鐵鋁尖晶石中氧化亞鐵含量的測定方法研究

徐 娜 劉蘭芳 吳 鋒 李心慰 欒 旭

遼寧科技大學 材冶學院 遼寧鞍山114051

水泥回轉窯用氧化鎂-鐵鋁尖晶石質耐火材料具有良好的抗堿鹽、抗水泥熟料侵蝕能力和結窯皮能力［1］。對于鐵鋁尖晶石，目前的化學分析方法只能檢測出其中的全鐵（以Fe2O3計）和Al2O3的量，無法測定鐵鋁尖晶石（FeO·Al2O3）的含量。由于氧化亞鐵在空氣中不能獨立存在，所以就可以通過測定鐵鋁尖晶石中氧化亞鐵的含量來換算得到鐵鋁尖晶石的含量。而由于鐵鋁尖晶石的難溶性，目前已有的測定氧化亞鐵的方法如GB/T 14506.14—2010等都不適合于測定鐵鋁尖晶石中的氧化亞鐵含量。

陳肇友等［2］指出，只有在金屬鐵存在下才能保證氧化亞鐵穩定存在，進而保證與Al2O3形成的化合物是FeO·Al2O3。但是，當用鹽酸溶解含有金屬鐵的樣品時，金屬鐵也以Fe2+的形態轉入溶液中，氧化亞鐵的測定結果中也包括以FeO表示的金屬鐵的量［3］。因此，鐵鋁尖晶石中FeO的含量應等于試驗測定得出的FeO的含量減去以FeO表示的金屬鐵的含量。

1 試驗

1.1 試劑

鹽酸（優級純），硫酸（優級純），碳酸氫鈉（分析純），碳酸氫鈉（分析純）飽和溶液。

今年以來，我國能源消費實現較快增長。前三季度，在電煤消費增長帶動下，全國煤炭消費增速回升。據行業初步統計數據，電力、鋼鐵、化工、建材4大行業用煤均為正增長，電煤占煤炭消費總量的比重約為53.9%，比去年同期提高約2.3個百分點。天然氣表觀消費量同比增長16.7%左右，除化工用氣小幅下降外，城市燃氣、工業燃料和發電用氣均保持兩位數增長。

硫酸-磷酸稀釋液：在不斷攪拌下，將15 mL硫酸緩慢注入970 mL水中，再加入15 mL 95%（w）的磷酸混勻。

三氯化鐵溶液（50 g·L-1）：稱取5 g三氯化鐵（分析純）溶于冷水中，稀釋至100 mL，混勻。

重鉻酸鉀標準溶液（0.008 3 mol·L-1）：稱取2.451 5 g預先在150～170℃烘干2 h并于干燥器中冷卻至室溫的重鉻酸鉀（基準試劑），溶于500 mL水中，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

在采用100 mL、50 g· L-1的三氯化鐵溶液溶解試樣的條件下，試樣量的多少也會影響測定結果。為此，分別稱取0.05、0.10、0.15和0.20 g試樣進行了測定試驗。結果表明，當試樣量為0.10 g時，檢測結果高且穩定。由此確定試樣量以0.10 g為宜。

兩湖地區屬楚文化范疇，范圍主要包括湖南、湖北等地區。楚文化崇尚浪漫，生活在兩湖地區的人們富有浪漫情懷，同時濕潤的氣候適宜竹材的生長，竹文化在這里繁榮昌盛。濃郁的楚文化對兩湖地區的影響，造就了兩湖地區鮮明的竹編風格，其中以湖南的益陽竹編、湘西竹編為代表。

由于有些傳感器自身發電和輸出功率(圖12)，而不需要外加電壓，ECU通過產生的電壓和頻率來確定它的工況。提示：當檢查發動機ECU端子電壓時，NE信號、KNK信號等都是以交流形式輸出的，因此，需要使用高精密的測量儀器，如示波器。

1.2 試驗方法

重鉻酸鉀滴定FeO的反應方程式為：

金屬鐵的量w（Fe）按下式計算：

稱取0.100 0 g試樣于干燥的500 mL錐形瓶中，加1 g碳酸氫鈉、30 mL鹽酸和5 mL硫酸，塞上帶導管的橡皮塞，導管通過一個防倒吸安全瓶后插入盛有碳酸氫鈉飽和溶液的燒杯中。將錐形瓶置于電爐盤上加熱至微沸狀態，保持30 min以上，取下稍冷后，緩慢加入90 mL硫酸-磷酸稀釋液，冷卻至室溫后，加10滴二苯胺磺酸鈉指示劑，用重鉻酸鉀標準溶液滴定至穩定的紫色為終點。

