炼钢污泥中碳的相分析方法与流程

1.本发明属于化学分析检测技术领域，具体涉及炼钢污泥中碳的相分析方法。


背景技术：

2.随着对环境保护要求的不断提高，废弃资源综合利用这一战略性新兴行业的发展迅猛。其中，钢铁行业的炼钢污泥产出量大、处理困难，但同时具有粒度细、含铁高的优势，主要含有铁、活性石灰和废钢熔化产生的各种物质等，目前已开发的主要用途是作为烧结、球团等原料进行再利用和用于焦化废水的深度处理等。
3.钢铁污泥还具有含碳、易沉淀的特点，而碳的存在形式又较为复杂，影响了后续处理方式，有必要对炼钢污泥中的碳进行综合的相分析。相分析是通过目的相的物理或化学性质的不同进行相的分离的测定。目前，国内外标准和文献主要侧重于炼钢污泥应用工艺的研究，而测定其成分的研究较少，并且在发表的测定其成分的资料主要是围绕主成分进行测定，未见相关碳的相分析报道。
4.炼钢污泥中的总碳(t.c)包含有机碳和无机碳，其中无机碳包括游离碳和无机化合碳(如碳酸盐等)。目前钢铁行业对总碳的测定常使用经典的管式炉燃烧容量法和高频感应炉燃烧红外吸收法。游离碳的测定一般参考yb/t190.6-2001(保护渣系列分析标准)中用酸处理破坏碳酸盐后利用容量法测定，但该法若直接用于炼钢污泥测定有以下问题：标准中保护渣不含有机碳，而炼钢污泥含有有机碳(标准中酸处理无法完全破坏)，一般的方法在测定游离碳时并没有去除有机碳，造成游离碳分析结果因有机碳的存在产生系统偏高。有机碳的测定一般是通过差减法得到，前提是必须准确的定量分析游离碳。由此，没有现行可参考的方法测定炼钢污泥中的有机碳和游离碳，急需开发一种针对炼钢污泥中碳的相分析方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种炼钢污泥中碳的相分析方法，该方法能够对炼钢污泥中的碳进行综合全面的相分析，准确测定炼钢污泥中多种类型碳的含量，填补了炼钢污泥碳分析方法的空白。
6.为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种炼钢污泥中碳的相分析方法，包括以下步骤：
7.1)将炼钢污泥干燥后，取三组试样，记为试样a、试样b、试样c；
8.2)将试样a采用燃烧气体容量法测定碳含量，得到的碳含量记为w
总
；
9.3)将试样b和试样c分别置于耐氢氟酸容器中，加入盐酸和氟化钾溶液后加热煮沸，然后用铺有酸洗石棉的漏斗减压抽滤，并用热水洗涤残渣和酸洗石棉至中性，停止抽滤；
10.4)试样b组在停止抽滤后，将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，干燥后采用燃烧气体容量法测定碳含量，得到的碳含量记为w1；
11.5)试样c组在停止抽滤后，继续用无水乙醇洗涤残渣和酸洗石棉，再用石油醚洗涤残渣和酸洗石棉，最后将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，干燥后采用燃烧气体容量法测定碳含量，得到的碳含量记为w2；
12.6)最终得到炼钢污泥的总碳含量为w
总
，游离碳含量为w2，有机碳含量w
有机
＝w
1-w2，无机碳含量w
无机
＝w
总-w1+w2。
13.上述方案中，步骤1)中的干燥温度为100～110℃，干燥时间为1～3h。
14.上述方案中，所述耐氢氟酸容器为四氟乙烯烧杯。
15.上述方案中，所述耐氢氟酸容器和酸洗石棉在使用前需要1000℃高温灼烧1h以上除碳，除碳后置于不涂油的干燥器中备用。
16.上述方案中，所述盐酸的浓度为2.4～6mol/l，添加量为0.1～1g试样加30～50ml盐酸。
17.上述方案中，所述氟化钾溶液的质量浓度为5～20％，添加量为0.1～1g试样加2～5ml氟化钾溶液。
18.上述方案中，所述煮沸时间持续2～3min。
19.上述方案中，所述酸洗石棉的铺设厚度为5～10mm。
20.上述方案中，步骤3)中热水洗涤残渣和酸洗石棉至中性后继续抽滤10～30min再停止抽滤，以使残渣中含水量尽量减少。
21.上述方案中，步骤4)中的干燥温度为130～140℃，干燥时间为2～3h。
22.上述方案中，步骤5)中无水乙醇洗涤残渣和酸洗石棉的过程为：用无水乙醇浸润残渣和酸洗石棉，保持5～10min，再开启抽滤抽干，如此洗涤3～4次。
23.上述方案中，步骤5)中石油醚洗涤残渣和酸洗石棉的过程为：用石油醚浸润残渣和酸洗石棉，保持5～10min，再开启抽滤抽干，如此洗涤3～4次，最后一次洗涤后继续抽滤10～30min再停止抽滤，以使残渣中含水量尽量减少。
24.上述方案中，步骤5)中的干燥过程为：先在60～80℃低温加热30～60min，再于130～140℃干燥1.5～2h。
25.上述方案中，所述燃烧气体容量法测定碳含量按照gb/t 223.69进行。
