高炉出铁沟料中SiC、Al2O3的系统分析

傅士刚，王俊秀，张小燕，魏新晖，王艳芹

（山东鲁丽钢铁有限公司，山东寿光 262724）

试验研究

高炉出铁沟料中SiC、Al2O3的系统分析

傅士刚，王俊秀，张小燕，魏新晖，王艳芹

（山东鲁丽钢铁有限公司，山东寿光 262724）

利用SiO2、单质Si、Al2O3易溶于氢氟酸、硝酸，而SiC不溶于氢氟酸、硝酸的特性，用氢氟酸、硝酸溶样，过滤的不熔物连同滤纸在瓷坩埚中灰化、灼烧，用重量法测定铁沟料中的SiC量。于滤液中加高氯酸蒸发冒烟除去残余氟离子对Al2O3分析的影响，用强碱沉淀分离、氟盐置换、EDTA滴定法分析Al2O3量。测定结果准确可靠，RSD：SiC＜0.134%，Al2O3＜1.438%。关键词：出铁沟料；SiC；Al2O3；重量法；EDTA滴定法

1 前言

高炉出铁主沟料及支沟料是由碳化硅及少量铝质耐火材料配制而成的混合物，其主要化学成分为SiC、Al2O3及少量C、SiO2、Si、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO等。利用样品中SiC、游离碳不溶解于氢氟酸、硝酸的特性［1］，参阅相关文献［2-5］，样品用氢氟酸、硝酸溶解处理后，SiO2、Si与氢氟酸形成SiF4挥发分离，以滤纸过滤不熔物SiC、游离碳，灼烧后，用重量法测定SiC量。然后于过滤分离后的滤液中加高氯酸蒸发冒烟，消除残余氟离子对Al2O3分析的影响，用强碱沉淀分离、氟盐置换、EDTA滴定法测定Al2O3量。借此实现高炉出铁主沟料及支沟料中SiC、Al2O3的系统分析，实验结果均令人满意。

2 实验部分

2.1 分析试剂

硝酸，ρ=1.42 g/mL；氢氟酸，ρ=1.15 g/mL；高氯酸，ρ=1.67g/mL；盐酸（1+3）及5%盐酸；固体氢氧化钠；酚酞指示剂：0.4%乙醇溶液。

乙酸-乙酸铵缓冲溶液（pH值为4.5）：称取77 g无水乙酸铵于500 mL烧杯中，加少量水溶解后，加60 mL冰乙酸，用水稀释至刻度，混匀；15%氟化铵溶液；PAN指示剂：0.2%乙醇溶液；EDTA标准溶液（0.007 162 mol/L）；铜标准溶液（0.003 842 mol/L）：称取1.220 7 g纯铜（含铜量＞99.95%）于150 mL锥形瓶中，加25 mL硝酸（1+3），在低温电炉上加热溶解后，煮沸驱除尽氮氧化物，取下冷却，用水稀释至5 000 mL，混匀。

2.2 分析步骤

2.2.1重量法测定碳化硅

称取0.500 0 g试样于聚四氟乙烯烧杯（或铂金皿）中，加8 mL硝酸、10 mL氢氟酸于垫有石棉网的低温电炉上加热溶解并蒸发至近干。取下稍冷，再加5 mL硝酸、5 mL氢氟酸，摇匀，再于低温电炉上加热蒸发至干。取下稍冷，加30 mL盐酸（1+3）溶解盐类，沿杯壁加水约20 mL，加热煮沸，取下，用中速定量滤纸过滤于250 mL锥形瓶中，用热盐酸（5%）洗涤烧杯，并用带橡胶管头的玻璃棒擦洗净烧杯，或用塑料棒及定量滤纸擦洗净烧杯。然后用热盐酸（5%）洗涤沉淀及滤纸3～5次（滤液保留供测定Al2O3用）。将SiC沉淀及滤纸移入已知重量的瓷坩埚中，先低温灰化，然后移入750℃高温炉中灼烧45 min，取出稍冷却，放入干燥器中冷却至室温，称量沉淀及坩埚重量。

按下式计算碳化硅的质量分数（%）：

式中：m1为灼烧后SiC沉淀及坩埚重量，g；m2为空坩埚重量，g；m为称取试样重量，g。

2.2.2EDTA滴定法测定Al2O3

采用强碱沉淀分离—氟盐置换、EDTA滴定法测定Al2O3。于滤液（2.2.1）中加8 mL高氯酸，加热蒸发冒烟至溶液体积约3 mL时，取下稍冷，沿瓶壁加10 mL盐酸（1+3），加热煮沸溶解盐类，取下冷却，称入500 mL容量瓶中，以水冲洗净锥形瓶，用水稀释至刻度，摇匀为母液。

移取50 mL母液于250 mL烧杯中，加30 mL水，5 g氢氧化钠溶解后，加热煮沸，取下用脱脂棉过滤于500 mL锥形瓶中，用水洗涤氢氧化铁等沉淀及脱脂棉5～7次，弃去脱脂棉及沉淀物。于滤液中加酚酞指示剂3滴，用盐酸（1+3）调节试液至红色消失并过量1滴，加20 mL EDTA标准溶液，20 mL乙酸—乙酸铵缓冲溶液，加热煮沸3 min，取下以流水冷却至室温，加10 mL乙酸—乙酸铵缓冲溶液，PAN指示剂10滴，用铜标准溶液滴定至玫瑰红色（不计量），加10 mL氟化铵溶液，煮沸3 min，取下用流水冷却至室温，加PAN指示剂2滴，再用铜标准溶液滴定至玫瑰红色突变为终点。

