Определение содержания углерода и серы методом инфракрасной спектроскопии после сжигания пробы в индукционной печи в концентрата. ДР M2. 3 Организационные и правовые вопросы охраны труда
 Скачать 0.53 Mb.
|
 ), в килограммах вычисляют по формуле , (1)где  - производительность потока руды, т/ч; - ширина щели пробоотсекающего устройства, м; - скорость движения пробоотсекающего устройства, м/с.2.3.2. Минимальную массу точечной пробы, отбираемую с поверхности остановленного транспортера (  ), в килограммах вычисляют по формуле , (2)где - высота слоя руды в средней части ленты, м; - ширина слоя руды, м; - размер максимального куска, м; - насыпная плотность руды, кг/м .2.6Аппаратура и реактивы Любой тип автоматического анализатора, основанный на принципе абсорбции инфракрасной радиации и обеспечивающий точность результатов анализа, предусмотренную настоящим стандартом. Эфир сернокислый (медицинский). Допускается применение других летучих органических растворителей: ацетон, хлороформ и др. Плавень, используемый в зависимости от типа применяемого анализатора. Перед проведением анализа установку приводят в рабочее состояние в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. Градуировку прибора проводят по стандартным образцам углеродистых сталей. Анализ проводят в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. При массовой доле углерода в стали менее 0,20% навеску рекомендуется предварительно промывать эфиром или другим летучим органическим растворителем и высушивать на воздухе. Для внесения соответствующей поправки в результат анализа проводят контрольный опыт. Продолжительность измерения (сжигание навески металла) - 45 с. Навеску сжигают в огнеупорном тигле в потоке кислорода в присутствии плавня; тигель вводят в трубку для сжигания ВЧ печи, при этом углерод превращается в диоксид углерода, а сера - в диоксид серы. Каждый газ определяют измерением поглощения в инфракрасной области спектра с использованием углекислого бария и сернокислого калия для построения градуировочной зависимости. Спектроскопия — раздел физики, посвящённый изучению спектров электромагнитного излучения. В более широком смысле — изучение спектров различных видов излучения. Методы спектроскопии используются для исследования энергетической структуры атомов, молекул и макроскопических тел, образованных из них. Они применяются при изучении таких макроскопических свойств тел как температура и плотность, а в аналитической химии — для обнаружения и определения веществ. К преимуществам спектроскопии относится возможность диагностики in situ, то есть непосредственно в «среде обитания» объекта, бесконтактно, дистанционно, без какой-либо специальной подготовки объекта. Прямая задача спектроскопии — предсказание вида спектра вещества исходя из знаний о его строении, составе и прочего. Обратная задача спектроскопии — определение характеристик вещества (не являющихся непосредственно наблюдаемыми величинами) по свойствам его спектров (которые наблюдаются непосредственно и напрямую зависят как от определяемых характеристик, так и от внешних факторов). По объектам исследования обычно выделяют многие виды спектроскопии, каждый из которых использует набор методов к ним относится и инфракрасная спектроскопия. Инфракрасная спектроскопия (колебательная спектроскопия, средняя инфракрасная спектроскопия, ИК-спектроскопия, ИКС) — раздел спектроскопии, изучающий взаимодействие инфракрасного излучения с веществами. При пропускании инфракрасного излучения через вещество происходит возбуждение колебательных движений молекул или их отдельных фрагментов. При этом наблюдается ослабление интенсивности света, прошедшего через образец. Однако поглощение происходит не во всём спектре падающего излучения, а лишь при тех длинах волн, энергия которых соответствует энергиям возбуждения колебаний в изучаемых молекулах. Следовательно, длины волн (или частоты), при которых наблюдается максимальное поглощение ИК-излучения, могут свидетельствовать о наличии в молекулах образца тех или иных функциональных групп и других фрагментов, что широко используется в различных областях химии для установления структуры соединений. Экспериментальным результатом в ИК-спектроскопии является инфракрасный спектр — функция интенсивности пропущенного инфракрасного излучения от его частоты. Обычно инфракрасный спектр содержит ряд полос поглощения, по положению и относительной интенсивности которых делается вывод о строении изучаемого образца. Такой подход стал возможен благодаря большому количеству накопленной экспериментальной информации: существуют специальные таблицы, связывающие частоты поглощения с наличием в образце определённых молекулярных фрагментов. Созданы также базы ИК-спектров некоторых классов соединений, которые позволяют автоматически