高頻紅外碳硫分析儀測定滑板中碳化硅的方法

摘要：介紹了采用高頻紅外碳硫分析儀，測定滑板中碳化硅的一種快速簡(jiǎn)便的分析方法。通過(guò)一系列的條件實(shí)驗，確定了最佳分析方法。經(jīng)過(guò)精密度實(shí)驗，以及和化學(xué)法的對比實(shí)驗，取得比較滿(mǎn)意的效果。
關(guān)鍵詞：紅外線(xiàn)吸收  法滑板  碳化硅

       滑板是鋼鐵行業(yè)一種重要的耐火材料，其主要成份為三氧化二鋁，此外還含有少量的二氧化硅、碳化硅和游離碳等。以前碳化硅的測定，通常采用常規的化學(xué)分析方法，樣品處理時(shí)間冗長(cháng)，且在樣品處理過(guò)程中易造成部分碳化硅的損失。為此，首鋼技術(shù)研究院理化檢測中心對滑板中碳化硅的分析方法進(jìn)行了實(shí)驗和探討：首先采用紅外吸收法，通過(guò)實(shí)驗選擇適宜的灼燒溫度和灼燒時(shí)間，使試樣中的游離碳預先分解，實(shí)現游離碳和碳化硅分離的目的，然后利用紅外碳硫分析儀分別測定試樣灼燒前碳含量(總量)和灼燒后碳含量(碳化硅中的碳)，從而計算出碳化硅的含量。由于滑板沒(méi)有標樣，為得到與試樣組成相近的物質(zhì)，采用高鋁礬土作基體，分別加入不同量的碳酸鈣基準物質(zhì)(加入的基準物質(zhì)中的碳含量，應與所測的碳含量結果相近)，對儀器提供的工作曲線(xiàn)進(jìn)行校正，按校正后的工作曲線(xiàn)對測定結果進(jìn)行校正。經(jīng)過(guò)對測量精密度進(jìn)行考察，并與化學(xué)法進(jìn)行對比實(shí)驗。結果表明，該方法比較準確可靠，能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要。

1 實(shí)驗條件及準備

1．1 儀器和主要試劑、材料
       實(shí)驗儀器主要包括：CS-400型高頻紅外碳硫分析儀(美國LECO公司)和坩堝(規格為25mm ×25 mm，預先于1 200 ℃高溫灼燒4 h)；試劑、材料主要包括：基體、基準碳酸鈣(碳酸鈣含量為99．90％ ～99．99％)、助熔劑、干燥劑、催化劑、載氣和動(dòng)力氣�；�體：取10 g高鋁礬土(A1₂O₃含量約為90％)，在1 000 oC高溫灼燒1 h，而后恒重(在15 min內2次稱(chēng)量之差小于3 mg)；
       助熔劑：純鐵(鐵含量為99．8％)；鎢粒(鎢含量為99．8％)；錫粒(錫含量為99．95％)；干燥劑：粒狀無(wú)水過(guò)氯酸鎂，粒狀燒堿石棉；催化劑：鍍鉑硅膠；載氣：氧氣(純度大于99．95％)；動(dòng)力氣：氮氣(純度大于99．5％)。
1．2 儀器工作條件
       儀器工作條件主要包括：載氣流量：3．0 l／min；溫室恒溫度：48．7℃ ；碳檢測池溫度：52．9℃ ；碳檢測池紅外光源電源電壓：5．5 V；碳紅外檢測器輸出訊號電壓：8．613 V；最短分析時(shí)間：40 s；預吹氧時(shí)間：5 s；碳比較水平：3。
1．3 工作曲線(xiàn)的校正
       紅外碳硫分析儀有固定的工作曲線(xiàn)。根據碳、硫含量的高低和品種的不同，選用不同的標準樣品校正工作曲線(xiàn)。對沒(méi)有標樣的試樣，若選擇其他品種的標樣，由于受基體效應的影響，會(huì )造成測量結果不準確。根據滑板的主要組分，選用成分相近的礬土灼燒后作為基體，分別加入不同量的碳酸鈣基準物質(zhì)，加入量視樣品中碳含量而定，選擇加入基準物質(zhì)(其碳含量與測定的碳含量結果相近)對儀器提供的工作曲線(xiàn)進(jìn)行校正，可以消除基體的影響。
1．4 樣品測定方法和步驟
       樣品測定的方法和步驟如下：
       (1)稱(chēng)取0．100 0 g試樣于預先灼燒過(guò)的坩堝中，置于馬弗爐內高溫灼燒；
       (2)取出坩堝、冷卻，冷卻后在坩堝內加入助熔劑；
       (3)用紅外碳硫儀進(jìn)行分析。測得樣品中的碳含量；
       (4)計算碳化硅含量。計算公式為：SiC％ =C％ ×3．340