按下式计算Al2O3的质量分数（%）：

式中：T为每mL铜标准溶液相当于Al2O3的滴定度，g/mL；V为滴定试液时所消耗铜标准溶液的体积，mL。

3 实验结果与讨论

按实验方法对样品进行测定，分析结果见表1。

表1 高炉出铁沟料中SiC及Al2O3的测定结果%

1）试样用硝酸、氢氟酸溶解，样品中的游离Si、SiO2与氢氟酸中的氟形成SiF4气体蒸发除去，SiC、游离碳不被溶解。以稀盐酸溶解盐类，用滤纸过滤不溶解的SiC、游离碳沉淀与Fe、Al等元素分离。

2）SiC与游离碳沉淀灰化后在750℃高温炉中灼烧，消除C、H2O的影响，求得SiC含量。但灼烧温度不应高于750℃，否则SiC开始分解导致SiC分析结果偏低。

3）过滤分离SiC和游离碳后的滤液中因可能存在着少量氟离子，需加入比氢氟酸沸点高的高氯酸蒸发冒烟以除去氟离子对测定Al2O3的影响。

4）蒸发冒烟除净氟离子的试液中尚有Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO及少量CaO、MgO等金属离子。试液中的Fe2O3、TiO2、MnO、CaO、MgO等金属离子干扰Al2O3的测定，需加入过量氢氧化钠将Fe、Ti、Mn、Ca、Mg等干扰元素沉淀分离，而氢氧化铝则溶于过量的氢氧化钠，形成偏铝酸钠（NaAlO2）存留于溶液中，其化学反应式如下：

用脱脂棉过滤氢氧化铁等干扰元素沉淀与铝分离，偏铝酸钠留在滤液中，用盐酸调节pH值后，在pH值为4.5的乙酸—乙酸铵缓冲溶液介质中，以PAN为指示剂，用EDTA滴定法测定Al2O3含量。

5）用盐酸（1+1）中和调节滤液pH值时，若溶液浑浊，表明加入EDTA量不足，可用氢氧化钠调节至碱性后，补加一定量EDTA标准溶液再进行操作。

6）本方法适用于高炉出铁落铁点耐火材料中SiC、Al2O3的分析。

4 结语

1）由于碳化硅具有较高的抗热性和化学稳定性，不溶解于硫酸、盐酸、硝酸及氢氟酸，即使加热煮沸也不被溶解或侵蚀，其晶体内部的杂质很少。利用碳化硅的上述特性可以进行碳化硅表面杂质的测定。

2）因高炉出铁主沟料及支沟料是由碳化硅及少量铝质耐火材料配制而成的混合物。为此本方法套用文献［3］重量法测定碳化硅含量，并利用测定碳化硅后的滤液，用氟盐置换EDTA滴定法测定Al2O3的含量，实现了SiC、Al2O3的系统分析，方法测定结果具有准确、可靠、简便、快速的特点。

［1］洛阳耐火材料研究所.耐火材料化学分析［M］.北京：冶金工业出版社，1984.

［2］耐火材料标准汇编写组.耐火材料标准汇编［S］.2版.北京：中国标准出版社，2003.

［3］薛明浩，王俊秀，王际祥.碳化硅的测定［C］//中国分析仪器学会.第三届全国高速分析学术交流会论文集.2009：156-159.

［4］王俊秀，薛明浩，张小燕，等.钢芯铝块中铁铝比例和铝纯度的测定［J］.山东冶金，2008，30（2）：58-59.

［5］鞍钢钢研所.实用冶金分析［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1990.

Systematic Analysisof theSiC and Al2O3in theRefractory for BF Lander

FU Shigang,WANG Junxiu,ZHANG Xiaoyan,WEI Xinhui,WANG Yanqin
（Shandong Luli Iron and Steel Co.,Ltd.,Shouguang 262724,China）

Utilizing the characteristic that SiO2,elemental Si,Al2O3are soluble in hydrofluoric acid and nitric acid but SiC is insoluble in them,the simple was dissolved in hydrofluoric acid and nitric.The ashing and Filtering non melt matter together with the filter paper was incinerated and burned.The SiC content in lander material was determined by gravimetric method.Perchloric acid was added into the filtrate.By evaporating smoking,the residual fluoride ion effecting the measurement of the Al2O3was removed.The Al2O3content was analyzed by strong alkali separation,villiaumite replacement and EDTA titration method.The determination result is accurate and reliable and the relative standard deviations:SiC＜0.134%and Al2O3＜1.438%.

refractory for BF lander;SiC;Al2O3;gravimetric method;EDTA titration method

O655.2

：A

：1004-4620（2014）01-0044-02

2013-06-27

傅士刚，男，1967年生，山东鲁丽钢铁有限公司总经理，高级工程师，从事生产及质量管理工作。