專利名稱：碳化釩中游離碳的分離及檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種碳化釩中游離碳的分離及檢測方法，屬于分析化學領域。
背景技術：
碳化釩的生產主要是采用多釩酸銨(NH4(V6O16))或釩酸銨(NH4VO3)在碳的還原作用下，經高溫1000°c以上真空焙燒獲得。產品的主要成分是碳化釩、低價氧化釩、游離碳及少量的粘結劑。生產中工藝條件不同，多釩酸銨(NH4(V6O16))或釩酸銨(NH4VO3)轉化成碳化釩的轉化率不同，產品的質量也相差很遠。釩在轉化過程會生成多種形態含釩產品(主要是指含有+4、+3、+2、0價釩的產品)，如果從釩的相分析[4][5]來分析釩轉化為碳化釩的轉化率，從而推導出碳化釩含量，分析步驟將會十分繁瑣，而且準確度可能不高。因此如何準確分析
碳化釩含量面臨較大困難。對于產品中的碳元素，只存在兩種形式游離碳和化合碳(即碳化釩)，如果能測定樣品中化合碳的含量，就可直接體現產品的質量。實驗結果表明，測定樣品中化合碳時，必須先分離樣品中的游離碳，而使化合碳能保持固體形式。發明人試圖采用控制一定溫度將樣品灼燒去除游離碳，再將殘渣轉入碳硫儀直接測定化合碳的含量，但由于在500°C左右，樣品就會出現結焦現象，而無法轉移，低于500°C游離碳很難或基本上不會燃燒。但上述方法并不適合含有粘結劑的碳化釩樣品。有文獻報道中指出化合碳和游離碳的分離可采用酸溶再過濾的方法，但不同樣品，其分離方法則不盡相同。有的文獻中指出選擇專用的過濾器(例如株洲特種陶瓷材料廠生產的特種陶瓷過濾器)可以消除空白，但其價格比較昂貴而且不易獲得。目前國內外未見碳化釩產品中游離碳的分離方法報道。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種碳化釩中游離碳的分離方法，該方法用于碳化釩中游離碳的分離方法。本發明的技術方案是游離碳的分離方法，包括如下步驟a、樣品處理稱取碳化釩樣品，加水潤濕，加入硝酸；b、過濾將步驟a處理后的樣品經過濾紙過濾，蒸餾水洗滌至中性；C、灼燒將濾紙及殘渣轉入坩堝中，放入43(T460°C的馬弗爐中灼燒3(T40min，取出冷卻至室溫，去除濾紙灼燒后的灰分即得游離碳。優選的，所述步驟c中馬弗爐溫度為440°C。其中，所述步驟a中硝酸為按照硝酸水的體積為I : 2 3配制而成，用量為樣品質量的80 200倍。優選的，所述步驟a中硝酸按照硝酸水的體積為I : 2配制而成。其中，所述步驟a中加入硝酸后還進行保溫，溫度為90 100°C，時間為20 30mino其中，所述步驟a中樣品質量m=0. 2000 O. 5000g。
其中，所述步驟b中的濾紙為中速定量濾紙。其中，所述步驟b中蒸餾水溫度為5(T80°C。本發明還提供了碳化釩中游離碳的分離方法，包括如下步驟a、樣品處理稱取碳化釩樣品，加水潤濕，加入硝酸；b、過濾將步驟a處理后的樣品經濾紙過濾，蒸餾水洗滌至中性；C、檢測將濾紙及殘渣轉入坩堝中，放入43(T460°C的馬弗爐中灼燒3(T40min，使濾紙灼燒成灰分，取出冷卻至室溫，測定游離碳的含量。其中，所述步驟c中采用碳硫儀測定游離碳的含量。
本發明的有益效果本發明方法建立了一種碳化釩中游離碳的分離及檢測方法，填補碳化釩生產中游離碳分離及檢測的技術空白，可用于測定碳化釩生產中反應原料轉化為碳化釩的轉化率。本發明方法分離效果好，檢測結果準確性高，重復性好。本發明方法采用的儀器價格便宜、易于得到，大大地降低了分析成本。本發明方法的過程操作簡單，易于掌握，且安全無害，可作為其它樣品中游離碳分離及檢測的借鑒。