1.2.2 金屬鐵含量的分析

稱取0.100 0 g試樣于干燥的500 mL錐形瓶中，加三氯化鐵溶液100 mL，用膠塞塞緊瓶口，震蕩30 min。過濾，用水洗錐形瓶4～5次，洗殘渣7～8次。向濾液中加入15 mL硫酸（1+1）和10滴二苯胺磺酸鈉指示劑，立即用重鉻酸鉀標準溶液滴定，至試液經淺紅色變為紫色為終點。

1.3 氧化亞鐵含量的計算

1.2.1 以FeO計的金屬鐵-氧化亞鐵合量分析

按“1.2.1”滴定得到的以FeO計的金屬鐵-氧化亞鐵合量w（FeO+Fe）按下式計算：

各級政府要高度重視，統一認識，建立健全相應的組織機構，加強領導。要做到責任明確，任務明確，人員明確，把防治干旱災害工作落實到千家萬戶。各級有關部門要有超前意識，變被動抗旱為主動抗旱，堅持以防為主，防抗并舉。各相關部門要認真組織落實各項有關措施，建立健全適應巖溶石區現代農業發展要求的抗旱服務體系，及時做好旱情的監測預報與分析匯報工作，同時建立一支能適應巖溶石山地區惡劣環境條件的防旱、抗旱專業化服務隊伍，不斷壯大防旱抗旱實力。

4.2 各地年降水量在20世紀60年代中期和80年代末出現異常偏多，夏季降水量異常對全年降水異常的貢獻最大。

二苯胺磺酸鈉指示劑（1 g·L-1）：稱取0.1 g二苯胺磺酸鈉（分析純）溶于水中，加硫酸3滴，稀釋至100 mL，混勻。

按“1.2.2”測定金屬鐵的總反應方程式為：

對中美雙方而言，隨著兩國競爭加劇，兩國加強戰略分歧管控和軍事沖突預防日益重要。特朗普政府已經注意到了中美兩軍關系穩定的重要性，“不沖突不對抗”符合雙方的利益訴求。只有雙方形成了避免軍事沖突的共識，兩國關系才有可能“斗而不破”。兩國領導人需要始終保持清晰的頭腦，對戰爭秉持審慎的態度，對雙方之間的分歧堅持和平的解決方式，對雙方之間的危機風險不斷加強危機管控與沖突預防。

式中：c為重鉻酸鉀標準溶液的濃度，mol·L-1；V為滴定消耗的重鉻酸鉀標準溶液的體積，mL；m為試樣質量，g。

試樣中氧化亞鐵的量w（FeO）按下式計算：

2 結果與討論

2.1 鐵鋁尖晶石的組成

待檢測的鐵鋁尖晶石試樣的XRD圖譜見圖1，它主要由鐵鋁尖晶石相組成。其化學分析結果（w）為：Al2O357.69%，全鐵（以Fe2O3計）43.66%，CaO 1.62%，MgO 1.39%，TiO21.06%。全鐵是以Fe2O3計的金屬鐵、氧化亞鐵和三氧化二鐵的合量。

圖1 鐵鋁尖晶石試樣的XRD圖譜

2.2 金屬鐵含量的測定

在測定條件一定時，如果試樣粒度太大，則金屬鐵溶解不完全，會導致測定結果偏低；如果試樣磨得太細，則磨細過程中金屬鐵會發生氧化，也會導致測定結果偏低。為此，選擇不同粒度的試樣進行測定試驗，結果見表2。由于沒有鐵鋁尖晶石標樣，不能通過標樣測定結果來判定方法的準確度。對于容易偏低的檢測結果來說，高且穩定的結果更值得信任。由表2可知，采用粒度≤0.053 mm的試樣時，檢測結果高且穩定。由此確定試樣粒度以≤0.053 mm為宜。

表2 金屬鐵含量測定試驗結果

糖尿病是胰腺癌發生的獨立危險因素[5]，該次研究顯示，胰腺癌合并糖尿病患者在經過放療后的血糖改善率為60.00%，相對較高，說明胰腺癌患者接受有效治療，可恢復血糖水平至正常范圍內，且糖尿病病程越短，胰腺癌合并糖尿病患者的血糖改善率便越高。同時糖尿病病程＜12個月、12～24個月的胰腺癌患者在經過放療后，血糖改善率同腫瘤標志物水平的降低存在相關性，而其他兩組則無相關性，這說明盡早診斷糖尿病并采取有效方法控制血糖水平，有助于預防胰腺癌的發生，或者是早期發現腫瘤并實施根治性手術，從而促進患者預后的改善。

