工業(yè)消石灰純度分析方法

王蕾 (山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東 萊蕪 271104)

0 引言

山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠銀前區(qū)有2臺130 t/h中溫中壓混燃高、焦?fàn)t煤氣余熱鍋爐，額定壓力3.60 MPa，額定溫度435 ℃。隨著環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，為保證余熱鍋爐煙氣排放達(dá)標(biāo)，煙氣脫硫設(shè)施投入運行，脫硫工藝采用半干法循環(huán)流化床脫硫工藝，脫硫劑使用氫氧化鈣含量在90%以上工業(yè)消石灰, 為保障脫硫效果達(dá)到要求，需要對入廠消石灰純度進(jìn)行化驗分析。目前工業(yè)消石灰分析方法有EDTA滴定法、蔗糖法和灼燒法三種分析方法。對三種分析方法原理及影響化驗準(zhǔn)確性的因素進(jìn)行探討，選擇合適的消石灰分析方法，解決了入廠消石灰純度快速檢測問題，有效保證入廠藥劑質(zhì)量。

1 消石灰純度分析方法介紹

1.1 EDTA滴定法測定工業(yè)氫氧化鈣Ca(OH)2含量

(1)測定原理：水中鈣、鎂等金屬離子均可和乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na )起絡(luò)合作用, 但在pH≥12時, 鎂形成沉淀,不與乙二胺四乙酸二鈉作用。將樣品溶液pH值調(diào)至12～13,以鈣指示劑為指示劑, 用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定, 溶液顏色由紫紅色變?yōu)樗{(lán)色為終點，根據(jù)所耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，計算被測溶液中鈣離子的濃度。

(2)試劑

鹽酸:1+1；氫氧化鉀:200 g/L；三乙醇胺:1+1; EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液：C (EDTA)=0.01 mol/L; 鈣指示劑:1%氯化鈉粉末。

(3)工業(yè)氫氧化鈣含量測定儀器、設(shè)備：一般實驗室用儀器

(4)測定步驟

樣品制備：稱取lg樣品精確至0.1 mg, 于250 mL燒杯中, 加蒸餾水50 mL, 再加入30 mL鹽酸1+1溶液, 加熱至沸10 min，冷卻至室溫, 用快速定量濾紙過濾，濾液濾于500 mL容量瓶中, 加蒸餾水至刻度, 搖勻，樣品溶液制備完畢。

測定方法：移取樣品溶液10 mL于250 mL錐形瓶中,加入水50 mL蒸餾水, 加1+1三乙醇胺溶液5 mL, 搖勻, 加200 g/l氫氧化鉀溶液調(diào)pH值為12～13，靜置2～3 min，加入約0.1 g鈣指示劑, 用0.01 mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液由紫紅色變?yōu)轷r明蘭色為滴定終點，記錄EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，同時做平行實驗及空白實驗。

(5)計算:氫氧化鈣質(zhì)量百分含量按下式計算

式中：C為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(mol/L);V為滴定消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(mL);m為樣品質(zhì)量(g)；0.074 10為與1.00 mL EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液[C (EDTA) =1.000 mol/L]相當(dāng)?shù)臍溲趸}的質(zhì)量(g)；

取平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為測定結(jié)果, 兩次平行測定結(jié)果的絕對差值不大于0.3%[1]。

1.2 蔗糖法測氫氧化鈣含量

(1)方法原理：氫氧化鈣在水中溶解度很小，加入蔗糖溶液后就可使之成溶解度大的蔗糖鈣，再用酸滴定蔗糖鈣中的氫氧化鈣的含量，試驗溶液以酚酞為指示劑, 用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至無色。

(2)試劑：0.5 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液；4 g/L氫氧化鈉溶液；蔗糖溶液:300 g/L; 酚酞指示液:10 g/L

(3)儀器、設(shè)備：電磁攪拌器，常規(guī)實驗儀器

(4)分析步驟

稱取約0.5 g試樣, 精確至0.0002 g, 置于250 mL錐形瓶中，加入50 mL除二氧化碳水, 振搖使之混勻。加入50 mL蔗糖溶液, 用電磁攪拌器攪拌15 min后，加人2～3滴酚酞指示液, 用0.5 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至溶液無色，并保持30 s，記錄消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，同時做空白試驗。

(5)結(jié)果計算：氫氧化鈣含量以氫氧化鈣[Ca(OH)2]的質(zhì)量分?jǐn)?shù), 數(shù)值以%表示, 按下式計算:

式中：c為鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度的準(zhǔn)確數(shù)值 (mol/L);V為試驗溶液所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積的數(shù)值 (mL);V0為空白試驗溶液消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液休積的數(shù)值 (mL);m為試樣的質(zhì)量的數(shù)值 (g)；M為氫氧化鈣[1/2 Ca(OH)2,]摩爾質(zhì)量的數(shù)值(g/mol) (M=37.05)。

取平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為測定結(jié)果, 兩次平行測定結(jié)果的絕對差值不大于0.3%[2]。

1.3 灼燒法分析

(1)方法原理：CaCO3分解溫度為825 ℃， Ca(OH)2的分解溫度為580 ℃，Ca0較穩(wěn)定加熱不分解，因此, 把消石灰加熱到580 ℃，使Ca(OH)2脫水生成CaO, 通過水的質(zhì)量可以計算出氫氧化鈣質(zhì)量。反應(yīng)方程式為:Ca(OH)2→Ca0+H20