具體實施例方式本發明的技術方案是碳化釩中游離碳的分離方法，包括如下步驟a、樣品處理稱取碳化釩樣品，加水潤濕，加入硝酸；b、過濾將步驟a處理后的樣品經過濾紙過濾，蒸餾水洗滌至中性；C、灼燒將濾紙及殘渣轉入坩堝中，放入43(T460°C的馬弗爐中灼燒3(T40min，取出冷卻至室溫，去除濾紙灼燒后的灰分即得游離碳。優選的，所述步驟c中馬弗爐溫度為440°C。其中，所述步驟a中硝酸為按照硝酸水的體積為I : 2 3配制而成，用量為樣品質量的80 200倍。優選的，所述步驟a中硝酸按照硝酸水的體積為I : 2配制而成。其中，所述步驟a中加入硝酸后還進行保溫，溫度為9(Γ100 ，時間為2(T30min。其中，所述步驟a中樣品質量m=0. 2000 O. 5000g。其中，所述步驟b中的濾紙為中速定量濾紙。其中，所述步驟b中蒸餾水溫度為5(T80°C。本發明還提供了碳化釩中游離碳的檢測方法，包括如下步驟a、樣品處理稱取碳化釩樣品，加水潤濕，加入硝酸；b、過濾將步驟a處理后的樣品經過濾紙過濾，蒸餾水洗滌至中性；C、檢測將濾紙及殘渣轉入坩堝中，放入43(T460°C的馬弗爐中灼燒3(T40min，使濾紙灼燒成灰分，取出冷卻至室溫，測定游離碳的含量。其中，所述步驟c中采用碳硫儀測定游離碳的含量。本發明中，根據硝酸對碳化物的溶解特性，化合碳轉變為碳酸鹽并完全溶解于體系中，而樣品中的游離碳則不受硝酸的影響，以游離單質的形式飄浮或沉于溶液中，選用濾紙進行過濾，過濾后殘渣連同濾紙在馬弗爐中灼燒，濾紙燒成灰分，而游離碳不燃燒，從而完成游離碳的徹底分離，同時消除游離碳檢測中的空白。通過對分離的游離碳進行檢測，得到碳化釩產品中游離碳的含量，用總碳量減去游離碳量就能算出化合碳的含量，從而間接確定釩的轉化率，體現產品的質量。濾紙在碳化過程中會釋放較大的黑色濃煙，馬弗爐是最常見的高溫設備，適用于灼燒操作；如果用較貴重的儀器設備，會薰黑設備，對設備的外觀和壽命均會有影響。因此使用馬弗爐既能滿足本發明方法的適用條件，還可以降低檢測成本。本發明中，先加一定的水潤濕樣品作用是防止加硝酸溶解樣品結塊，緊貼于燒杯底難于分散，對酸度的影響較小，可忽略不計。本發明中碳化釩是合金產品，具有較強的還原性，必須引入一定的氧化劑才能將樣品徹底分解，而硝酸是樣品前期處理常用的氧化型酸，而稀硫酸和鹽酸則不具備這一性質。如果采用稀硫酸和鹽酸溶解碳化釩，再滴加一定量的硝酸也是可以的，只不過采用單一的硝酸就能使樣品溶解，就無需再使用其它的酸，使操作更簡單。發明人對硝酸的濃度作了進一步的研究，結果表明如果硝酸濃度太高會使游離碳被氧化損失，造成測定結果偏低，如果硝酸濃度太低不能使化合碳全部分解，在過濾過程 中殘留在游離碳中，使結果偏高。硝酸的用量太多則會導致浪費，太少則不利于化合碳的溶解，經發明人研究發現按照硝酸水的體積為I : 2 3配制而成的硝酸，用量為樣品質量的80^200倍時，溶解效果最好。本發明中加入硝酸后于9(TlO(TC保溫2(T30min有助于試樣溶解。常壓下，該溫
度下酸的揮發緩慢，能保持溶液的相對酸度和體積，溫度太高硝酸發揮會加快，是溶液酸度較大，可能導致游離碳被氧化而損失，溫度低了樣品溶解相對較緩慢一些。保溫可采用恒溫箱、實驗室常用的水浴鍋等。有文獻報道，可采用酸洗石棉進行過濾，但對人有致癌的作用；而慢速定量濾紙過濾速度稍慢；因此優選使用中速定性濾紙，無毒、且成本較低。本發明中，采用濾紙過濾后游離碳會附著在濾紙上，洗滌至中性目的在于去除硝酸根離子，使分離后所得的游離碳盡可能少的有其它雜質成份，而且可避免在灼燒過程中樣品蹦濺而造成損失。過濾的時候蒸餾水的溫度高則過濾洗滌速度快，縮短操作時間，一般使用5(T80°C的蒸餾水。陶瓷坩堝是實驗室最常見而廉價的一種坩堝，使用方便，因此，本發明中使用陶瓷坩堝。而專用坩堝、鉬金坩堝不易獲得，且價格昂貴，會增加檢測成本。在灼燒過程中，溫度過低，濾紙不能燃燒或不能完全燃燒，測定碳的空白值(空白值也就是在不加待測樣品的情況下，隨同待測樣品進行相同操作所測定的結果)非常大；溫度過高，游離碳會部分或全部燃燒，使游離碳的測定結果偏低，因此要保證樣品灼燒后游離碳的質量保持不變，必須對樣品進行燃燒溫度的選擇控制，即確保濾紙完全燃燒而游離碳沒有任何損失。發明人經過多次反復試驗發現，灼燒溫度以43(T460°C較為合適。經過進一步的研究確定優選的灼燒溫度為440°C。在試樣分析時所采用的樣品質量一般為O. 100(Tl. OOOOg，不同的樣品和檢測的目標物質的含量不同，用于檢測的樣品質量也不同。對于難溶樣品來說，樣品質量的選取更為重要，樣品質量過多，會造成樣品的前期溶解不完全，影響檢測結果；本發明所涉及的碳化釩產品中游離碳含量較低，一般〈O. 5%，如果樣品質量太少，一旦達不到檢測儀器的精度，檢測結果就不準確。因此，發明人綜合上述因素，通過多次試驗研究證實，樣品質量以O. 2000 O. 5000g 為佳。
