CS分析儀測(cè)定氧化鋁生產(chǎn)中生料固定碳的方法探討

程亞娟 劉彥偉

（中電投山西鋁業(yè)有限公司， 山西 原平 034100）

CS分析儀測(cè)定氧化鋁生產(chǎn)中生料固定碳的方法探討

程亞娟 劉彥偉

（中電投山西鋁業(yè)有限公司， 山西 原平 034100）

對(duì)燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中的生料固定碳，采用CS分析儀進(jìn)行分析，對(duì)鹽酸的加入量、樣品處理時(shí)間、熔劑的選擇等進(jìn)行了優(yōu)化，最后確定出最佳實(shí)驗(yàn)方法，該方法操作簡(jiǎn)單快速，完全滿足燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)的需要。

生料；固定碳；CS分析儀

燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中生料固定碳的分析一般采用傳統(tǒng)的手工分析法，先將試樣用鹽酸分解、烘干，在管式爐中通氧燃燒，用氫氧化鈉溶液吸收測(cè)定生成二氧化碳量，再根據(jù)氣體體積的減少算出試樣中含碳量，該方法操作步驟較多，且受玻璃儀器氣密性和氫氧化鈉溶液吸收程度的制約，操作復(fù)雜，條件要求高。本文大膽采用鋼鐵行業(yè)通用的HCS系列高頻紅外CS分析儀，對(duì)固定碳的分析方法進(jìn)行了試驗(yàn)，找出最佳條件，相比較手工分析方法，操作簡(jiǎn)單、快速，完全滿足生產(chǎn)的需要。

HCS系列型紅外碳硫分析儀利用了CO2在4.26μm處具有較強(qiáng)吸收帶這一特性，用高頻爐加熱樣品到釋放溫度，從而使樣品中碳元素在高溫富氧條件下立即氧化生成CO2氣體后由氧氣作載氣送到吸收池，紅外光源用電加熱到800℃左右產(chǎn)生紅外輻射光，經(jīng)調(diào)制器把光信號(hào)調(diào)制成80Hz的交變信號(hào)入射到吸收池，該紅外光經(jīng)吸收池中的CO2氣體吸收后，再經(jīng)過(guò)窄帶濾光片濾去除上述波長(zhǎng)外的其它光輻射的能力，入射到探測(cè)器上，則探測(cè)器上測(cè)到的是與CO2氣體濃度相對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)探測(cè)器光電轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，放大后輸出模擬量信號(hào)，經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過(guò)USB通信口到微機(jī)上進(jìn)行歸一化處理，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化定標(biāo)，進(jìn)行面積積分、乘以系數(shù)、除以樣品重量，扣除空白獲得樣品中碳元素的百分含量。

1 試驗(yàn)部分

（1）儀器及主要試劑 鹽酸：1∶2 玻璃絲 NaOH溶液：35% 電熱板 陶瓷坩堝酸洗石棉 管式爐 高頻紅外CS分析儀溶劑（純鐵助熔劑 C型、錫助熔劑20～60目、鎢粒20～40目）。

（2）試樣的制備 用不銹鋼小勺，取混勻的料漿2～3勺，放入不銹鋼盤(pán)中，在電熱板上小心烘干，鏟起置于瓷中磨細(xì)至全部通過(guò)120目篩子，備做成份分析。

（3）測(cè)量 稱(chēng)取試樣約0.1g于瓷坩堝中，均勻倒入瓷舟中，加蓋石棉壓緊，以1∶2鹽酸分解，加入量約8～10滴，放電熱板低溫處烘至30分鐘左右，第二次加鹽酸分解，約8～10滴，在電熱板低溫處烘干，在高頻紅外CS分析儀上進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

（1）鹽酸的用量 燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中生料主要成份為赤泥、純堿、石灰、煤等，固定碳主要是指生料中煤的含碳量，所以在測(cè)定固定碳時(shí)需要將純堿中的含碳量預(yù)先處理掉，一般加入鹽酸進(jìn)行分解。

稱(chēng)取樣品編號(hào)為1#的生料合格料漿0.1000g，分別加以不同量的（1∶2）鹽酸置于電熱板低溫處，加熱30分鐘，處置后用碳硫分析儀進(jìn)行檢測(cè)分析，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

由試驗(yàn)結(jié)果得出，加入0.4ml～0.5ml（1∶2）鹽酸方可完全分解生料樣品中的CO2，并形成酸性介質(zhì)有助于純堿中CO2的逸出，以消除純堿中CO2對(duì)固定碳的干擾。

