專利名稱：一種鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種適用于鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的檢測(cè)、分析方法。
背景技術(shù)：
鋁電解生產(chǎn)過(guò)程與鋁電解成分有著密切的關(guān)系，表示鋁電解質(zhì)成分的特征參數(shù)是鋁電解質(zhì)的酸度，它對(duì)鋁電解的電流效率和能耗有著重大影響。目前，表示鋁電解質(zhì)酸度的方法有分子比和過(guò)剩氟化鋁兩類，我國(guó)的鋁電解生產(chǎn)中采用的是分子比的表示方式。分子比的準(zhǔn)確測(cè)定需要Al2O3、CaF2、MgF2、LiF、KF、炭渣和其他非冰晶石、氟化鋁成份的含量數(shù)據(jù)，這些成份在工廠實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有的無(wú)法測(cè)定，需按估計(jì)值計(jì)算，可以測(cè)定的也存在一定的分析誤差，這些成份的估計(jì)誤差和分析誤差累積起來(lái)將影響到分子比數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，同時(shí)也增加了分析時(shí)間和分析成本。過(guò)剩氟化鋁的測(cè)定不需知道其他成份的含量，在測(cè)定的準(zhǔn)確程度和分析成本上有其優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的分子比測(cè)定方法是氟化鈉燒結(jié)氟離子選擇電極法，此種方法由于是電解質(zhì)粉末同氟化鈉粉末混合，在未熔融的固體顆粒狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)的，相互接觸的部分以及顆粒表面部分的成份可以相互反應(yīng)，而電解質(zhì)顆粒內(nèi)部的一些成份，存在反應(yīng)不完全的情況，造成分析結(jié)果不穩(wěn)、誤差較大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針目的在于提供一種分析測(cè)定準(zhǔn)確度高、簡(jiǎn)便快捷、分析成本低的鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的分析方法，能夠克服現(xiàn)有氟化鈉燒結(jié)氟離子選擇電極法測(cè)定分子比方法中因氟化鈉與鋁電解質(zhì)反應(yīng)不完全而造成的分析結(jié)果不穩(wěn)、誤差較大這一不足。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的分析方法，其特征在于該方法是在鋁電解質(zhì)試樣中加入試樣質(zhì)量15％～35％的氟化鈉混勻，加入分析用水將其淹沒(méi)，再在100～120℃沙浴或電熱板上蒸發(fā)至干；放入高溫爐中，在740～760℃下燒結(jié)15～25分鐘，取出冷卻至室溫，將試料加水研碎，倒入燒杯中加水煮沸并充分?jǐn)嚢瑁乖嚇又羞^(guò)量氟化鈉溶解，浸取出未反應(yīng)的過(guò)量氟化鈉，用氟離子選擇電極法測(cè)定出浸取液中氟的含量，算出未反應(yīng)的過(guò)量氟化鈉的含量，再算出與氟化鈉反應(yīng)的過(guò)剩氟化鋁的含量。
上述技術(shù)方案的具體依據(jù)為①分析原理在酸性電解質(zhì)中加入一定量的氟化鈉，加入分析用水，在沙浴或電熱板上蒸發(fā)至干。高溫?zé)Y(jié)使之成為堿性電解質(zhì)，此時(shí)，在電解質(zhì)中除氟化鈉以外，其他組分都難溶于水，因而可將電解質(zhì)中的氟化鈉浸取于水溶液中，用氟離子選擇電極測(cè)出浸取液的電動(dòng)勢(shì)E值，再算出F-的濃度，計(jì)算出過(guò)量的氟化鈉的質(zhì)量，也就得出被消耗中和過(guò)剩氟化鋁生成冰晶石的氟化鈉的質(zhì)量，進(jìn)而算出鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁的含量。
②試液F-離子濃度的計(jì)算由氟離子選擇電極和飽和甘汞電極做外參比電極組成一個(gè)電化學(xué)電池，直接測(cè)量出電動(dòng)勢(shì)E電池，再計(jì)算測(cè)試液F-離子濃度的。
