冶金分析幻灯片

第1页/共184页冶金分析授课教师：刘淑萍河北联合大学化学工程学院第2页/共184页§1.冶金分析概述1.定义：冶金分析是一门专业性很强分析化学。它是研究冶金生产过程中各种物料的组成及其含量的测定方法和有关理论的一门学科。2.作用：在冶金分析中，对原料的选择、冶炼工艺流程的控制，冶金产品的检验，新产品的试制及应用，都必须以分析结果为重要依据。第3页/共184页§1.冶金分析概述3.发展状况及意义：用氧顶吹转炼钢代替平炉炼钢，缩短时间由十几小时到几十分钟，提出炉前分析。现代冶金分析不仅要作组分分析，而且要作状态、价态、结构微粒微区薄层纵深分析。现代分析技术图书馆中冶金样中有很多现代分析的书籍，作为我们只能是了解，将来工作需要的话再深造第4页/共184页§1.冶金分析概述4．冶金分析过程的特点1.试样来源复杂。3.选择的方法要求快速、简便、易重复2.同一元素分析方法多，杂质影响大。例Si光度容量重量4.取样方法多，正确。第5页/共184页§1.冶金分析概述5、冶金分析方法分类按作用分标准方法非标准方法1).标准方法：由国际某个组织或国家的某个特定机构统一规定的分析方法。可分为：第6页/共184页①标类法：原料分析和成品的质量分析，由所得结果来作为工艺计算、财务计算，评定产品质量的依据，要求准确度高。②快速法：一定准确度下要求快速，用于控制生产过程－炉前分析，是冶炼过程中不可少的。③仲裁法或校核法仲裁：以解决争议为目的的分析方法校核：厂内复核某项分析结果而进行的分析方法§1.冶金分析概述第7页/共184页§1.冶金分析概述•(1)这些方法往往是原标类法中增添一些补充而使精确度提高，要求技术更高的分析人员进行。•(2)分析方法标准须满足以下要求：在政府标准化管理机构领导和组织下进行，按规定的程序编制。按规定格式编写。方法的成熟性得到公认，方法的准确度和精密度可通过协作试验确定。第8页/共184页§1.冶金分析概述•(3)一些标准代号：ISO国际质量认定标准中国国家标准方法代号GB例：GB223.69-89钢铁及合金中燃烧气体容量法测碳ASTM美国标准检验协会JIS日本工业标准中国部颁标准YB冶金部、HB化工部......地方标准第9页/共184页§1.冶金分析概述2).非标准方法企业标准文献方法冶金分析方法很多，且准确度也不相同。因此，测定一个试样的某个组分时，采用不同的方法，测得结果有出入。故，一般都用国家标准方法。唐山钢铁公司对GB进行内部简化，但不影响结果的准确度第10页/共184页§2.标准试样、基准试样一、标准试样（标样）：已经准确知道其化学组成的天然样品或工业产品（矿石、金属、合金、炉渣等）或人工配制的人造试样。要求:组成均匀；稳定不变；主要化学成分准确地确定辅助元素的含量，只是参考，不能作为标准。二、基准试样：纯度极高的单质或化合物，一般至少相当于保证试剂（GR：光谱纯；SP或EP：放射纯）第11页/共184页§2.标准试样、基准试样四、两样作用1）检验分析结果是否正确，校正误差2）在各种仪器分析中用的制作工作曲线3）用于标定各种标液浓度（基准试样可直接配标液）4）仪器的校准5）检查和改进分析方法三、两种试样的区别：基准是由一般化学试剂提纯而得。标准是由国家内有关研究机关或工厂实验室组织生产，它的准确含量由最可靠方法、由有经验的分析人员测定而得。第12页/共184页§2.标准试样、基准试样六、我国现有的标准物质（P131-138）GBW表示什么五、存储与选用存储：于干燥器中密封，防氧化、玷污、受潮失效。怕光的可于棕色干燥器中。选用：与待测试样组分尽量一致，并成分含量接近。第13页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差一、表示方法1.分析结果的表示方法常以被测元素在试样中的存在状态而定。（在后续课程中会显示出来）例如：铁的表示合金中的铁用Fe%表示矿石中的铁一般用Fe2O3%表示若为了知道铁矿石中的铁含量来制定冶金工业生产。用全部的（各种存在状态的铁）含量，TFe%：试样中含铁元素的质量分数.第14页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差※硅酸盐和炉渣样品：因为它们是硅酸盐，是SiO2和金属氧化物的复合物。