(2)儀器設(shè)備：干燥箱高溫爐常規(guī)實驗儀器

(3)分析步驟

用已經(jīng)灼燒至恒重的瓷坩堝稱取2.0 g試樣，精確至0.1 mg，將試樣置于烘箱中，在105～110 ℃條件下烘干1.5～2.0 h，取出，放至干燥器中冷卻至室溫，稱重，重復(fù)烘干至恒重 (每30 min稱量一次，至兩次稱量之差小于0.000 1 g)，記錄坩堝和試樣質(zhì)量m1。將烘干至恒重的試樣置于高溫爐中，調(diào)節(jié)溫度至580～600 ℃，高溫灼燒1.0～1.5 h，取出，放至干燥器中冷卻至室溫，稱重，重復(fù)灼燒至兩次稱量之差小于0.000 1 g。記錄坩堝和試樣質(zhì)量m2[3]。

(4)結(jié)果計算：氫氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計算,:

式中：m1為烘干至恒重的試樣和坩堝質(zhì)量(g)；m2為灼燒至恒重的試樣和坩堝質(zhì)量(g)；18為水的摩爾質(zhì)量(g/mol)；74為氫氧化鈣的摩爾質(zhì)量(g/mol)；2為試樣質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與探討

2.1 分析結(jié)果

選取消石灰樣品，分別采用EDTA滴定法、蔗糖法、灼燒法三種不同方法測定氫氧化鈣含量，分析結(jié)果如表1所示。

表1 EDTA滴定法、蔗糖法、灼燒法測定氫氧化鈣含量結(jié)果

如表1所示，用EDTA滴定法、蔗糖法、灼燒法三種不同方法測定氫氧化鈣含量分別為91.77%、91.56%、91.48%，三種測定方法的結(jié)果符合平行測定的絕對差值不大于0.3%要求，在誤差范圍內(nèi)。

2.2 分析探討

對三種不同分析方法從試樣制備、分析步驟、分析時長、終點判斷、影響因素及注意事項等方面進(jìn)行分析探討，選擇最佳化驗方法。

2.2.1 EDTA滴定法

EDTA滴定法試驗樣品制備需要加酸、加熱煮沸方式溶解試樣，試樣溶解后需冷卻過濾、定容等操作，制備過程繁瑣，僅制備時間需要30 min。用酸溶法制取試樣，消石灰中含有氧化鈣、碳酸鈣等全部反應(yīng)，測定結(jié)果為全鈣。

EDTA滴定法屬于絡(luò)合滴定，絡(luò)合滴定是以絡(luò)合反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定方法，滴定過程中既要考慮溶液pH調(diào)整控制，還要考慮其它離子的干擾，添加掩蔽劑，干擾因素較多。EDTA滴定法測定消石灰濃度分析中終點時顏色由藍(lán)紫色到明藍(lán)色不好判斷，且由于有干擾離子，出現(xiàn)滴定終點時較嚴(yán)重反色現(xiàn)象，終點顏色保持時間短，終點判斷困難，導(dǎo)致分析結(jié)果準(zhǔn)確性、重復(fù)性較差。

絡(luò)合反應(yīng)反應(yīng)緩慢，因此滴定過程中要做到“慢滴快搖”，保證其充分反應(yīng)。

2.2.2 蔗糖法

蔗糖法測定消石灰濃度屬于酸堿滴定，操作簡單，用時較短，終點顏色變化明顯，反色現(xiàn)象較EDTA滴定法輕，無論是同一人分析還是不同人分析結(jié)果準(zhǔn)確性、重復(fù)性均較高。

蔗糖法分析注意事項：測定時, 不應(yīng)使氫氧化鈣生成碳酸鈣, 所以要用新煮沸過而盡量除去二氧化碳的蒸餾水, 以免氫氧化鈣進(jìn)一步與二氧化碳作用生成碳酸鈣, 使消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液量偏低。再者, 因蔗糖只與氫氧化鈣反應(yīng), 而不與碳酸鈣反應(yīng), 所以樣品要密封保存，同時盡量避免雨天取樣，同時稱量試樣要迅速, 否則氫氧化鈣會吸收空氣中的二氧化碳變成碳酸鈣, 導(dǎo)致結(jié)果偏低[4]。

2.2.3 灼燒法

灼燒法能準(zhǔn)確測定工業(yè)消石灰中氫氧化鈣濃度，準(zhǔn)確度較高，操作簡單，但耗時較長，不適宜作為入廠消石灰濃度檢測。

3 結(jié)語

EDTA滴定法、蔗糖法、灼燒法三種方法均可用于工業(yè)消石灰濃度檢測，且三種測量誤差都在允許范圍內(nèi)；但EDTA滴定法終點反色現(xiàn)象嚴(yán)重，分析結(jié)果準(zhǔn)確性、重復(fù)性較蔗糖法和灼燒法低，灼燒法準(zhǔn)確性、重復(fù)性均較好，但分析耗時長，不滿足快速入廠分析要求；蔗糖法操作簡單，化驗人員易于掌握，分析耗時短，準(zhǔn)確性、重復(fù)性均較好，適用于作為消石灰入廠分析方法。