式中：c為重鉻酸鉀標準溶液的濃度，mol·L-1；V為滴定消耗的重鉻酸鉀標準溶液的體積，mL；m為試樣質量，g。

按上述試驗確定的最佳條件，對試樣中的金屬鐵含量進行了測定，結果為4.32%（w）。

2.3 氧化亞鐵含量的測定

采用“2.2”中同樣粒度系列的試樣進行了試驗，結果發現，試樣粒度對氧化亞鐵含量的測定結果影響很小。因此，仍采用適合金屬鐵含量測定的粒度≤0.053 mm的試樣。

采用“2.2”中同樣稱樣量系列的試樣進行了試驗，結果發現試樣量仍以0.10 g為宜。

稱取0.10 g粒度≤0.053 mm的試樣，對HCl和H2SO4加入量進行了試驗，結果見表3。可以看出，用30 mL濃HCl和5 mL濃H2SO4分解試樣時，檢測結果高且穩定。因此確定HCl和H2SO4的加入量分別以30和5 mL為宜。

表3 以FeO計的金屬鐵和氧化亞鐵合量測定試驗結果

還進行了碳酸氫鈉（防止Fe2+氧化）加入量試驗，結果表明其加入量以0.50 g為宜。

2006年2月9日，比較江都三站原5號水泵機組（改造前），在變極和同轉速工況下倒轉發電，并進行了現場測試。從測試結果看，變極發電功率是同轉速的1.38倍。運行過程中，變極發電噪聲低，振動小，機組溫升低，性能穩定。同轉速發電時，雖然機組啟動正常，但噪聲大，振動比在變極發電工況下大得多，而且機組出水量較變極發電時明顯增大。變極發電時單機出水量約9～10 m3/s，同轉速發電出水量達13～15 m3/s。因此，采用同轉速發電不僅機組運行工況差，而且發電效率也比變極發電低得多。

按上述試驗確定的最佳條件，對以FeO計的金屬鐵和氧化亞鐵合量進行了測定，結果為38.61%（w）。

按公式（5）計算得出，試樣中氧化亞鐵含量為33.05%（w）。

與填埋技術有所區別，餐廚垃圾焚燒處理技術在國內雖然有應用先例，但是不少地區不肯采用，國家也不提倡對垃圾焚燒處理。其主要優缺點如下：優點是焚燒處理量大，減容性好，熱量用來發電可以實現垃圾的能源化。缺點是對垃圾低位熱值有一定的要求；餐廚垃圾水份含量高會增加焚燒助燃劑的大量消耗，大幅度增加政府財政投入，處理成本高昂，不少經濟欠發達地區根本財政承受不起。

2.4 鐵鋁尖晶石含量的分析

由于試樣中不存在游離的FeO（見圖1），則根據其FeO含量33.05%（w），就可以計算出FeO·Al2O3的含量為79.90%（w）。如前所述，試樣中含有57.69%（w）的Al2O3，但圖1中并未發現游離Al2O3。馬淑龍等［4］和陳肇友［5］研究指出，溫度高于1 500℃時，Al2O3在FeO·Al2O3中有一定的固溶度。圖1中沒有發現這10.85%（w）的游離Al2O3，可能是因為它們固溶到鐵鋁尖晶石中。假如試樣中鐵鋁尖晶石的組成不符合FeO·Al2O3的化學計量比，則僅僅根據氧化亞鐵含量是無法計算出鐵鋁尖晶石含量的。

3 驗證試驗

如前所述，不能通過對標樣的測定來判定氧化亞鐵和金屬鐵測定結果的準確度。為此，擬根據試樣中氧化亞鐵和金屬鐵完全氧化導致的試樣質量變化率來進行大致判斷：將鐵鋁尖晶石試樣在通O2條件下于1 200℃氧化120 min，測得試樣氧化后的質量變化率為5.54%。由氧化后試樣的XRD圖譜（見圖2）可以看出，氧化后試樣中不存在鐵鋁尖晶石相，并且含鐵物相僅有Fe2O3，表明試樣中原有的金屬鐵和氧化亞鐵全部被氧化成了Fe2O3。

金屬鐵和氧化亞鐵被氧化成了Fe2O3的反應式如下：

圖2 1 200℃氧化120 min后試樣的XRD圖譜

經計算：試樣中4.32%（w）的金屬鐵按反應式（6）完全反應后的質量變化率為1.86%，試樣中33.05%（w）的氧化亞鐵按反應式（7）完全反應后的質量變化率為3.68%，二者相加即得總的質量變化率為5.54%，這與氧化增重法測得的質量變化率相同。由此可見，本試驗中確定的測定鐵鋁尖晶石中氧化亞鐵含量的方法是可行的。