高频红外碳硫分析仪快速测定电解二氧化锰中硫含量

2022-03-17宋业成刘泽斌何京明刘守廷

中国锰业 2022年1期

宋业成，刘泽斌，何京明，刘守廷，黄忠，卢燕

(1. 广西中医药大学，广西南宁 530200； 2. 广西辐射环境监督管理站，广西南宁 530222； 3. 成都理工大学，四川成都 610059； 4. 广西博测检测技术服务有限公司，广西南宁 530007； 5. 南方锰业集团有限责任公司大新锰矿分公司，广西崇左 532315)

0 前言

目前测定不同样品的硫含量(以硫酸根计)检测方法有重量法[1]、分光光度法[2-3]、EDTA滴定法[4]、氯化钡直接滴定分析法[5]、离子色谱法[6]、离子选择电极法[7]、电感耦合等离子体发射光谱法[8]、红外碳硫分析仪法[9]等方法。

现行《碱性锌-二氧化锰电池用电解二氧化锰》(QB/T 2629—2021)标准中硫含量(以硫酸根计)检测方法为硫酸钡重量法[10]，其技术指标要求硫含量(以硫酸根计)不能大于1.3%。硫酸钡重量法所需试剂较多，检测过程烦琐，耗时长，测定一个样品一般需要1～2 d，且采用重量法测定较低含量硫酸根其结果误差较大。

根据查阅的相关文献及资料，目前有关红外碳硫分析仪法测定电解二氧化锰中硫(硫酸根)含量尚未见有报道。经过反复试验，采用红外碳硫分析仪法测定电解二氧化锰中硫(硫酸根)含量，得到满意的检测结果。方法检出限为0.001 2%，9次平行样品的相对标准偏差4.53%，加标回收率在94.1%～104.9%之间，2个样品检测值与《碱性锌-二氧化锰电池用电解二氧化锰》(QB/T 2629—2021)硫酸钡重量法比较相对偏差分别为-1.70%和-6.20%，测定结果与行业标准重量法吻合。该法可作为电解二氧化锰生产过程质量控制和产品中硫酸根含量快速测定的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 试剂

助熔剂：纯钨粒 (380 μm，C<0.001 0%，S<0.000 5%) 、五氧化二钒、铬粉、铁粉、无砷锌粒、定氮合金；燃烧气和载气：99.9%氧气；固体(粉末)S标样；陶瓷坩锅。

1.1.2 仪器和设备

CS-3000碳硫分析仪(主机和计算机控制系统)，北京纳克分析仪器有限公司；铁塔牌稳压器(5 kW)；电子天平，感量0.1 mg，梅特勒托利多XP205。

1.1.3 高频红外碳硫仪的工作参数

功率880 W；动力气和氧气压力0.2～0.4 MPa；比较水平0.02 V；峰结束与峰高比例0.05；燃烧炉温度1 500～1 600 ℃；采样时间45 s；吹扫时间12 s。

1.2 原理和试验方法

试样于高频感应炉的氧气流中加热燃烧，生成的二氧化硫由氧气载至红外线分析器的测量室，二氧化硫吸收某特定波长的红外能，其吸收能与二氧化硫浓度成正比，根据检测器接受能量的变化可测得硫量。

测定前先预热仪器30～40 min，称取0.05～0.10 g的试样置于陶瓷坩锅中，添加1.8 g左右钨粒助熔剂，将坩埚放到支架上，按仪器的分析程序进行。高温感应炉内试样中的S和O2反应生成SO2，通过载气将SO2送到检测池进行S的检测，程序自动显示测定结果，并将硫含量换算成硫酸根含量。

2 试验结果与讨论

2.1 温度(功率)的确定

按试验条件考察了不同功率对测定结果的影响，见表1，试验表明，当功率为880 W时，已达最佳效果。

表1 不同功率对测定结果的影响

2.2 助熔剂的选择

在碳硫分析中，加入一定量的助溶剂，一方面可以降低样品的熔点，使样品易于熔融；另一方面助溶剂在燃烧过程中，有氧化放热作用，使样品熔体燃烧更充分。故在选择助熔剂时应考虑试样燃烧完全、碳硫全部释放且助熔剂本身硫含量低且稳定性好等因素。测定硫的助溶剂通常有纯铁、纯铜或氧化铜、钨粒、锡粒等，试验选择五氧化二钒、铬粉、铁粉、无砷锌粒、定氮合金、钨粒作助熔剂进行红外吸收法测定电解二氧化锰中硫酸根含量，结果见表2。试验表明，称取0.05 g电解二氧化锰样品，均匀覆盖1.8 g左右的钨粒，达最佳效果。