帶鋼酸洗液中Fe2+在線檢測方法研究與應用

摘" 要：帶鋼連續酸洗過程中，酸洗液中的Fe2+濃度不斷上升，Fe2+濃度的高低決定廢酸的排放，因此在線實時檢測酸洗中的Fe2+濃度對于確保酸洗質量和酸洗過程的連續性有重要影響。當前酸洗液中的Fe2+濃度采用人工取樣檢測方法，不能及時掌握酸洗液中Fe2+濃度的變化。該文采用分光光度法測定酸洗液中Fe2+濃度，研究吸光度與酸洗液中Fe2+濃度之間的關系，在對酸洗液中不溶物進行去除條件下，實現Fe2+在線檢測，檢測結果與實際值之間的偏差小于3.0%。

關鍵詞：酸洗液；Fe2+；在線檢測；分光光度法；吸光度

中圖分類號：X757" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）10-00７１-0４

Abstract： In the process of continuous pickling of strip steel， the concentration of Fe2+ in pickling solution is increasing， and the concentration of Fe2+ determines the discharge of waste acid， so the in-line real-time detection of Fe2+ concentration in pickling is important to ensure the quality of pickling and the continuity of pickling process. At present， the concentration of Fe2+ in pickling solution is detected by manual sampling， so the change of Fe2+ concentration in pickling solution can not be grasped in time. In this paper， the concentration of Fe2+ in pickling solution was determined by spectrophotometry method， and the relationship between absorbance and the concentration of Fe2+ in pickling solution was studied. Under the condition of removing insoluble matter in pickling solution， in-line inspection of Fe2+ was realized， and the deviation between the detection result and the actual value was less than 3.0%.

Keywords： acid pickling solution; Fe2+; in-line inspection; spectrophotometry method; absorbance

帶鋼表面氧化鐵皮主要由FeO、Fe2O3和Fe3O4組成[1]，帶鋼酸洗過程中氧化鐵皮與酸發生反應，生成Fe2+和Fe3+，當酸洗液中鐵離子達到一定含量后需要更新部分新酸，以保障酸洗效果。通常更新下來的舊酸進入酸再生系統，通過焙燒方法回收鹽酸和產生Fe2O3產品[2-3]，因此對于酸洗控制技術人員來說，及時了解酸洗液中Fe2+含量是非常重要的。目前酸洗液中的Fe2+濃度均采用人工取樣檢測的方法，存在檢測周期長的問題，對于工藝控制人員來說不能及時掌握酸洗液中Fe2+濃度的變化。因帶鋼中有Fe單質的存在，會使溶液中的Fe3+還原成Fe2+，又因帶鋼酸洗時生成的高還原性的氫原子可將溶液中Fe3+還原成Fe2+，溶液中Fe3+為Fe2+濃度的1%～2%，可以忽略不計[4]。因此酸洗液中主要為Fe2+，Fe2+在溶液中呈綠色，根據朗伯-比爾定律，通過單色光輻射穿過被測物質溶液時，在一定的濃度范圍內被該物質吸收量與該物質的濃度和液層的厚度成正比[5]，Fe2+濃度越高，溶液吸光度越高，因此可以通過測定溶液吸光度檢測Fe2+含量。但酸洗液中除Fe2+外，還含有其他物質，如Fe3+、鹽酸和不溶于酸的無機鹽[6]等。

本文通過試驗確定了酸洗液中Fe2+含量檢測所需單色光波長，通過試驗驗證了Fe3+和鹽酸含量對Fe2+含量檢測的影響，并將該方法應用于帶鋼酸洗生產線，實現了Fe2+含量在線檢測，Fe2+含量在線檢測結果較滴定法測定結果偏差量小于3.0%。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

