粉状物料中微量氯快速测定法

摘要

一种粉状物料中微量氯快速测定法,将粉状物料高温加热,使物料中的Cl－与湿氧形成HCl气体,进入预先电解出一定量的Ag+的电解池,形成AgCl沉淀;电解液中Ag+减少,引起电位变化,检测其变化量,根据能斯特定律,测出物料中Cl－的含量。本发明的特点是:保证试样无损失,无污染。操作简单,快速,尤其适用于煤粉中氯离子分析。大大减少了操作步骤,排除了人为因素的影响。有较好的精确度。

说明书

本发明属于微量氯测定方法，特别涉及粉状物料中微量氯快速测定法。

工业用的原材料中多为粉状物料。目前测定粉状物料中微量氯离子的分析方法是，首先将粉状试样熔融或溶解成溶液，然后经过一些化学处理手段制备成可测的试液，再进行测定。这些方法共同的特点是①试样必须被制备成液体。②操作步骤繁多。③不适用于煤粉测定。④影响分析结果准确性的因素太多。常用的方法有氯离子选择电极法和电位滴定法。前者在低含量氯离子的测定中采用格氏作图法，手续繁琐，而且由于国产的氯离子选择电极本身因素及电极受环境温度的影响，使得分析结果的精密度较差。后者常常需用实验的方法找寻滴定条件；实际测定电位滴定曲线，确定终点电位，然后再进行自动电位滴定等一系列步骤，使分析复杂化，不易掌握，而且存在诸多影响精度的因素。

本发明的目的是提供一种粉状物料中微量氯快速测定法，克服上述的分析手续繁琐复杂，不易掌握，诸多影响精度的因素使分析结果的精密度较差缺点和不足。

本发明的目的是这样实现的：

一种粉状物料中微量氯快速测定法，其特征在于：将一定量的粉状物料在800-1300℃某一固定温度值加热，并在此温度下，使物料中的Cl与湿化后的载气(O₂)作用，形成HCl气体，HCl气体经过去湿后，由冷载气(O₂)携带，经过冷却水管降温，再进入电解池，电解池中有的30ml的电解液，并予先电解出一定量的Ag⁺，HCl气体在电解池中与电解液中予先电解得到的Ag⁺形成难溶的AgCl沉淀；电解液中Ag⁺减少，原有的电位平衡被打破，引起电位变化，其变化量由检测电极对[Hg/Hg₂SO₄/Ag]检测出来，检测出的电信号由库仑积分仪接收，并通过工作电极对[Pt/Ag]自动跟踪电解，使电解液中Ag⁺浓度恢复到起始工作零点；

根据能斯特定律： $>>E>=>>E>2>>->>E>1>>=sup>>E>2>0sup>>->>E>1>>+>>RT>nF>>ln>[>>Ag>+>>]>$>

E₁：参比电极电位[Hg/Hg₂SO₄]，常数

E₂：Ag电极电位

E₂⁰：Ag电极的标准电位

R：气体常数

T：温度

n：反应中转换的电子数

[Ag⁺]：Ag⁺浓度

从以上可计算出使Ag浓度恢复到起始值所消耗的电量，即补偿检测电极对[Hg/Hg⁺SO，Ag]电位变化ΔE所需的电量，而这一电量的消耗是Ag⁺与Cl^-进行定量的沉淀反应造成的，由此测出物料中Cl的含量。

粉状物料在瓷舟中，置于电阻炉中的石英管中加热。

进入电解池应为冷载气(O₂)携带，并经过冷却水管降温，控制电解池中的电解液温度恒温。

电解液中电解质成分有高氯酸钾、硝酸钾、醋酸。

在电解过程中，为防止阳极析出的Ag⁺，被阴极吸附(即为镀银)现象发生，保证电解效率为100％，将铂电极置于一套管中，套管顶端装有羧酸离子交换膜。

HCl气体经过浓硫酸干燥去湿。

本发明的特点是：①试样在原有的粉体状态下测试，保证试样无损失，无污染。②操作简单，快速，只需将称取试样后的瓷舟推入炉膛，经5分钟就可得到分析结果。③尤其适用于煤粉中氯离子分析。目前国内采用的国标(GB3558-83)方法测煤中氯离子(Cl)，其操作繁琐，要经过煤粉与吸收剂的混拌、灼烧、洗涤、沉淀、滴定等步骤，测得一个结果需用一天半的时间。由于操作步骤之多，带来许多问题，如试样灼烧不完全，洗涤中的损失，滴定终点的判断等，这些都影响了精密度，返工现象经常发生。本法大大减少了操作步骤，排除了人为因素的影响。④有较好的精确度。见(表一)