26.进一步的，试样a采用燃烧气体容量法测定碳含量的具体过程为：取0.1～1g试样和1～2g铜片置于瓷舟内，再将瓷舟放入1260～1280℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热1.5～3min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积。
27.进一步地，试样b和试样c经处理后产生的残渣采用燃烧气体容量法测定碳含量的具体过程为：将装有残渣和酸洗石棉的瓷舟放入1260～1280℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热1.5～3min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积。
28.进一步地，碳含量的计算公式为：
[0029][0030]
式中：
[0031]
w——碳含量，单位％；
[0032]
a——温度16℃、气压101.3kpa，封闭溶液液面上每毫升二氧化碳中含碳质量(g)，取值见gb/t 223.69-2008；
[0033]
v——燃烧产生的二氧化碳体积，单位ml；
[0034]
f——温度、气压补正系数，取值见gb/t 223.69-2008的附录a；
[0035]
m——试样的质量，单位g。
[0036]
本发明的技术原理为：
[0037]
本发明对炼钢污泥的试样进行不同程度的处理，从而测得不同类型的碳含量。当污泥未经处理直接采用燃烧气体容量法测定时，测得的碳含量为污泥中总碳的含量。当污泥经过酸处理后，污泥中的无机碳被酸分解破坏，再经减压抽滤，酸洗石棉滤取不被酸分解的有机碳和游离碳，此时测得的碳含量为污泥中有机碳和游离碳的含量之和。当污泥经过酸处理之后又经过有机溶剂处理，无机碳被酸分解而有机碳被有机溶剂溶解，再经减压抽滤，酸洗石棉仅滤取游离碳，此时测得的碳含量为污泥中游离碳的含量。在准确测定游离碳含量之后，则可以通过差减法计算出污泥中有机碳和无机碳的含量。
[0038]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0039]
1)本发明能够对炼钢污泥中的碳进行综合全面的相分析，准确测定炼钢污泥中多种类型碳的含量，特别是解决了含有机碳的炼钢污泥中游离碳测定的难题，填补了炼钢污泥碳分析方法的空白。
[0040]
2)本发明利用相似相溶原理，依次采用无水乙醇和石油醚洗脱残渣中的有机成分，先利用无水乙醇与水互溶的性质洗脱残渣中的水分，避免因水分残留而形成水蒸气导致容量法结果偏高，再利用石油醚溶于无水乙醇且易挥发易除去的性质洗脱无水乙醇，环环相扣，最后在残渣干燥前，还增加了低温加热加速有机溶液挥发的过程，规避了有机溶剂的风险，确保了试验的安全性。
附图说明
[0041]
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
[0042]
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0043]
以下实施例中，所用的四氟乙烯烧杯和酸洗石棉在使用前已在1000℃高温灼烧1h以上除碳，除碳后置于不涂油的干燥器中备用。
[0044]
实施例1
[0045]
某钢厂在炼钢过程中产生大量炼钢污泥，需要对该污泥中的碳进行综合全面的相分析，分析过程如下：
[0046]
1)将炼钢污泥在100℃干燥3h后，取三组m＝0.2000g(精确至0.0001g)的试样，记为试样a、试样b、试样c；
[0047]
2)将试样a和1.0g铜片置于瓷舟内，再将瓷舟放入1260℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热1.5min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为7.10ml，计算试样a中的碳含量：
[0048]
[0049]
3)将试样b和试样c分别置于四氟乙烯烧杯中，向四氟乙烯烧杯中加入30ml 6mol/l的盐酸和2ml质量浓度为10％的氟化钾溶液，盖上表面皿加热煮沸2min，然后用铺有6mm厚酸洗石棉的漏斗减压抽滤，并用热水洗涤残渣和酸洗石棉至中性，继续抽滤10min后停止抽滤；
[0050]
4)试样b组在停止抽滤后，将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，在130℃干燥2h后，将瓷舟放入1260℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热1.5min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为4.72ml，计算试样b经处理后的碳含量：
[0051][0052]
