炼钢用钢包改质剂中金属铝测定方法研究

2018-01-17李存根关漫漫郑建道周永豪张嵬巍

河南冶金 2017年6期

李存根关漫漫郑建道周永豪张嵬巍苏彬

(安阳钢铁股份有限公司)

0 引言

钢包改质剂是一种新型的炼钢净化剂，可以使钢水脱氧，防止二次氧化，且脱氧率高。调渣熔渣使钢渣还原，净化钢水，提高钢水纯度。减少钢水中气体夹杂物含量，有效调整渣层性能和炼钢渣的碱度，使钢水中夹杂物上浮结渣。还能提高铝的吸收率，稳定钢中铝含量。加强钢水深脱硫和脱磷，极大降低精炼渣中的TFe含量。改善轧材的力学性能，降低含铝钢的生产成本[1-3]。金属铝是其中主要有效成分，对其含量准确测定即可指导配料精细冶炼，控制成本，又可客观评价进厂物料质量。炼钢用辅料中金属铝的测定方法有，三氯化铁浸取—EDTA滴定法；碘—乙醇浸取法；三氯化铁浸取分离，ICP-AES法；与已知过量铜盐作用，测定剩余铜计算铝量法；氢氧化钠作用，测量H气体或压力，计算铝量法[4-9]等。各种方法都有一定适用范围，钢包改质剂中金属铝根据基体状态，金属铝含量范围，采用硫酸铁隔绝空气溶解样品，重铬酸钾标准溶液直接滴定法测定。通过实验条件优化，消除影响测定结果准确度的不利因素，方法准确，简便快速。

1 实验部分

1.1 主要设备

AL-204型电子分析天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)，加热回流装置，恒温电热钣，50 mL蓝线滴定管。

1.2 主要试剂

(1)重铬酸钾标准溶液(C1/6K2Cr2O7=0.025 mol/L)：准确称取基准重铬酸钾(经150 ℃烘2 h)1.225 8 g于300 mL烧杯中，加入100 mL水，盖表面皿低温溶解，冷却，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

(2)硫酸亚铁铵溶液(C=0.025 mol/L)。

(3)硫磷混酸溶液：1.5:1.5:7(V/V)。

(4)硫酸铁溶液(200 g/L+1%(V/V)H2SO4)。

(5)二苯胺磺酸钠指示剂：2 g/L。

(6)金属铝粉(铝质量分数大于99.99%)。

1.3 方法原理

利用氧化还原反应，在一定条件下首先三价铁离子与金属铝反应，生成与铝等当量的二价铁离子，然后以重铬酸钾标准溶液滴定二价铁离子，根据消耗重铬酸钾的量计算出金属铝的含量。方程式如下：

3Fe3++Al = 3Fe2++Al3+

6Fe2++Cr2O72-+14H+= 6Fe3++ 2Cr3++7H2O

1.4 测定方法

称取0.200 0 g试样，于300 mL三角瓶中，加入50 mL硫酸铁溶液，加盖回流装置，摇动，分散试样，放在电热板上低温加热溶解(150 ℃)，约90 min，取下，隔绝空气冷却至室温。加10 mL硫磷混酸， 5滴指示剂，以重铬酸钾标准溶液滴定至溶液程紫色，记录滴定体积V。

1.5 结果计算

根据重铬酸钾消耗量，按下式计算金属铝含量，以质量分数(记为w/ (MAl))表示。

式中：C——K2Cr2O7标准溶液浓度，mol/L；

V——滴定试样时消耗K2Cr2O7标准溶液的量，mL；

V0——空白试验消耗K2Cr2O7标准溶液的量，mL；

m——试样质量，g；

26.9815——铝的摩尔质量，g / mol。

2 结果与讨论

2.1 溶解温度及时间

由于样品中金属铝呈颗粒状存在，粒度较大，且反应为吸热过程，需要在一定的温度下进行方可反应完全。若溶解时间短温度低，反应不完全，结果偏低；溶解时间长，温度偏高，在回流过程中，溶液蒸发量大，体积不易控制，造成铁离子挥发，使结果偏低。通过实验，溶样温度控制在150 ℃，溶解时间控制在90 min为最佳。

2.2 硫酸铁浓度

硫酸铁溶液浓度较低时，由于Fe3+浓度太低，试样中的金属铝不能反应完全，结果偏低。较高浓度的硫酸铁溶液，由于Fe3+浓度太高，在进行重铬酸钾滴定Fe2+时，影响反应相正方向进行，结果偏低。采用200 g/L浓度的硫酸铁溶液溶解样品，分别选择30 mL、40 mL、50 mL、60 mL、70 mL的用量，按实验方法测定。测定结果表明用量在50 mL时结果稳定，满足了实验要求。

2.3 酸度

Fe3+在中性和弱碱性溶液中易水解生成氢氧化铁悬浮物，失去与金属铝发生氧化—还原反应能力，同时，铝离子水解趋势也较大。为保证金属铝与Fe3+充分反应，须使溶液保持一定酸度，既能中和溶液中的氢氧根离子，又能使Fe3+不水解[10]。同时，一定的酸度，可以溶解铝粉表面的氧化膜，有利于反应进行。但是，酸度增大又可能与Al发生反应，使结果偏低。通过实验，溶液酸度控制在硫酸浓度1.0%(V/V)为宜。

2.4 粒度

样品中金属铝，由于其延展较好，不易被磨碎。用硫酸铁溶液溶解样品时，由于酸度较低，因此样品粒度对测定结果影响较大。并且，样品粒度大，均匀性差，测定结果精密度就差。按炼钢辅料样品的制样方法制备不同粒度的钢包改质剂样品，不同粒度对测定结果的影响见表1。表明样品粒度达到0.125 mm时，对测定金属铝含量几乎没有影响。

表1 样品测定结果

2.5 空白试验

为了减少试样及FeCl3中可能存在的还原性物质影响，设计了空白试验进行对照。随同试样做空白试验(空白中不加三氯化铁溶液)。滴定前首先向空白溶液中加入10.00 mL硫酸亚铁铵溶液，10 mL硫磷混酸，5滴二苯胺磺酸钠指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈紫色，记录消耗毫升数(Q)；然后再向空白溶液中加入10.00 mL硫酸亚铁铵溶液，仍用重铬酸钾标准溶液滴定至溶液呈紫色，记录消耗毫升数(R)，空白消耗重铬酸钾标准溶液体积为V0=Q-R。通过测试，空白中含还原性物质的量相当于金属铝0.55%，因此，分析试样时需同时做空白试验。