由于在測(cè)試液中加入總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑(TISAB)，氟離子活動(dòng)系數(shù)基本不變，且測(cè)試時(shí)溫度補(bǔ)償至25℃的電勢(shì)值。根據(jù)能斯特方程，以上電化學(xué)電池的電動(dòng)勢(shì)E和測(cè)試液中氟離子濃度C是線性響應(yīng)值，公式為
E＝K常數(shù)-0.059·lnC其中K常數(shù)為氟離子選擇電極和氟離子活度系數(shù)相關(guān)的常數(shù)。
用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定測(cè)試液F-離子濃度時(shí)，設(shè)測(cè)試液氟離子濃度為Cx，體積為Vx，用離子活度計(jì)測(cè)定的電勢(shì)值為E1，則有E1＝K常數(shù)-0.059·lnCx在測(cè)試液中，加入Vs毫升F-離子濃度為Cs標(biāo)準(zhǔn)溶液，則測(cè)得電勢(shì)值為E2＝K常數(shù)-0.059·ln{(VxCx+VsCs)/(Vx+Vs)}兩式相減整理得Cx＝{VsCs/(Vx+Vs)}/{10-(ΔE/0.059)-Vx/(Vx+Vs)}(公式1)ΔE＝(E2-E1)/1000便可計(jì)算出測(cè)試液中氟離子濃度Cx。
⑧過(guò)剩氟化鋁的計(jì)算設(shè)N1為加入NaF的質(zhì)量，N2為過(guò)量的NaF的質(zhì)量，N3為消耗了的NaF的質(zhì)量，V1為浸取液的體積，V2為移取液的體積，Vx為配制成測(cè)試液的體積，m為試樣重，f為過(guò)剩氟化鋁，NaF消耗AlF3的換算系數(shù)為0.6667，F(xiàn)與NaF的換算系數(shù)為2.21，則有N2＝Cx×2.21×(V1Vx/V2)/1000N3＝N1-N2f＝{(N3×0.6667)/m}×100％＝{[(N1-N2)×0.6667]/m}×100％＝{
/m}×100％(公式2)本發(fā)明提供的上述鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的分析方法，是以鋁電解質(zhì)若要達(dá)到中性時(shí)，所要消耗氟化鈉量在正冰晶石(3NaF·AlF3)中所對(duì)應(yīng)的氟化鋁的量，為鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的定義。由于目前缺乏鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁的化學(xué)測(cè)定方法。針對(duì)背景技術(shù)中氟化鈉燒結(jié)氟離子選擇電極法測(cè)定分子比存在的不足，要解決氟化鈉與鋁電解質(zhì)反應(yīng)不完全的問(wèn)題，采取了以下兩個(gè)措施首先，鋁電解質(zhì)粉末同氟化鈉粉末混合加入分析用水，在沙浴或電熱板上蒸發(fā)至干，氟化鈉在不斷溶解和不斷析出時(shí)，可很均勻的覆蓋到鋁電解質(zhì)固體微粒上。其次，在737℃以上有即鋁電解質(zhì)中酸性相(亞冰晶石Na5Al3F14)分解的情況，通過(guò)提高燒結(jié)溫度到740～760℃，高于鋁電解質(zhì)酸性物相部分的相變溫度(737℃)，使其和氟化鈉反應(yīng)完全。本發(fā)明提供的測(cè)定鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁的方法與現(xiàn)有測(cè)定分子比法相比，具有測(cè)定準(zhǔn)確度高、測(cè)定更加簡(jiǎn)便快捷、分析成本低等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的鋁電解質(zhì)過(guò)剩氟化鋁的分析方法，具體實(shí)施過(guò)程如下1分析步驟1.1分析試液制備1.1.1NaF標(biāo)準(zhǔn)溶液1ml含1mgF，即NaF標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度Cs＝1.000g/L稱取2.2105g經(jīng)110℃烘干2h的分析純NaF，以水定容于1000ml容量瓶中備用1.1.2總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑(TISAB)取58.0gNaCl、57.0ml冰乙酸、10.0g檸檬酸，混合后以5mol/L NaOH(約需175ml)調(diào)至PH＝5.25，移入1000ml容量瓶中，以水稀釋定容至刻度備用；1.2試樣在110±5℃烘干2h置于干燥器中，應(yīng)通過(guò)200目網(wǎng)篩；1.3稱取電解質(zhì)試料m＝1.000g，稱準(zhǔn)至0.1mg，置于鉑坩堝(或瓷坩堝)中，再配入定量NaF N1＝0.2500g，充分混勻；1.4在鉑坩堝(或瓷坩堝)中加入約5ml水使混合試料淹沒(méi)，在100～120℃沙浴或電熱板上蒸發(fā)至干；1.5鉑坩堝(或瓷坩堝)放在高溫爐中，750℃左右燒結(jié)20分鐘，取出冷卻至室溫，將試料加水研碎，全部倒入燒杯中，加水煮沸并充分?jǐn)嚢?