phân tích hàm lượng cácbon + Phương pháp thể tích khí + Phương pháp phân tích quang phổ +Phương pháp chuẩn độ axit-bazo phương pháp phân tích thể tích mẫu có chứa cacbon được đốt tron
Trang 1LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn chân thành tới cô giáo Nguyễn Thị NgọcQuỳnh trưởng khoa kỹ thuật phân tích và là người hướng dẫn em thực tập cùngtoàn thể các thầy giáo, cô giáo trong khoa dã giúp đỡ và tạo điều kiện thuân lợicho em trong thơì gian thực tập sản xuất vừa qua
Đồng thời em cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới kĩ sư Phạm TuyếnNam-trưởng trạm hóa nghiệm-nhà máy luyện thép lưu xá-công ty gang thépThái Nguyên.Cùng toàn thể các cán bộ nhân viên trong phòng vì sự nhiệt tìnhquý báu,đã giúp em thu được nhiều thành công trong đơt thưc tập này
Sinh viên :Vũ THị Thu Trang
Lớp E1-4 K52.khoa kỹ thuật phân tích
Trang 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1 Lịch sử nhà máy luyện thép lưu xá
Công ty gang thép thái nguyên là cái nôi đầu tiên của nghành công nghiệpluyện kim Việt Nam.Được thành lập từ năm 1959 là khu công nghiêp duy nhấttại Việt Nam có dây truyền sản xuất luyện kim khép kín từ quặng-sát-gang-phôithép và cán thép
Ngày 29/11/1963 mẻ thép đầu tiên đã ra lò, đánh dấu một mốc son quantrọng mở ra hướng phát triển mới cho nền kinh tế đất nước.Trải qua hơn 52 nămphát tiển và trưởng thành, sản phẩm gang thép Thái Nguyên đã được sử dụngtrong hầu hết các công trình xây dựng trọng điểm của quốc gia như: Thủy điệnhòa bình, Yali, đường day tải điện 550kv bắc nam, cầu Thăng Long, cầuChương Dương và nhiều công trình khác
Nhà máy Luyện Thép Lưu Xá la một đơn vị thành viên trực thuộc công tyGang Thép Thái Nguyên được thành lập theo quyết định soos2472-KH/Cty ngày21-11-1964 của giám đốc công ty Gang thép Thái Nguyên và giấy phép đăng kýkinh doanh số: 106616 ngày 02 tháng 3 năm 1993 do ủy ban tỉnh Bắc Thái cấp
Do chiến tranh phá hoại của đế quốc Mỹ, nên nhà máy phải tạm ngừng hoạtđộng Sau khi thống nhất đất nước , ngày 15 tháng 12 năm 1976 mẻ thép đầutiên đã dược ra lò
Qua hơn 25 năm phấn đấu xây dựng và trưởng thành nhà máy luyện théplưu xá đã trải qua các công nghệ sản xuất như:
Luyện thép từ 2 lò bằng mác tanh dung lượng 50 tấn/mẻ - > đúc phôi thépbằng khuôn kim loại
Luyen thép từ lò điện cao công suất 30 tấn/mẻ - > đúc phôi thép bằngkhuôn kim loại
Luyện thép từ lò điện cao coonh suất 30 tấn/mẻ -> đúc phôi thép bằng máyđúc liên tục 4 dòng với kích thước phôi vuông 100*100 mm, sản lượng 96.000tấn/năm
Trang 3Năm 2001 được đầu tư một dây truyền công nghệ mới là : lò trộn ganglỏng-> lò điện siêu cao công suất 30 tấn/mẻ -> lò tinh luyện LF 40 tấn/mẻ ->máy đúc liên tục 4 dòng với kích thước phôi vuông 120* 120 nm Về năng lựcsản xuất: 240.000 tấn thép phôi/năm.