（2）分解時(shí)間 稱(chēng)取樣品編號(hào)為2#的生料樣品0.1000g，加以0.45ml（1∶2）的鹽酸置于電熱板低溫處改變分解時(shí)間進(jìn)行處置后用碳硫分析儀進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果見(jiàn)表2。

由試驗(yàn)結(jié)果得出，生料樣品在酸化分解過(guò)程中，分解時(shí)間不得低于30分鐘，才能確保達(dá)到完全分解。

（3）熔劑的選擇及用量 用高頻紅外CS儀進(jìn)行固定碳的分析中，助熔劑是必不可少的，鋼鐵行業(yè)一般常用的熔劑為錫粒和鎢粒，由于生料樣品的特殊性，需要加入純鐵來(lái)提高樣品燃燒的溫度。具體用量如下：①純鐵助熔劑。生料樣品為非磁性材料樣品，在高頻感應(yīng)燃燒爐中燃燒時(shí)必須加純鐵助熔劑以增加鐵磁感應(yīng)，同時(shí)降低試樣合金比，以提高生料樣品燃燒的溫度。一般加入量為0.3g～0.5g左右。②錫助熔劑。錫的熔點(diǎn)低（232℃），有助于高熱值的鎢粒氧化燃燒，有較好助熔效果，能增加樣品燃燒時(shí)流動(dòng)性，使熔渣光亮平整。一般加入量為0.15g～0.2g左右。③鎢粒。鎢粒在大于650℃時(shí)通氧就開(kāi)始氧化，并放出195.8kCal/mol的熱量，它具有發(fā)熱值高，熔透氣性好，燃燒時(shí)不飛濺，空白值低等特點(diǎn)。鎢粒燃燒后生成三氧化鎢，可消除硫的吸附，從而保證了碳分析結(jié)果的可靠性。稱(chēng)取樣品編號(hào)為3#標(biāo)樣（碳元素含量2.88%）0.1000g，改變鎢粒的加入量進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表1

表2

表3

由試驗(yàn)結(jié)果得出鎢助熔劑含量為1.5～2g時(shí)，結(jié)果與標(biāo)樣碳元素含量較為接近，一方面考慮節(jié)能降耗，另一方面確保待測(cè)試樣能充分燃燒以得到其碳元素的準(zhǔn)確百分比含量，本實(shí)驗(yàn)中1.5g為鎢粒助熔劑最佳加入量。

（4）線性數(shù)據(jù)定標(biāo) 該型號(hào)高頻紅外碳硫儀采用CO2氣體特征被取紅外吸收原理間接分析數(shù)據(jù)，信號(hào)與碳硫含量之間是指數(shù)非線性關(guān)系，用儀器內(nèi)部自帶的線性定標(biāo)軟件對(duì)非線性的線性化進(jìn)行擬合。

（5）精密度 稱(chēng)取0.1000g的4#、5#、6#標(biāo)樣，以相同的試驗(yàn)條件進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)下表4。

表4

從表4數(shù)據(jù)可以看出用高頻紅外CS分析儀分析的標(biāo)樣，測(cè)試平均值與標(biāo)樣理論值十分接近，滿足測(cè)試要求，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

（6）不同方法比較 分別稱(chēng)取0.1000g的7#、8#、9#、10#、11#、12#生料樣品用傳統(tǒng)的手工分析法與高頻紅外CS分析儀進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5可看出，CS分析儀檢測(cè)結(jié)果與手工分析法檢測(cè)結(jié)果誤差小于固定碳分析誤差0.20，完全能達(dá)到生產(chǎn)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）高頻紅外CS分析儀檢測(cè)生料試樣中碳元素含量前的試樣分解應(yīng)加入的4mol的鹽酸0.4～0.5ml，分解時(shí)間以不小于30min為最佳。

（2）高頻紅外CS分析儀檢測(cè)生料樣品時(shí)需加入助熔劑量分別為：純鐵0.3～0.5g，錫粒0.15～0.2g，鎢粒1.5～2g。

（3）高頻紅外CS分析儀穩(wěn)定性好，測(cè)定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，性能完全滿足燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中生料固定碳的檢測(cè)需要。

［1］林光西，郭鳳云.高頻-紅外碳硫儀測(cè)定硫鐵礦中的碳［J］.分析儀器，2008，（3）:62-64.

［2］方少衡.鎢系列助熔劑［J］.冶金分析，1990，10（2）:61-62.

表5