5)试样c组在停止抽滤后，用无水乙醇浸润残渣和酸洗石棉，保持5min，再开启抽滤抽干，如此洗涤3次，再换用石油醚如此洗涤3次，最后一次洗涤后继续抽滤10min再停止抽滤；最后将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，先在60℃低温加热30min，再于130℃干燥1.5h后，将瓷舟放入1260℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热1.5min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为4.56ml，计算试样c经处理后的碳含量：
[0053][0054]
6)最终得到炼钢污泥的总碳含量为w
总
＝1.74％，游离碳含量为w2＝1.12％，有机碳含量w
有机
＝w
1-w2＝0.04％，无机碳含量w
无机
＝w
总-w1+w2＝1.70％。
[0055]
实施例2
[0056]
1)将炼钢污泥在110℃干燥3h后，取三组m＝0.5000g(精确至0.0001g)的试样，记为试样a、试样b、试样c；
[0057]
2)将试样a和1.5g铜片置于瓷舟内，再将瓷舟放入1270℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热2.5min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为5.46ml，计算试样a中的碳含量：
[0058][0059]
3)将试样b和试样c分别置于四氟乙烯烧杯中，向四氟乙烯烧杯中加入40ml 4mol/l的盐酸和2ml质量浓度为20％的氟化钾溶液，盖上表面皿加热煮沸2min，然后用铺有8mm厚酸洗石棉的漏斗减压抽滤，并用热水洗涤残渣和酸洗石棉至中性，继续抽滤20min后停止抽滤；
[0060]
4)试样b组在停止抽滤后，将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，在130℃干燥2.5h后，将瓷舟放入1270℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热2.5min，定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为2.95ml，计算试样b经处理后的碳含量：
[0061][0062]
5)试样c组在停止抽滤后，用无水乙醇浸润残渣和酸洗石棉，保持10min，再开启抽滤抽干，如此洗涤4次，再换用石油醚如此洗涤4次，最后一次洗涤后继续抽滤15min再停止抽滤；最后将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，先在70℃低温加热45min，再于130℃干燥
2h后，将瓷舟放入1270℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热2.5min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为2.75ml，计算试样c经处理后的碳含量：
[0063][0064]
6)最终得到炼钢污泥的总碳含量为w
总
＝0.52％，游离碳含量为w2＝0.26％，有机碳含量w
有机
＝w
1-w2＝0.02％，无机碳含量w
无机
＝w
总-w1+w2＝0.50％。
[0065]
实施例3
[0066]
1)将炼钢污泥在110℃干燥2h后，取三组m＝1.0000g(精确至0.0001g)的试样，记为试样a、试样b、试样c；
[0067]
2)将试样a和2g铜片置于瓷舟内，再将瓷舟放入1280℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热3min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为7.22ml，计算试样a中的碳含量：
[0068][0069]
3)将试样b和试样c分别置于四氟乙烯烧杯中，向四氟乙烯烧杯中加入50ml 2.4mol/l的盐酸和3ml质量浓度为20％的氟化钾溶液，盖上表面皿加热煮沸3min，然后用铺有10mm厚酸洗石棉的漏斗减压抽滤，并用热水洗涤残渣和酸洗石棉至中性，继续抽滤30min后停止抽滤；
[0070]
4)试样b组在停止抽滤后，将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，在140℃干燥2h后，将瓷舟放入1280℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热3min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为3.30ml，计算试样b经处理后的碳含量：