1）721可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）。

2）電子天平（梅特勒電子天平AB135-S）。

3）0.1 um陶瓷濾片（上海新亞）。

4）真空抽濾裝置。

5）FeCl2·4H2O、鹽酸、FeCl3均為市售分析純。

1.2" 試驗方法

1）單色光波長的確定。帶鋼酸洗一般分為幾段進行酸洗，各段酸洗液中鹽酸含量不同。且在酸洗過程中隨著酸洗的進行，酸洗液中鹽酸含量會有波動，一些帶鋼酸洗生產線第一段酸洗液鹽酸濃度控制在40±10 g/L。本文為使試驗數據可用于生產線，用FeCl2和鹽酸配制5份鹽酸含量40.0 g/L且不同濃度Fe2+的溶液，采用721可見分光光度計，以純水為參比溶液，分別測定不同波長的單色光條件下，不同濃度FeCl2溶液的吸光度。根據測試數據，找到吸光度與Fe2+濃度成正比且吸光度變化隨濃度變化較大的單色光波長，將其確定為檢測波長。

2）Fe3+含量對Fe2+含量檢測的影響。將1）中的5份不同濃度Fe2+溶液分別分成5份，分別添加Fe2+含量的0.0%、0.5%、1%、1.5%和2.0%的Fe3+，在所需波長處檢測各溶液的吸光度，以此考察Fe3+含量對Fe2+含量檢測的影響。

3）鹽酸含量對Fe2+含量檢測的影響。將1）中的5份不同濃度Fe2+溶液分別分成5份，分別添加0、10、20、30、40 g/L的鹽酸，在所需波長處檢測各溶液的吸光度，以此考察鹽酸含量對Fe2+含量檢測的影響。

2" 結果與討論

2.1 單色光波長選擇

在單色光波長為740～860 nm范圍內，不同濃度的Fe2+溶液在不同單色光波長條件下，吸光度如圖1所示。

由圖1可以看出，單色光波長在740～800 nm范圍內溶液吸光度與Fe2+含量均成正比，在單色光波長為800 nm處，溶液透光率隨溶液中Fe2+含量增加變化量較大，因此確定檢測Fe2+含量所需單色光波長為800 nm。在單色光波長為800 nm時，Fe2+與溶液透光率的關系式為

（1）

式中：C 為溶液中Fe2+濃度，g/L；A為溶液吸光度。

2.2" Fe3+含量對Fe2+含量檢測的影響

因帶鋼酸洗時生成的高還原性的氫原子可將溶液中Fe3+還原成Fe2+，Fe3+含量僅為Fe2+含量的1%～2%，在單色光波長為800 nm時，在不同濃度的Fe2+溶液中添加Fe2+含量0～2.0%的Fe3+，溶液吸光度見表1。

根據表1中的吸光度數據可以看出，Fe3+的加入會導致溶液吸光度降低，且Fe3+添加量越大，溶液吸光度越低。根據2.1中公式（1）計算的Fe2+含量與實際含量偏差的百分比見表2。

由表2可以看出，無論溶液中Fe2+含量多少，Fe3+添加量為Fe2+離子含量的0.5%時，會導致Fe2+含量偏低約0.8%，Fe3+添加量為Fe2+離子含量的1%時，會導致Fe2+含量偏低約1.75%，Fe3+添加量為Fe2+離子含量的1.5%時，會導致Fe2+含量偏低約2.67%，Fe3+添加量為Fe2+含量的2%時，會導致Fe2+含量偏低約3.55%。Fe3+含量相對Fe2+含量的百分比與其對Fe2+含量檢測偏差的百分比如圖2所示。

由圖2可以看出，Fe3+含量對Fe2+含量檢測影響的百分比與Fe3+和Fe2+的比例相關，且呈線性關系。

2.3" 鹽酸含量對Fe2+含量檢測的影響

在單色光波長為800 nm時，在不同濃度的Fe2+溶液中分別添加0、10、20、30、40 g/L的鹽酸，溶液吸光度見表3。

表3" 不同濃度的Fe2+溶液中添加不同濃度鹽酸后的吸光度

根據表1中的吸光度數據可以看出，鹽酸的加入會導致溶液吸光度降低，且鹽酸添加量越大，溶液吸光度越低。根據2.1中公式（1）計算的Fe2+含量與實際含量偏差的百分比見表4。