下面結合實施例對本發明作進一步闡述，實施例僅用于說明本發明，而不是用任何方式來限制本發明。試驗例I硝酸濃度的選擇硝酸濃度選擇試驗取四個燒杯，編號1#、2#、3#、4#，均加入O. 5000g同一碳化釩試樣，用少量水潤濕，分別加入硝酸水的體積為I : 2、I 3、I 4、I 5的不同濃度的硝酸40mL，水浴加熱2(T30min后，觀察實驗現象，實驗結果列于表I。表I不同濃度硝酸溶解化合碳結果
>f葡酸濃度I實驗現象I游離碳測記結汜
I燒杯屮溶液Iii灰色變淺綠色Jtiin變成遛翠綠色，m I
1# 1:2 I 0.244%__I液済澈透_.表明化合碳溶解完全__
2#1:3 I0.248%
__[溶液比丨衫ftlW，冇極少化A碳未溶解完全 _
I燒杯中溶液丨丨f灰色變淺綠色敁后變成翡翠綠色，fi 3#1:4 I1.34%
__丨溶液_色比20)丨估，只溶解/少+ 的化合碳_
I燒杯屮溶液I丨I灰&變淺綠色β! 變成逝蘋綠色，丨丨―
AMII% T 7° 4
' I溶液麵色略，渾濁，化介碳溶解很少__'
.............................................t...............................................................I............................................................................................................................................................................................................................................................I...........................................................................................從表2實驗現象及游離碳測定結果看出，硝酸濃度為硝酸水的體積比為I : 2 3時，化合碳能溶解的比較完全。酸度越低化合碳分解越不完全，會導致游離碳測定結果大大偏高，酸度的選擇依據是確保化合碳徹底分解而游離不被氧化損失。如果硝酸水的體積比為I : 1，很可能會氧化游離碳，就算不會氧化游離碳，從分析成本和對環境造成的污染方面考慮也沒有必要再加大硝酸的濃度。試驗例2灼燒溫度的選擇取兩個干凈陶瓷坩堝，編號為I號(質量為22. 9170g)、2號(質量為25. 2457g)。均加入O. 5g左右的碳粉放入馬弗爐中，在430°C、440°C、460°C、50(rC、55(rC溫度下分別灼燒30min后，冷卻稱重，記錄數據見表2。表2灼燒溫度對碳粉質量的影響
燃燒溫度 CC )~ 430440460500550
~I 號總質量(g) 23.4148 23.415023.414623.400523. 3468
~I 號碳質量(g) O. 4978O. 4980O. 4976O. 4835O. 4298
2 號總質量(g) 25. 74325. 74325. 742825. 728525. 6757
2 號碳質量(g) 0.49730.49730.49710.48280.4300
注上表中總質量表示灼燒后坩堝和碳粉的總質量。由試驗結果可以得出，溫度控制在43(T460°C時，游離碳基本上保持恒重，500°C時游離碳質量減少明顯，表明游離碳已經開始燃燒，所以馬弗爐灼燒最高溫度不得大于460°C。試驗過程中發現試樣低于400°C，濾紙基本不燃燒，只能變黑，空白值非常高。在灼燒溫度為440°C時，碳粉質量變化最小，因此，本發明優選的灼燒溫度為440°C。實施例I采用本發明方法檢測碳化釩樣品中的游離碳取三個碳化釩試樣質量均為O. 3000克，按照本發明的方法進行三次平行測定，檢驗其測定方法的精密度，所得結果見表3。本實施例的具體操作步驟如下①試樣的前期處理稱取O. 