Si以SiO2%Ca以CaO%Al以Al2O3%Mg以MgO%Fe以Fe2O3Mn以MnO%※用氧化物表示分析结果在一定程度上，反映了客观实在，便于检查分析结果的可靠性。所以，所有组分氧化物百分率的总和应为100%左右。第15页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差2、根据试样的聚集状态气体：体积百分比；液体：g成分重量/L液固体：重量百分比；微量痕量组分时，用ppm、ppb表示的也有第16页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差•3、分析结果的规范表达质检所的正规报表第17页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差二、准确度与允许差1.分析结果所表达的意思：表示组分含量大小表示准确程度（98.2%不准；98.20%准确）2.允许差化学成分允许差成品化学成分允许差化学成分允许差：规定用同一方法分析同一元素时，允许的平行测定结果的偏差。第18页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差元素分析方法含量％Tk％（偏差）Ni重量法0.2～0.80.0570.8～1.50.093光度法0.010～0.025±0.00250.101～0.250±0.010第19页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差•允许差的特点：①同一分析方法，同一试样中某元素其含量范围不同,规定的允许差不同。②方法不同，允许差不同。③范围↑，允许差Tk↑。④标样Tk小于实际样品Tk。第20页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差钢成品化学成分允许差：规定允许的铁水（钢水）的分析结果与成品（固体）取样分析结果差。例：GB/T222-2006钢的成品化学成分允许差第21页/共184页§3.分析结果的表示方法、允许差本讲思考题：1.如何用置信度、置信区间表示测量范围？2.允许差有几种表示方法，各代表什么意义？3.化学方法允许差的特点是什么？4.何为标样？在冶金分析中的作用？5.如何选用保管基准试样？第22页/共184页第二章矿石的分析1、掌握矿石试样的采取和制备；铁矿石分析方法；酸溶铁（SFe）；全铁测定（TFe）；亚铁（FeO）测定。2、了解铁矿石一般分析项目：SiO2、全铁TFe、S、P。从冶炼出发还要测酸溶性铁（SFe）、氧化亚铁（FeO）CaO、MgO、MnO2、烧碱。3、难点：亚铁分析方法第23页/共184页一、矿物地壳中具有一定化学成分和一定物理化学性质的天然产物－矿物金属矿物－指用以提炼各种金属元素的分类非金属矿物－为耐火材料、冶金材料（熔剂）陶瓷材料§2.1概述第24页/共184页§2.1概述二、矿石矿物在自然界中或以单质、以化合物、以多种化合物的组合形式存在的，含有一种或数种有用矿物，其富集程度达到了现代工业中具有经济价值的品位（工业品位）的自然集合体称为矿石。1.种类：含有一种被研究的金属：如常见的赤铁矿同时含有多种矿物。如铅锌矿第25页/共184页2.脉石：含有有用矿物的岩石，在组成上可能很不一致，以石英和硅酸盐为最多。常见的：碳酸盐、黄铁矿、某些金属（如铁、锰）的氧化物和氢氧化物矿石是冶炼的基础原料。分析是保证产品的质量、控制冶炼过程和研究新工艺必不可少的手段。§2.1概述第26页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备一、取样方法1.在呈块状堆积的矿石中，应在具代表性的分布点上取样，取样点的数目和每点上取样量的多少，按实际情况确定。选横、竖线交点作为取样点，用锹或铲从深0.5～0.7m处各取一份试样。※表层风化、氧化大块堆底细砂，中心聚集不均因素大堆不能扒开取样第27页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备2.车厢取样①没有运输不分层时，在表面取样②有运输已分层时，则按不同深度取样在若干个车厢一份份取样时，则可以在第一节车厢取A点，第二车厢取B点……..