сравнивать спектр неизвестного анализируемого вещества с уже известными и таким образом идентифицировать это вещество. ИК-спектроскопия основана на явлении поглощения химическими веществами инфракрасного излучения с одновременным возбуждением колебаний молекул. Инфракрасное излучение представляет собой электромагнитную волну и характеризуется длиной волны λ, частотой ν и волновым числом ṽ, которые связаны следующей зависимостью: где с — скорость света, а n — показатель преломления среды. В спектроскопии поглощения, частным случаем которой является ИК-спектроскопия, происходит поглощение молекулами фотонов определённой энергии, которая связана с частотой электромагнитной волны через постоянную Планка: Еp=hv При поглощении фотона происходит возбуждение — увеличение энергии молекулы: она переходит из основного колебательного состояния E1 в некоторое возбуждённое колебательное состояние E2 так, что энергетическая разница между этими уровнями равна энергии фотона Энергия поглощённого инфракрасного излучения расходуется на возбуждение колебательных переходов для веществ в конденсированном состоянии. Для газов поглощение кванта ИК-излучения приводит к колебательным и вращательным переходам Инфракрасная спектроскопия является ценным аналитическим методом и служит для исследования строения органических молекул, неорганических и координационных, а также высокомолекулярных соединений. Основным прибором, используемым для подобных анализов, является инфракрасный спектрометр (дисперсионный или с преобразованием Фурье). Анализ сложных образцов стал возможен благодаря разработке новых техник инфракрасной спектроскопии: ИК-спектроскопии отражения, ИК-спектроскопии испускания и ИК-микроскопии. Кроме того инфракрасная спектроскопия была объединена с другими аналитическими методами: газовой хроматографией и термогравиметрией. По характеру распределения значений физической величины спектры могут быть дискретными (линейчатыми), непрерывными (сплошными), а также представлять комбинацию (наложение) дискретных и непрерывных спектров. Примерами линейчатых спектров могут служить масс-спектры и спектры связанно-связанных электронных переходов атома; примерами непрерывных спектров — спектр электромагнитного излучения нагретого твердого тела и спектр свободно-свободных электронных переходов атома; примерами комбинированных спектров — спектры излучения звёзд, где на сплошной спектр фотосферы накладываются хромосферные линии поглощения или большинство звуковых спектров. Другим критерием типизации спектров служат физические процессы, лежащие в основе их получения. Так, по типу взаимодействия излучения с материей, спектры делятся на эмиссионные (спектры излучения), абсорбционные (спектры поглощения) и спектры рассеивания. 2.2 Область применения Данный метод применяют для определения содержания углерода и серы в железе прямого восстановления методом инфракрасной спектроскопии после сжигания пробы в высокочастотной (ВЧ) индукционной печи. Метод применим для определения массовой доли углерода в диапазоне от 0,05% до 2,5% и/или массовой доли серы в диапазоне от 0,001% до 0,055% в железе прямого восстановления. Прямое восстановление железа — это восстановление железа из железной руды или окатышей с помощью газов (СО, Н2, NH3), твердого углерода, газов и твердого углерода совместно. Процесс ведется при температуре около 1000 °C, при которой пустая порода руды не доводится до шлакования, примеси (Si, Mn, P, S) не восстанавливаются, и металл получается чистым. 2.3 Выполнение анализа Для проведения анализа используются реактивы установленной аналитической степени чистоты, дистиллированную воду, дополнительно очищенную перегонкой или другим способом. - Кислород чистотой не менее 99,5% масс. - Хлорнокислый магний (безводный) размером гранул от 0,7 до 1,2 мм. - Вольфрамовый плавень (в виде гранул) с известными низкими массовыми долями углерода <0,002% и серы <0,0005%. - Чистое железо или железо с известными низкими массовыми долями углерода <0,002% и серы <0,0005%. - Оловянные капсулы вместимостью 0,3 см3, диаметром 5 мм и длиной 17 мм. - Углекислый барий (ВаСО3), тонко измельченный порошок. Порошок высушивают при температуре 105 °С в течение 3 ч и охлаждают в эксикаторе. - Стандартные растворы сернокислого калия Сернокислый калий (K2SO4) высушивают при температуре 105 °С и охлаждают в эксикаторе. Сернокислый калий взвешивают с точностью до 0,0002 г в соответствии с таблицей 1. Таблица 1 - Стандартные растворы сернокислого калия
