碳化钛分析方法的实验研究

曾 玻,冯向琴,邓 江

(攀枝花学院资源与环境工程学院,四川攀枝花 617000)

碳化钛分析方法的实验研究

曾 玻,冯向琴,邓 江

(攀枝花学院资源与环境工程学院,四川攀枝花 617000)

结合现有文献[1]报道的方法,主要从碳化钛与其它成分的分离、碳化钛的分解、双氧水光度法的符合度进行试验研究,发现样品不需要经过氢氟酸浸取环节。碳化钛分解采用2+1硝酸或分析纯硝酸溶解,在溶解过程中加入高锰酸钾和盐酸更易于分解。在分解过程中要防止分解的钛离子水解,因此必须要控制好操作条件。

碳化钛;分析方法;实验研究

1 引言

目前,我国高炉渣中含有丰富的TiO2,大约25%左右,对渣中TiO2用碳粉还原制备所得的碳化钛含量大约30%左右,但目前对碳化钛的检测还没有标准的方法,也无类似的标准样品,实验室现有的检测方法,检测误差大、操作流程长,不能准确检测碳化钛的含量,无法满足科研和生产的需要。

从文献[1]可知:(1)碳化渣样品中Ti形式基本都为TiC,只存在极少的TiN,TiN的存在对TiC含量测定结果的影响可以忽略不计;(2)采用了(1+ 5)硫酸80 m L和氢氟酸10 m L,低温加热浸取30 min,再进行过滤等这一系列繁琐、冗长操作过程是多余的,且氢氟酸使用不安全,对人体有危害;(3)后序采用纯硝酸分解TiC,试验发现分解不够彻底; (4)连同滤纸进行分解,存在一定包裹现象,而且对定容体积也有一定程度的影响;(5)该文献所例举的实例数据TiC的含量小于20%,对更高含量TiC的测定是否能满足,需要进一步试验验证。因此,通过该文献方法来检测碳化渣中TiC的含量有待进一步完善和改进。

针对上述存在的问题,提出了一种碳化渣中TiC的分析方法,有效地解决了所存在的问题,建立了一种碳化渣中TiC的分析方法,合理删除了对人体伤害较大、使用极其不安全的氢氟酸浸取环节,在后序的硝酸分解中引入了两种廉价而且安全的试剂即高锰酸钾和盐酸,使TiC分解更彻底,分析准确度提高,大大缩短了操作流程,并用双氧水光度法、对这样高的碳化钛含量的检测结果符合度进行了试验验证,从而扩大了方法的测定范围,方法适用范围更广。

2 试验原理及方法

2.1 试验原理

试样用硝酸、高锰酸钾、盐酸分解,在适当的硫酸酸度下,四价钛与双氧水生成黄色络合物,在420 nm波长处测定吸光度,计算钛的质量含量,再换算成碳化钛含量。

2.2 试验方法

称取试样0.100 0 g于250 m L三角瓶中,用分析纯硝酸30 m L、低温加热至样品反应平静,滴加20 g/L的高锰酸钾溶液至溶液出现稳定的二氧化锰沉淀再过量2滴,继续微沸约5 min,滴加1+1盐酸至二氧化锰沉淀完全消失,再过量5 m L,继续加热微煮约5 min,取下冷却定容100 m L、分取5～10 m L溶液于100 m L烧杯中,加1+1硫酸10 m L,加热到冒硫酸烟,取下冷却,加入分析纯双氧水2 m L显色,定容100 m L,在420 nm波长处测定吸光度,根据吸光度计算Ti的量,再按Ti和TiC的转换系数算出TiC的含量。

碳化钛渣中TiC百分含量计算公式见式(1):

式中:W(TiC)%—样品中TiC的百分含量;

m1—工作曲线上由吸光度A查得钛的质量,单位为mg;

m—称取的待分析试样量,单位为g;

V—定容后溶液的体积,单位为m L;

V1—分取的用于测量吸光度的溶液的体积,单位为m L。

3 试验结果及讨论

3.1 硫酸-氢氟酸浸取分离选择试验

根据百度百科知识介绍:TiC浅灰色,立方晶系,不溶于水,具有很高的化学稳定性,与盐酸、硫酸几乎不起化学反应,但能够溶解于王水,硝酸,以及氢氟酸中,还溶于碱性氧化物的溶液中。因此,碳化钛可以被氢氟酸溶解,从而对文献[1]采用的硫酸-氢氟酸浸取分离过程表示质疑,这一过程必然会将碳化钛大量溶解进入溶液中,大大降低分析结果。针对这一问题通过模拟标样进行了试验验证,具体方法为:(1)配制模拟标样:准确称取6.000 0 g基准TiC,6.000 0 g分析纯Al2O3、6.000 0 g分析纯二氧化硅和2.000 0 g基准二氧化钛,将其充分混匀,所得的样品即为模拟标样,其中TiC%=30.00%。(2)称取模拟标样0.100 0 g6份,按照文献[1]方法和本文试验方法进行对照试验,所得结果见表1。

