 准确性试验

因红土镍矿缺少标准物质，而与其性质接近的褐铁矿与铁矿石标准物质又缺少化合水含量的标准值，在此选用具有化合水标准值的滑石、霞石正长石和高岭土标准样品进行准确性试验。使用本方法测定4种标准物质，并与标称值进行对比，结果见表6。

表6 准确性试验结果

结果表明，本方法的测定结果与标准样品的标称值基本一致，可以满足生产检测中定量分析的要求。

3.6 精密度试验

依据国家标准 GB/T 6379.2 规定［13］，选择 7 个实验室对5个红土镍矿样品分别进行7次独立测定，精密度试验结果及方法的精密度见表7。

表7 精密度试验结果

10.70 11.13 11.98 8.95 8.03 10.67 11.09 12.01 8.87 7.92 10.65 11.22 11.99 8.95 7.93 10.56 10.96 12.14 8.87 7.92平均值(%) 10.64 11.13 12.01 8.92 7.94 SD(%) 0.042 0.084 0.061 0.038 0.045 RSD(%)0.396 0.757 0.510 0.431 0.564

精密度试验结果表明，管式炉灼烧重量法测定红土镍矿石中化合水含量的重复性和再现性较好。