第28页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备3.在选矿或烧结料运输皮带上取样。只要每隔一定时间间隔取样一次。取样点处用铲将皮带上全宽度范围内物料全部扒下。取样器：锹、铲、挖料钻直径12～50nm薄铁圆筒状取样管第29页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备二．（取样量）制样(见P2中1.1.1~1.1.2部分)送到分析室的原始样是几十公斤、几公斤不等，代表矿体的某一块数或矿层的化学组成。分析用样只需几克、几十克，最多也不过百克，因此对原始试样进行加工。矿物原料试样的制备，要经过破碎、混匀、缩分、过筛、吸铁等工序，即由原始试样缩减到分样用量为止。第30页/共184页kg~Qk值0.1～0.5矿石特性系数mm~d1.最低重量：用切乔特公式§2.2矿石试样的采取和制备2kdQ第31页/共184页各类矿石K值矿种k值铁锰0.1~0.2CuMoW0.1~0.5Ni(硫化物)Co0.2~0.5Cr不大于0.25~0.3PbZnSn0.2铝土矿(非均一的,如黄铁矿化铝土矿,钙质铝土角砾岩)0.3~0.5锑汞不小于0.1~0.2菱镁矿石灰石白云石0.05~0.1脉金(颗粒基本上小于0.1mm)0.2脉金(颗粒基本上近于0.1mm)0.4脉金(颗粒基本上大于0.6mm)0.8~1.0铌钽锆铪BeLiRuOs稀土元素0.1~0.5磷矿石(分布均匀者)萤石黄铁矿0.2高岭土粘土石英岩0.1~0.2明矾石膏硼矿0.2第32页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备例如:有一矿样已全部通过20号筛(d=0.84mm),矿种的K=0.2,则需要缩分出的样品的最低重量为：Q=0.2×0.842=0.141kg说明:该矿种通过20号筛缩分出连续加工的样品重量不能少于141g,否则失去代表性.缩分次数:当样品原始重量比它最低可靠重量大N倍,则缩分次数:N=2m,m:缩分次数.第33页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备例如:原重2kg全部通过20号筛最低可靠重量141g，N=2000/141=14倍，231424，则缩分次数为3而不4。方法:将全部样品通过20号筛，混匀，四分法缩，弃1/2，剩1000g，再四分法，剩500g，再四分法，剩250g141g，就是最低可靠质量，有足够的代表性。实际工作中,如没有提出特殊要求，k=0.2。全部按要求的筛号碎后，缩分至最低可靠重量以上，再全部细碎至所需粒度。第34页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备2.样品加工程序:三个阶段:粗碎、中碎、细碎每个阶段又包括四个程序：破碎过筛混匀缩分3.样品过筛，过程中一定要使样品全部通过，绝不能任意弃去筛上样品.第35页/共184页§2.2矿石试样的采取和制备4.样品混匀,代表性①掀角法(量小的)②分样品法(量大的)③环锥法5.样品缩分①四分②分样器6.样品烘干大宗样品自然干(风干法)少量样品电烘箱105~110℃有些样品不可烘干:物相分析,测定Fe2+样品有些样品低温烘干:黄铁矿中硫化矿60~80℃有些样品较高温烘干:铝土矿锰矿130℃第36页/共184页§2.3矿石分析一、铁矿石分析1.铁矿定义与种类矿石主要成分含铁量%铁的品位要求％磁铁矿FeOFe2O3(Fe3O4)72.456~60赤铁矿Fe2O370.054~58菱铁矿Fe2CO348.230~35褐铁矿Fe2O3nH2O48~62.945~50第37页/共184页§2.3矿石分析矿石中TFe/FeO≤2.7磁铁矿；TFe/FeO＞2.7赤铁矿TFe与SFe之差硅酸铁这部分铁在冶炼中不能还原为金属铁.当硅酸铁中的铁大于2~4%,要相应提高全铁品位要求.※不够品位要求的进行选矿处理.第38页/共184页§2.3矿石分析2.组成脉石:CaO、MgO、Al2O3、SiO2等铁矿石伴生元素:S、P、Pb、Zn、Cu、Mn、Cr、V、TiFe的氧化物盐:FeOFe2O3、Fe2SiO3、Fe2CO3、Fe2(SiO3)3、Fe2(CO3)3、、、、第39