曾波，张强，吴迎红，涂昀

（江西新余钢铁股份有限公司检测中心，江西新余 338028）

高氯酸镁吸收重量法测定铁矿石中结晶水的含量

曾波，张强，吴迎红，涂昀

（江西新余钢铁股份有限公司检测中心，江西新余 338028）

建立了铁矿石中结晶水含量的测定方法。利用铁矿石中结晶水高温分解的特性，采用高纯氩气为载气，试样在1 000℃管式炉中加热，结晶水随载气逸出，由装有无水高氯酸镁的吸收管吸收后称量，计算出铁矿石中结晶水的含量。测定结果的相对标准偏差(RSD)小于3%(n=6)，加标回收率在95%～104%之间。

铁矿石；无水高氯酸镁；结晶水；吸收管；重量法

铁矿石在高炉及转炉钢铁冶炼工艺中起到调节炉体酸碱度、温度及化渣的作用，同时也能够降低炼钢成本。天然铁矿石中往往含有结晶水，结晶水含量的高低直接影响高炉的正常使用。结晶水含量较高的铁矿石对高炉冶炼是不利的，会在高温区大量吸热而导致温度急剧降低，使焦炭用量增加，在使用过程中有时还会发生爆裂，严重时甚至威胁炉体安全［1］，因此准确测定铁矿石中结晶水的含量十分必要。铁矿石中结晶水的常用检测方法为强热灼烧潘菲氏管吸收重量法和差热定量分析法［2–3］，这两种方法存在着操作难度较大、分析时间较长、依赖专用设备等问题，长期以来在钢铁冶金领域应用并不广泛。笔者开发了无水高氯酸镁吸收重量法测定铁矿石中结晶水的含量，其主要原理为试样在1 000℃管式炉中加热至结晶水从铁矿石中分解逸出，通入高纯氩气作为载气，结晶水随载气逸出，由装有强力吸水剂无水高氯酸镁的吸收管吸收后称量，根据吸收管的质量增加值计算出铁矿石中结晶水的含量。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

干燥塔：250～500 mL, 上部装有无水氯化钙，下部装有无水高氯酸镁，中间和出气口用玻璃棉封堵，磨口部分涂以真空硅脂；

管式炉：额定温度不小于1 100 ℃，能对炉温进行设定和自动控制，设定误差不大于±10 ℃（1 000℃）；

瓷管：600 mm×25 mm×20 mm，新瓷管应于1 100 ℃灼烧后方可使用；

瓷舟：长88 mm，于1 100 ℃灼烧1 h后放入涂以真空硅脂的干燥器中备用；

吸收管：150 mm×15 mm具塞具支U型管，进、出气端均用玻璃棉封堵，空腔内装满无水高氯酸镁，磨口部分涂以真空硅脂；

无水高氯酸镁：粒度为0.9～2.0 mm；

氩气：纯度不小于99.995%；

铜丝：纯度不小于99.95%；

真空硅脂；

氧化铁、硼砂：基准试剂。

1.2 测量装置

测量装置如图1所示。

图1 测量装置示意图

1.3 实验方法

吸收管的衡量及空白试验：实验前应检查测量装置，确保测量装置不漏气后方可进行测试。将炉温设定为1 100 ℃，通电升温至恒温0.5 h后开通干燥塔、吸收管和氧气阀门，调节减压阀使氩气流量为1 L／min。放入空白瓷舟及铜丝，以秒表计吸收300 s后关闭并取下吸收管，用绸布擦净后立即称量。进行吸收管的空白试验，以3次试验中吸收管质量增量的平均值作为实验的空白值，当连续3次空白值的极差大于0.000 5 g时，应再做一次空白试验并取其平均值，当极差仍然大于0.000 5 g时，应停止试验找出原因后再重新进行检测分析。

试样结晶水的测定：称取1.00 g试样（精确到0.1 mg），均匀铺在瓷舟内，接入吸收管并开通活塞，向瓷舟内加入铜丝后，从瓷管进气端用长钩将瓷舟推入高温区并立即塞紧塞子，以秒表计吸收300 s后关闭并取下吸收管，用绸布擦净后立即称量。

1.4 结果计算

式中：w——铁矿石中结晶水的质量分数，%；

m1——吸收管的质量，g；

m2——吸收管与结晶水的总质量，g；

m3——测定结晶水的空白值，g；

m——试样的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 结晶水吸收剂

气体中水分常用吸收剂有无水氯化钙、硅胶、五氧化二磷、无水高氯酸镁等。比较其吸水能力、吸收速度及残留水分等指标［4］，选定其中无水高氯酸镁作为铁矿石中结晶水的吸收剂，它吸水速度快，容量大，吸收的水可达本身质量的60%，且吸水后体积缩小，不会堵塞吸收管，因此无水高氯酸镁是较理想的吸水剂，广泛用作红外分析仪等仪器中的除水剂［6］。