Навески переносят в пять мерных колб с одной меткой вместимостью 100 см3, растворяют в 50 см3 воды, разбавляют до метки и перемешивают. Для анализа используется анализатор, пригодный для высокочастотного (ВЧ) сжигания проб и последующего измерения поглощения в инфракрасной области спектра образовавшихся оксидов углерода и серы. После чистки камеры печи, замены фильтров или перерыва в работе прибора для стабилизации работы оборудования сжигают несколько проб, состав которых аналогичен анализируемым. Пропускают кислород через аппарат и устанавливают показания контрольно-измерительных приборов на нулевое значение. Поступающий кислород очищают, используя трубки, наполненные аскаритом и хлорнокислым магнием, расход кислорода в режиме ожидания поддерживают приблизительно 0,5 дм3/мин. Между камерой печи и анализатором устанавливают фильтр из стекловаты, который меняют по мере необходимости. Камеру печи, подставку и поглотитель фильтра необходимо очищать как можно чаще для удаления отложений оксидов. Печь для сжигания состоит из индуктора и высокочастотного генератора. Камера сжигания представляет собой кварцевую трубку, которая смонтирована в индукторе. Эта трубка имеет на концах металлические пластины, укрепленные металлическими кольцами круглого сечения. В металлических пластинах имеются входные и выходные отверстия для газа с фильтром на выходе для предотвращения попадания частиц пыли в систему детектирования. Расход кислорода может изменяться в зависимости от типа анализатора и зависит от состава пробы, но обычно в момент сжигания он равен 2,0 дм3/мин. На стадии сжигания температура зависит от мощности ВЧ генератора, геометрии печи, индуктора, а также состава и количества пробы в тигле. Температура может быть 1700 °С или более. При включении электропитания выдерживают определенный интервал времени, рекомендованный изготовителем оборудования, для стабилизации каждой единицы оборудования. Проводят холостой опыт. Для этого в керамический тигель помещают 1,3 г чистого железа и 1,9 г вольфрамового плавня. Тигли помещают на специальную подставку и сжигают содержимое. Для достижения наибольшей точности проводят не менее трех холостых опытов. Используют среднее значение результатов холостого опыта для нулевой регулировки прибора в соответствии с требованиями изготовителя Для анализа используют железные концентраты размером частиц не более 160 мкм. Тигли должны быть определенного размера, подходящего для данной системы, и соответствовать подставке таким образом, чтобы проба в тигле располагалась на оптимальной высоте в пределах индуктора, когда она находится в поднятом положении. Тигель, содержащий пробу, флюс и плавень, помещают на подставку, которая установлена так, что в поднятом положении проба в тигле оказывается точно внутри индукционной катушки. Такое расположение обеспечивает эффективную связь при подаче энергии. Тигли предварительно прокаливают в токе кислорода в печи не менее 2 ч при температуре 1350 °С (или при температуре 1000 °С, при определении только серы) и затем хранят в эксикаторе. В керамический тигель взвешивают 0,4 г пробы железной руды с точностью до 0,0001 г, далее добавляют 1,9 г вольфрамового плавня. Тигли помещают на специальную подставку и сжигают содержимое тигля. Спустя некоторое время на мониторе заранее подключенного компьютера появятся результаты измерения содержания серы и углерода в пробе железа. Подготовка к построению градуировочного графика для определения углерода: взвешивают навески углекислого бария с точностью до 0,0002 г в соответствии с таблицей 1 и помещают их в шесть керамических тиглей. Таблица 2 - Градуировочная серия навесок углекислого бария для определения углерода
Подготовка к построению градуировочного графика для определения серы. Используя микропипетку вводят 50 мкл каждого стандартного раствора сернокислого калия в семь оловянных капсул в соответствии с таблицей 3. Таблица 3 - Градуировочные растворы сернокислого калия для определения серы
Медленно высушивают капсулы и их содержимое при температуре от 80 °С до 90 °С в течение 2 ч и охлаждают в эксикаторе. Подготовленные оловянные капсулы помещают в соответствии с таблицей 3 в семь керамических тиглей. Подготовка к построению градуировочного графика для совместного определения углерода и серы Подготовленные оловянные капсулы со стандартными растворами сернокислого калия и углекислый барий помещают в соответствии с таблицей 4 в семь керамических тиглей. Таблица 4 - Градуировочная серия стандартных веществ для совместного определения углерода и серы
Тигли, подготовленные как показано в приложении А, помещают на специальную подставку и сначала сжигают содержимое тигля 7 с максимальным количеством углерода и/или серы, затем содержимое тигля 6 для проверки. Делают поправку в показаниях на соответствующее значение. содержимое других тиглей и регистрируют результаты для проверки линейности графика. Примечание - В качестве матричного элемента во все тигли вводят навески чистого железа, равные 0,400 г. Приложение А Последовательность загрузки тигля |