图1是粉状物料中微量氯快速测定法的装置示意图

图2是粉状物料中微量氯快速测定法中特制电极示意图

1、耐高温胶帽2、石英加热管3、电阻炉4、瓷舟5、冷却管6、电解池7、特制库仑积分仪8、特制电极9、参比电极(硫酸亚汞)10、银电极11、磁力搅拌器12、硫酸干燥瓶13、氧气瓶(气源)14、氧气湿化器15、砂滤嘴16、湿化合载气17、冷载气18、导线19、聚四氟乙烯电极杆20、聚四氟乙烯导线套21、铂金电极片22、聚四氟乙烯电极套23、耐酸碱硅胶垫圈24、羧酸离子交换膜

下面结合附图说明实施例：

一、本法的分析原理：

本法的主要分析原理是依据库仑分析法。库仑分析法是以电解分析为基础的一种电化学分析法。这种方法是通过测量被分析物质定量地进行某一电极反应时所消耗的电量，再根据法拉第电解定律计算被测物质的量。 $>>G>=>>>Q>•>M>>>F>•>n>>>$>

式中G：转换物质量

    Q：在转换反应中所测的电量

    M：转换物质的原子量或分子量

    F：法拉第常数

    n：转换反应中转换特的价态变化数(即转移电子数)

上式表明：通过测量进行电极反应所需的电量(库仑数)即可求得在电极上起反应的物质的量，这就是库仑分析的基本原理。

二、分析步骤与工作原理(见图1)

本法主要包括两个步骤：

1、物料中Cl在潮湿的O₂载气作用下，经热解转化成HCl气体逸

   出。

2、将HCl气体转入反应介质中，由检测单元完成测定。

具体操作如下：

1)在30ml的电解液中，予先电解出一定量的Ag，调整工作电压至100mv以下某一固定值为工作零点。

2)称取10-100mg(细度在80μ以下)的粉状物料于瓷舟(4)中，置于电阻炉(3)中的石英加热管(2)中，塞紧胶帽(1)电阻炉温度控制在800-1300℃某一固定值，在此温度下，物料中Cl在湿化后的O₂(载气)(16)作用下，形成HCl气体逸出，经(12)去湿后，由(17)冷载气和(5)冷却水管降温，进入电解池(6)中，此时，Cl^-与电解池中予电解得到的Ag⁺形成难溶的AgCl沉淀。

因此，电解液中Ag⁺减少，原有的电位平衡被打破，引起电位变化，其变化量由检测电极对[Hg/Hg₂SO₄/Ag](9)，(10)检测出来，检测出的电信号由特制库仑积分仪(7)接收，并通过工作电极对[Pt/Ag](8)(10)自动跟踪电解，使电解液中Ag⁺浓度恢复到起始工作零点。根据能斯特定律： $>>E>=>>E>2>>->>E>1>>=sup>>E>2>0sup>>->>E>1>>+>>RT>nF>>ln>[>>Ag>+>>]>$>

E₁：参比电极电位[Hg/HgSO]，常数

E₂：Ag电极电位

E₂⁰：Ag电极的标准电位

R：气体常数

T：温度

n：反应中转换的电子数

[Ag⁺]：Ag⁺浓度

从上式可计算出使Ag浓度恢复到起始值所消耗的电量，即补偿检测电极对[Hg/Hg₂SO₄，Ag]电位变化ΔE所需的电量，而这一电量的消耗是Ag⁺与Cl^-进行定量的沉淀反应造成的，由此测出物料中Cl^-的含量。

三、特制电极

为防止在电解过程中，阳极析出的Ag⁺被阴极吸附(即为镀银)现象发生，保证电解效率为100％，将铂电极置于一套管中，套管顶端装有自制羧酸离子交换膜。结构见(图2)实验结果                    表一 样品名称       测定平均值     标推值     标准偏差

           (n＝10)       或推荐值石灰石(标样)     0.035         0.035       0.002水泥生料         0.002         0.002       0.0008硫铁矿           0.011         0.010       0.0008砂岩             0.007         0.006       0.001粘土             0.056         0.053       0.001水泥生料(标样)   0.028         0.028       0.002煤粉(外检样)     0.022         0.023       0.002煤粉             0.009         0.011       0.001