2.2 结晶水释放温度

文献［5］表明，铁矿石的结晶水主要来源于褐铁矿，理论上褐铁矿的结晶水在250℃就开始缓慢释放。笔者进行了褐铁矿结晶水释放温度的条件试验，结果表明在800℃以下褐铁矿的结晶水释放非常缓慢，有时长达4 h以上都不能恒重，而在1 000℃以上释放非常快，较短时间即可以恒重。为此选择释放温度为1 100℃。

2.3 吸收时间

本方法的原理是用无水高氯酸镁吸收结晶水的蒸汽，而恒重是这个方法的技术核心，根据文献［7］要求，当试样最后两次称量之差不大于0.000 3 g时为恒重。按确定的分析方法进行实验时，可以明显地看到结晶水在高温下形成的蒸汽在具塞具支U型管的进气口处形成液体水，这一过程大约在加热30 s后出现，90 s左右结束，4 min就可以吸收完全，吸收时间最终选定为5 min。

2.4 载气及其流量

分别以氧气、高纯氮气、高纯氩气进行载气试验，结果表明以上3种气体均能顺利地从高温区域带走结晶水。但试验过程中发现氧气的空白值最高达0.012 6 g，而且空白值不太稳定，而氮气和氩气的空白值较低且稳定，为此选择氮气或氩气作为载气。设定气体流量分别为 0.5，1.0，1.5，2.0 mL／min进行试验，结果表明气体流量太小会较难实现恒重，气体流量过大则容易将铁矿粉吹入吸收管从而影响分析结果。综合考虑以上因素，最终选择载气流量为1.0 mL／min。

2.5 干扰的影响

按照本方法实验条件进行分析，铁矿石中常含的一些物质如硫、碳、二氧化硅等均不影响检测。

2.6 方法精密度

选取2个铁矿石试样，按照实验方法对其中的结晶水成分分别进行6次平行测定，结果见表1。由表1可知，样品测定结果的相对标准偏差不大于3%，表明本方法精密度良好。

表1 铁矿石中结晶水的测定结果

2.7 加标回收试验

由于铁矿石没有结晶水标准物质，为此笔者采用基准物质合成相关试样进行准确度验证试验。选取基准试剂氧化铁936.5 mg（于800℃灼烧至恒重）和硼砂（Na2B4O7·10H2O,于恒温器中恒重）63.5 mg，合成1#铁矿石；选取基准试剂氧化铁872.9 mg（于800℃灼烧至恒重）和硼砂（Na2B4O7·10H2O,于恒温器中恒重）127.0 mg，合成2#铁矿石。按实验方法进行测定，结果见表2。同时，在合成试样中按一定量加入硼砂基准物质，按样品处理步骤操作，进行结晶水回收试验，回收率结果列于表2。由表2可知，样品的加标回收率为95%～104%，表明本方法测量准确度较高。

表2 合成样品结晶水的测定结果

3 结语

以氩气作为载气，高氯酸镁作为吸收剂，测定铁矿石中的结晶水，操作简便，不需要复杂的设备，单个试样分析过程仅需5 min，适用于快速分析，检测结果重现性良好，标准偏差符合化学分析方法要求。该方法应用于生产后有效地遏制了炼钢用铁矿石掺杂褐铁矿的情况，为生产结算提供了准确数据，同时保障了高炉的生产安全。

［1］王筱留.高炉生产知识问答［M］. 北京：冶金工业出版社，2005:70.

［2］李金莲，刘万山，李艳茹，等.热分析技术在褐铁矿结晶水热分解中应用研究［J］.钢铁，2011,46(5): 32-34.

［3］周明顺，汤清华.含中等程度结晶水的铁矿粉烧结试验研究［J］.钢铁，2006,41(5): 25-27.

［4］张永清，汪智先，李敏，等.化学分析工(高级) ［M］. 北京：中国蔻社会保障出版社，2011: 62.

［5］李骞，杨永斌，姜涛.菱铁矿和褐铁矿球团制备技术研究［J］.矿冶工程，2009，29(2): 60–62.

［6］刘珍.化验员读本(上册) ［M］. 北京：化学工业出版社，2011:94.

［7］GB／T 1467–2008 冶金产品化学分析方法标准的总则及一般规定 ［S］.

Determination of Crystal Water in Iron Ore by Magnesium Perchlorate Gravimetric Method

Zeng Bo, Zhang Qiang, Wu Yinghong,Tu Yun
（Test Centre, Xingyu Iron and Steel Co., Ltd., Xinyu 338028, China）

The method for determination of crystal water content in iron ore was established. By the characteristic of crystal water’s decomposition at higher temperature, high purity argon carrier gas was used, and the sample was heated at 1 000℃ in tube furnace, crystal water vapor got out with carrier gas. After the water vapor out from tube furnace was absorbed by magnesium perchlorate in a absorption tube, the tube was weighed, and the crystal water content in iron ore was calculated. RSD of the determination results was less than 3%(n=6) , and the recovery was 95% –104%.

iron ore; magnesium perchlorate; crystal water ; absorption of tube; gravimetric method

O655.1

A

1008-6145(2012)05-0062-03

10.3969／j.issn.1008-6145.2012.05.019

联系人：曾波； E-mail: jxxyzb@tom.com

2012-06-19