[0071][0072]
5)试样c组在停止抽滤后，用无水乙醇浸润残渣和酸洗石棉，保持10min，再开启抽滤抽干，如此洗涤4次，再换用石油醚如此洗涤4次，最后一次洗涤后继续抽滤30min再停止抽滤；最后将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，先在80℃低温加热45min，再于140℃干燥2h后，将瓷舟放入1280℃的管式炉瓷管内，塞紧管塞，预热3min，通过定碳仪测定燃烧产生的二氧化碳体积为3.10ml，计算试样c经处理后的碳含量：
[0073][0074]
6)最终得到炼钢污泥的总碳含量为w
总
＝0.35％，游离碳含量为w2＝0.15％，有机碳含量w
有机
＝w
1-w2＝0.01％，无机碳含量w
无机
＝w
总-w1+w2＝0.34％。
[0075]
精密度试验
[0076]
为了验证本发明方法检测的精密度，将实施例1中的炼钢污泥重复分析5次，得出结果见表1，从表中数据可以看出，5次分析结果差异很小，说明本发明方法检测的精密度良好。
[0077]
表1精密度实验(％)
[0078][0079]
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将炼钢污泥干燥后，取三组试样，记为试样a、试样b、试样c；2)将试样a采用燃烧气体容量法测定碳含量，得到的碳含量记为w
总
；3)将试样b和试样c分别置于耐氢氟酸容器中，加入盐酸和氟化钾溶液后加热煮沸，然后用铺有酸洗石棉的漏斗减压抽滤，并用热水洗涤残渣和酸洗石棉至中性，停止抽滤；4)试样b组在停止抽滤后，将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，干燥后采用燃烧气体容量法测定碳含量，得到的碳含量记为w1；5)试样c组在停止抽滤后，继续用无水乙醇洗涤残渣和酸洗石棉，再用石油醚洗涤残渣和酸洗石棉，最后将残渣连同酸洗石棉一起移入瓷舟中，干燥后采用燃烧气体容量法测定碳含量，得到的碳含量记为w2；6)最终得到炼钢污泥的总碳含量为w
总
，游离碳含量为w2，有机碳含量w
有机
＝w
1-w2，无机碳含量w
无机
＝w
总-w1+w2。2.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为2.4～6mol/l，添加量为0.1～1g试样加30～50ml盐酸。3.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，所述氟化钾溶液的质量浓度为5～20％，添加量为0.1～1g试样加2～5ml氟化钾溶液。4.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，所述无水乙醇洗涤残渣和酸洗石棉的过程为：用无水乙醇浸润残渣和酸洗石棉，保持5～10min，再开启抽滤抽干，如此反复洗涤3～4次。5.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，所述石油醚洗涤残渣和酸洗石棉的过程为：用石油醚浸润残渣和酸洗石棉，保持5～10min，再开启抽滤抽干，如此反复洗涤3～4次，最后一次洗涤后继续抽滤10～30min再停止抽滤。6.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，步骤5)中的干燥过程为：先在60～80℃低温加热30～60min，再于130～140℃干燥1.5～2h。7.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，步骤1)中的干燥温度为100～110℃，干燥时间为1～3h；步骤4)中的干燥温度为130～140℃，干燥时间为2～3h。8.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，所述耐氢氟酸容器为四氟乙烯烧杯；所述耐氢氟酸容器和酸洗石棉在使用前需要1000℃高温灼烧1h以上除碳。9.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，所述酸洗石棉的铺设厚度为5～10mm。10.根据权利要求1所述的炼钢污泥中碳的相分析方法，其特征在于，所述热水洗涤残渣和酸洗石棉至中性后继续抽滤10～30min再停止抽滤。

技术总结
本发明属于化学分析检测技术领域，公开了一种炼钢污泥中碳的相分析方法。该方法的步骤为：首先，取三组试样，记为试样A、试样B、试样C；对试样A直接测定碳含量，记为w


技术研发人员：郑凤 余卫华 张穗忠 周郑 李杰 于录军
受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/12