2 實(shí)驗過(guò)程與結果

2．1 碳化硅耐高溫實(shí)驗
       滑板中含有碳化硅和游離碳，如何把二者分開(kāi)是本實(shí)驗方法的關(guān)鍵。游離碳在相對低的溫度下可以分解，碳化硅具有耐高溫特性，但超過(guò)一定的溫度也會(huì )分解，其反應如下：SiC+2O₂=SiO₂+CO₂為此，選取不同含量碳化硅的滑板作溫度實(shí)驗：稱(chēng)取1．0000 g樣品于已恒重的鉑金坩堝中，在不同的溫度下連續灼燒1 h后稱(chēng)量，測其燒失量變化。結果表明：當灼燒溫度為600～700℃之間，隨著(zhù)溫度升高，燒失量在不斷增加，表明碳在不斷灼燒；當灼燒溫度為700-800℃之間，隨著(zhù)溫度升高燒失量逐步增加后而穩定，表明碳已灼燒完全；當灼燒溫度大于800℃時(shí)，燒失量開(kāi)始減少，甚至出現負值，表明碳化硅部分分解。因此，灼燒游離碳應控制在700℃ ～800℃ 。實(shí)驗選用了750℃ 。
2．2 灼燒時(shí)間的選擇
       用紅外碳硫分析儀分析滑板中的碳化硅，實(shí)質(zhì)是高溫碳化硅與氧反應轉變成二氧化碳氣體進(jìn)行分析。因此，滑板中的游離碳必須充分反應，否則將使碳化硅的分析結果偏高。為此，在750℃ 作灼燒時(shí)間實(shí)驗：稱(chēng)取1．000 0 g樣品于已恒重的鉑金坩堝中，在750℃ 灼燒不同的時(shí)間，冷卻后稱(chēng)量。結果表明，在750℃ 灼燒45 rain之后即可把游離碳除盡。實(shí)驗選擇了750℃ 灼燒1 h。
2．3 基準物質(zhì)的選擇
       基準物質(zhì)的選擇應基于碳的轉化率以及操作的方便性。由于碳酸鈣分解溫度低、轉化率高，且摩爾質(zhì)量大，可減少稱(chēng)量誤差，因此，選用碳酸鈣為基準物質(zhì)。
2．4 試樣量的選擇
       滑板中含有一定量的碳化硅和游離碳�？偺己�量較高，要使儀器在測量區域內工作，必須控制試樣量。若試樣量過(guò)多，樣品燃燒不充分，易造成吸收拖尾，儀器不能自動(dòng)結束分析，且產(chǎn)生的粉塵較多，易堵塞過(guò)濾網(wǎng)；若試樣量過(guò)少，相應的基準碳酸鈣也少，易造成較大的稱(chēng)量誤差。經(jīng)實(shí)驗表明，0．1000 g試樣量為宜。
2．5 助熔劑的選擇
       滑板為鋁質(zhì)耐火材料，較難熔。助熔劑的種類(lèi)、用量及加入的順序直接影響分析結果。如果助熔劑只加純鐵和鎢粒，試樣熔融不充分，則分析結果不穩定。加入一定量的錫粒后，發(fā)現熔樣平滑，到達峰值較快。分析結果也較穩定。但加入錫粒后，因錫粒燃燒后產(chǎn)生的粉塵較多，易飛濺，故應先將錫粒放在坩堝底部。經(jīng)實(shí)驗，選定助熔劑的加入量及順序如下：0．1 g錫粒、0．5g純鐵和1．5 g鎢粒。
2．6 精密度和準確度實(shí)驗
       選取3個(gè)樣品，按樣品測定方法對樣品進(jìn)行10次分析，測定碳化硅含量，進(jìn)行精密度實(shí)驗。SiC精密度實(shí)驗結果見(jiàn)表1。

       以SiC精密度實(shí)驗平均值為測定值，與化學(xué)值對比，考察方法的準確度。SiC測定值和化學(xué)值的對比結果見(jiàn)表2。