3000g試樣，于250mL下玻璃燒杯中，用少許煮開的蒸餾水樣品濕潤并搖勻分散，加入硝酸(純硝酸水的體積比為I : 2)40mL，蓋上表面皿，將燒杯置于已煮沸的恒溫水浴箱中水浴加熱2(T30min，加熱過程可偶爾輕輕搖晃燒杯，同時觀察燒杯中溶液體積，如果體積因揮發而減少的量大于10mL， 需向燒杯中補加煮沸的蒸餾水；②過濾分離將燒杯中的液體趁熱用中速定量濾紙過濾，用煮沸后的蒸餾水沖洗燒杯和玻璃棒，并將沖洗后的溶液倒入濾紙中，用水洗至用濾紙中殘渣pH = 6^7為止，濾干后濾紙和殘渣轉移到30ml陶瓷坩堝中；③殘渣灼燒將盛有濾紙和殘渣的陶瓷坩堝放入440±10°C馬弗爐中灼燒，待濾紙燒成灰白色，繼續在該溫度下保溫40分鐘，取出，冷卻待用用碳硫儀測定游離碳按照所用碳硫儀操作規程先校正儀器，再將步驟③陶瓷坩堝中所得的灰份轉入碳硫坩堝中進行測定。儀器自動檢測顯示結果，儀器所顯示的數值即為沒有轉化為碳化釩的游離碳的質量百分含量。隨同試樣做空白試驗。表3碳化釩樣品中游離碳(C%)分析結果
權利要求
1.碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于包括如下步驟 a、樣品處理稱取碳化釩樣品，加水潤濕，加入硝酸； b、過濾將步驟a處理后的樣品經濾紙過濾，蒸餾水洗滌至中性； C、灼燒將濾紙及殘渣轉入坩堝中，放入43(T460°C的馬弗爐中灼燒3(T40min，取出冷卻至室溫，去除濾紙灼燒后的灰分即得到游離碳。
2.根據權利要求I所述的碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于所述步驟c中馬弗爐溫度為440°C。
3.根據權利要求I或2所述的碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于所述步驟a中加入硝酸后還進行保溫，溫度為9(Γ100 ，時間為2(T30min。
4.根據權利要求Γ3任一項所述的碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于所述步驟a中硝酸為按照硝酸水的體積為I : 2 3配制而成，用量為樣品質量的8(Γ200倍。
5.根據權利要求4所述的碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于所述步驟a中硝酸為按照硝酸水的體積為I : 2配制而成。
6.根據權利要求Γ5任一項所述的碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于所述步驟a中樣品質量為O. 2000 O. 5000g。
7.根據權利要求Γ6任一項所述的碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于所述步驟b中的濾紙為中速定量濾紙。
8.根據權利要求Γ7任一項所述的碳化釩中游離碳的分離方法，其特征在于所述步驟b中蒸餾水溫度為5(T80°C。
9.碳化釩中游離碳的檢測方法，其特征在于包括如下步驟 a、樣品處理稱取碳化釩樣品，加水潤濕，加入硝酸； b、過濾將步驟a處理后的樣品經濾紙過濾，蒸餾水洗滌至中性； C、檢測將濾紙及殘渣轉入坩堝中，放入43(T460°C的馬弗爐中灼燒3(T40min，使濾紙灼燒成灰分，取出冷卻至室溫，測定游離碳的含量。
10.根據權利要求9所述的碳化釩中游離碳的檢測方法，其特征在于所述步驟c中采用碳硫儀測定游離碳的含量。
全文摘要
本發明涉及碳化釩中游離碳的分離及檢測方法，屬于分析化學領域。本發明要解決的技術問題是提供碳化釩中游離碳的分離及檢測方法。本發明提供了碳化釩中游離碳的分離方法，包括如下步驟a、樣品處理；b、過濾；c、灼燒。本發明還提供了碳化釩中游離碳的檢測方法，包括如下步驟a、樣品處理；b、過濾；c、檢測。本發明方法可用于碳化釩中游離碳分離及檢測，分離效果好，檢測結果準確。
文檔編號G01N25/02GK102798644SQ20121032120
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者馮向琴, 劉松利, 方民憲, 陳綠英, 榮東玲, 陳彬 申請人:攀枝花學院