表1 硫酸-氢氟酸浸取分离选择试验

从表1可见:文献方法所测定的结果大大偏离标准值,本文方法和标准值吻合较好,表明大量的碳化钛被硫酸-氢氟酸溶解进入滤液中损失,造成测定结果大大偏低。根据文献[1]碳化渣物相分析结果可知,这一过程完全可以去掉,这一过程增加了操作的流程而严重影响测定的准确度。

3.2 碳化钛浸取试验

试验过程中发现,按照文献[1]方法,采用1+1硝酸30 m L分解碳化渣试样,并不能完全分解试样,使结果偏低,准确度不够高。而且还发现试样在分解过程中,有钛水解现象,在三角瓶底部有形成少量或较多的白色沉淀,这些沉淀无法用水和刷子除去,需要用硫酸加热冒烟才能完全除去,表明这是钛水解的产物。分析其原因,样品中碳化钛的含量远远高于文献[1]中所涉及的量,钛量增加,水解就越容易,要控制好酸度和温度才能避免水解,针对这一问题,进行了硝酸浸取样品试验。具体方法如下:称取碳化渣试样0.100 0 g多个,加入不同浓度的硝酸,对加热温度进行调节,试样和模拟标样各选择2份加入高锰酸钾溶液和盐酸按本文方法进行试验,所得结果见表2。

从表2可见:硝酸浓度对样品的分解影响较大, 2+1浓度以上的硝酸能满足高含量的碳化钛试样分解,高锰酸钾和盐酸的加入能促进试样进一步分解,测定结果与标准值吻合较好。

3.3 双氧水光度法的符合度试验

对于本文所涉及的碳化渣样品中碳化钛含量在40%左右,采用双氧水光度法是否满足这么高的含量钛的测定,有待于试验验证,取和试样量相近的钛标液量,绘制工作曲线,从工作曲线的线性与相关系数判定该方法的符合度。具体操作如下:分取1.000 0 mg/m L的钛标准溶液0.00 m L、1.00 m L、2.00 m L、3.00 m L、4.00 m L、5.00 m L置于6个100 m L容量瓶中,加入1+1硫酸10 m L,分析纯过氧化氢2 m L,用水定容至刻度,摇匀。

表2 硝酸浸取样品试验结果

绘制工作曲线:用1 cm比色皿,以钛含量为0.00的钛标准溶液所得的溶液作参比液,调节分光光度计零点,于420 nm波长处,测量吸光度,试验结果见表3。以吸光度为横坐标,对应组钛标准溶液中钛的质量为纵坐标绘制工作曲线见图1。

表3 钛标准溶液工作曲线测定

图1 钛标准溶液工作曲线

从表3和图1可见,钛标液工作曲线在这样的浓度范围内线性关系良好,符合朗伯比尔定律,表明用过氧化氢光度法测定这样高含量碳化钛是可行的。

为进一步验证所建立的分析方法的精密度和准确度,对碳化渣模拟标样和碳化渣试样均进行了三次平测定,所得结果见表4。

表4 碳化渣中TiC含量分析结果

从表4数据看出,采用所建立的方法测定的碳化渣中碳化钛含量的精密度和准确度均较好,表明所建立的方法是准确可靠的。

4 结论

通过试验研究,表明文献[1]所报道检测方法,前期采用硫酸-氢氟酸浸取环节是不合理的,不但增加了操作流程,而且会使大量的碳化钛溶解损失,应该省去这个操作环节;对碳化钛的分解采用2+1或分析纯硝酸,并加入高锰酸钾氧化剂和盐酸,会使碳化钛分解更彻底,能提高分析的准确度;对于碳化钛含量低于50%的试样采用双氧水光度法测定符合朗伯比尔定律。

[1] 郑小敏.分光光度法测定碳化渣中碳化钛含量[J].理化检验,2013(7).

The Experimental Research of Analytical Methods for Titanium Carbide

ZENG Bo,FENG Xiangqin,DENG Jiang
(Faculty of Resource and Circumstance Engineer,Panzhihua University,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

In this paper,combined with the reported method in the existing literature[1],we do the research mainly about the separation of titanium carbide from other ingredients,decomposition of titanium carbide and the coincidence degree of photometric method of hydrogen peroxide.We find that the sample does not need to be leached with hydrofluoric acid.2+1 nitric acid or analytic pure nitric acid is applied in the decomposition of titanium carbide.In the dissolution process it is more easily decomposed by adding potassium permanganate and hydrochloric acid.We prevent titanium ions decomposed hydrolyzing during the decomposition process,so that we must pay attention to controlling the operating conditions.

titanium carbide,analytical method,experimental research

TF03

A

1001-5108(2017)03-0011-03

国家级大学生创新创业计划项目(201511360010)

曾玻,本科生,环境工程专业。

冯向琴,副教授。