由表4可以看出，無論溶液中Fe2+含量多少，鹽酸添加量為10 g/L時，會導致Fe2+含量偏低約0.79%，鹽酸添加量為20 g/L時，會導致Fe2+含量偏低約2.26%，鹽酸添加量為30 g/L時，會導致Fe2+含量偏低約4.06%，鹽酸添加量為40 g/L時，會導致Fe2+含量偏低約6.26%，鹽酸添加量與其對Fe2+含量檢測影響的百分比如圖3所示。

由圖3可以看出，鹽酸添加量越高，對Fe2+含量檢測影響的百分比越大，且具有一定的函數關系。

對于某段酸洗液來說，鹽酸含量控制在某一數值±10 g/L，以該控制值為基準，檢測出的數據偏差應小于1.0%。

2.4" 實際應用效果

酸洗液中含有硅及其化合物等不溶性物質，會對溶液吸光度有很大影響，酸洗液中不溶物顆粒粒徑約1 um[7]，且在溶液內容易形成硅垢，目前很多帶鋼酸洗線均建立了不溶物去除系統[8-9]，在酸洗液中加入絮凝劑使酸洗中不溶物形成絮凝顆粒在沉降槽進行固液分離，沉降槽溢流出的清液中僅含有很少的絮凝狀小顆粒，本文采用分光光度法測定酸洗液中Fe2+，應用于沉降槽溢流清液中Fe2+含量的測定，僅需采用帶反沖洗的陶瓷濾芯將酸洗液進一步凈化即可滿足測定。將本文的測定方法應用于某帶鋼酸洗生產線第一段酸洗液中Fe2+含量檢測，該酸洗液控制酸洗液鹽酸濃度范圍為40±10 g/L，Fe2+質量濃度控制范圍60～140 g/L。根據酸洗液實際情況將酸洗液中Fe3+設定為Fe2+含量的1%，酸洗液中鹽酸含量設定為40 g/L，將式（1）補加上Fe3+對Fe2+造成的干擾，因酸洗液控制鹽酸質量濃度在40±10 g/L，以40 g/L鹽酸質量濃度作為基準，不考慮鹽酸濃度對Fe2+檢測結果的影響，檢測結果偏差不超過1.0%，因此將Fe2+與吸光度關系公式調整為

（2）

式中：C 為溶液中Fe2+濃度，g/L；A為溶液吸光度；1.017 5為Fe3+含量是Fe2+含量的1%時的補償系數。

采用本文的分光光度法與人工檢測方法進行7次的檢測結果對比見表5。

由表5可以看出，采用分光光度法檢測的Fe2+含量較人工檢測具有較大偏差，偏差范圍小于3.0%，雖然不能準確測定酸洗液中Fe2+含量，但對于生產管控人員初步了解酸洗液中Fe2+含量具有很大參考作用，對于生產管控參數要求不是很高的酸洗生產線是可以使用該方法進行Fe2+含量檢測的。

3" 結論

采用分光光度法測定酸洗液中Fe2+含量最佳單色光波長為800 nm，在該波長處溶液內Fe2+含量與吸光度成正比關系，且吸光度隨Fe2+含量變化具有明顯增加或減小。

采用分光光度法測定酸洗液中Fe2+含量時，Fe3+會導致檢測結果偏低，隨著Fe3+含量的增加，對Fe2+含量的測定結果影響越大，但Fe2+與Fe3+含量比例不變情況下，Fe3+對Fe2+含量的測定結果影響的百分比幾乎是固定不變的。

酸洗液中鹽酸含量越高，Fe2+含量檢測結果偏低百分比越大，但鹽酸濃度一定條件下，對Fe2+含量檢測結果影響的百分比是幾乎不變的。

采用分光光度法測定酸洗液中Fe2+含量，根據實際生產控制酸洗中鹽酸濃度調整公式補償系數，是可以實現Fe2+含量在線檢測的，且檢測誤差小于3.0%，對于生產管控人員及時了解酸洗液狀態具有重要作用。

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