分鐘，使試樣中過(guò)量NaF(N2)溶解；1.6冷卻至室溫后，移入V1＝250.00ml容量瓶中，用水定容至刻度；1.7移取V2＝10.00ml上述溶液于Vx＝50ml容量瓶中，加入25.0ml總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑TISAB(1.1.2)，用水定容至刻度，將溶液移入50ml燒杯中，便可測(cè)試；1.8試液測(cè)試(標(biāo)準(zhǔn)加入法)將盛有試液的燒杯置于磁力攪拌器上，離子活度計(jì)調(diào)零后接入氟離子選擇電極和甘汞電極的引線，將氟離子選擇電極，甘汞電極，溫度計(jì)放入測(cè)試液的燒杯內(nèi)，待電勢(shì)值穩(wěn)定后調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償至試液實(shí)際溫度，讀數(shù)即為該測(cè)試液(25℃)電勢(shì)值E1(mv)。
1.9測(cè)得E1后加入Vs＝5.00ml氟標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.1.1)，待讀數(shù)穩(wěn)定后記下E2(mv)。
2.計(jì)算2.1計(jì)算ΔE＝(E2-E1)/1000；2.2計(jì)算測(cè)試液中氟離子濃度CxCx＝{VsCx/(Vx+Vs)}/{10-(ΔE/0.059)-Vx/(Vx+Vs)}＝{5×1/(50+5)}/{10-(ΔE/0.059)-50/(50+5)}＝0.0909/(10-(ΔE/0.059)-0.9091)2.3計(jì)算鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量f＝{
/m}×100％＝{
/1}×100％＝(0.1667-1.842×Cx)×100％
權(quán)利要求
1.一種鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的分析方法，其特征在于該方法是在鋁電解質(zhì)試樣中加入試樣質(zhì)量15％～35％的氟化鈉混勻，加入分析用水將其淹沒(méi)，再在100～120℃沙浴或電熱板上蒸發(fā)至于；放入高溫爐中，740～760℃下燒結(jié)15～25分鐘，取出冷卻至室溫，將試料加水研碎，倒入燒杯中加水煮沸并充分?jǐn)嚢瑁乖嚇又羞^(guò)量氟化鈉溶解，浸取出未反應(yīng)的過(guò)量氟化鈉，用氟離子選擇電極法測(cè)定出浸取液中氟的含量，算出未反應(yīng)的過(guò)量氟化鈉的含量，再算出與氟化鈉反應(yīng)的過(guò)剩氟化鋁的含量。
全文摘要
一種鋁電解質(zhì)中過(guò)剩氟化鋁含量的分析方法，是在鋁電解質(zhì)試樣中加入試樣質(zhì)量15％～35％的氟化鈉混勻，加入分析用水將其淹沒(méi)，在100～120℃沙浴或電熱板上蒸發(fā)至干；放在高溫爐中，在740～760℃下燒結(jié)15～25分鐘，取出冷卻至室溫，加水研碎，倒入燒杯中加水煮沸并充分?jǐn)嚢?，使試樣中過(guò)量氟化鈉溶解，浸取出未反應(yīng)的過(guò)量氟化鈉，用氟離子選擇電極法測(cè)定出浸取液中氟的含量，算出未反應(yīng)的過(guò)量氟化鈉的含量，再算出與氟化鈉反應(yīng)的過(guò)剩氟化鋁的含量。該方法分析測(cè)定準(zhǔn)確度高、簡(jiǎn)便快捷、分析成本低，克服了現(xiàn)有氟化鈉燒結(jié)氟離子選擇電極法測(cè)定分子比方法中因氟化鈉與鋁電解質(zhì)反應(yīng)不完全而造成的分析結(jié)果不穩(wěn)、誤差較大這一不足。
文檔編號(hào)G01N1/28GK1912611SQ200610104520
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
發(fā)明者盧健, 肖偉峰, 馬永國(guó), 張臨芝, 肇玉卿, 丁旭東, 任志彤, 牛永蘭 申請(qǐng)人:蘭州鋁業(yè)股份有限公司