- Nguyên liệu chính : Thép phế, gang lỏng, quặng sắt, đá vôi, huỳnhthạch
Trang 4Nhà máy luyên thép lưu xá công ty gang thép thái nguyên
2 Nhiệm vụ của trạm hóa nhiệm.
Trong quá trình nấu luyện luôn cần lấy mẫu thép mang đi phân tíchkiểm tra các thành phần hóa học trong thép Để điều chỉnh các nguyên tố hóahọc phù hợp với cơ, lý, tính mác thép yêu cầu
Trạm hóa nhiệm nhà máy Luyện Thép Lưu Xá- Công ty Gang Thép
TN với nhiệm vụ phân tích các thành phần trong thép khi đang nấu luyện.Đồngthời phân tích, đánh giá sản phẩm phôi thép với 5 nguyên tố chính la : C,S, Si,
Trang 5≤0,29 ≤ 1,80 ≤0,55 0,04 0,040,24-0,29
3 Các phương pháp phân tích hàm lượng C,S,Mn, P, Si
3.1 phân tích hàm lượng cácbon
+ Phương pháp thể tích khí
+ Phương pháp phân tích quang phổ
+Phương pháp chuẩn độ axit-bazo (phương pháp phân tích thể tích) mẫu
có chứa cacbon được đốt trong luồng oxi Khí cacbon ddioxxit được hấp thụbằng Ba(OH)2
CO2(khí) + Ba(OH)2 -> BaCO3(Rắn ) + H2O
Lượng thừa BA(OH)2 được chuẩn độ bằng HCL
3.2 Phân tích hàm lượng lưu huỳnh
+ Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử( phương pháp chuẩn độ iot)
+Phương pháp phân tích quang phổ
+Phương pháp phân tích khối lượng: Lưu huỳnh được chuyển về dạng
SO42- bằng chất oxi hóa mạnh.sau đó kết tủa SO42-bằng BaCL2 thu được muốiBaSO4 kết tủa Nung kết tủa đến khối lượng không đổi rồi đem đi cân Tínhphần trăm khối lượng lưu huỳnh theo công thức có sẵn
+Phương pháp chuẩn độ kết tủa( phương pháp phân tích thể tích): lưuhuỳnh được chuyển về dạng S2-bằng chất khử trong dung dịch Dùng dung dịchchuẩn là bạc nitrat (phuwowg pháp này còn gọi là phương pháp đo bạc ) Xaydựng đường cong chuẩn độ Xác định điểm tương đương bằng chất chỉ thị hóahọc Từ đó tính được nồng độ của S2- trong dung dịch Tính được lương lưuhuỳnh có trong mẫu
Trang 6+ Phương pháp chuẩn độ axit-bazo: Phương pháp thuận tiện khi xá định lưuhuỳnh trong các vật liệu hữu cơ và sinh học là sự cháy của mẫu trong luồng oxi.Đioxit lưu huỳnh ( và cả trioxit lưu huỳnh) tạo ra trong quá trình oxi hóa đượchấp thụ bằng dung dịch loãng của peoxithidro.
này
SO2(khí) + H2O2 -> H2SO4
Sau đó người ta chuẩn độ axit sunfuaric bằng dung dịch chuẩn của kiềm
3.3.Phân tích hàm lượng Mn
+ Phương pháp phân tích quang phổ
+ Phương pháp phân tích trọng lượng
+ Phương pháp Arsenic-Nitric
+ Phương pháp chuẩn độ tạo phức (phương pháp phân tích thể tích): dùng dunh dịch EDTA để chuẩn độ, với 6< PH< 8 là thích hợp Xác định điểm tương đương bằng chất chỉ thị hóa học , thường dùng là Eriocrom
3.4.Phân tích hàm lượng Si
+ Phương pháp so màu
+ Phương pháp trọng lượng-pecloric
+ Phương pháp phân tích quang phổ
+ Phương pháp chuẩn độ oxi hóa-khử ( phương pháp iođi): đây cũng là phương pháp phân tích thể tích Iot sinh ra trong phản ứng iot hóa khử của ion iođua, được chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn natri thiosunfat
3.5 Phân tích hàm lượng P
Trang 7+ Phương pháp so màu.
+ Phương pháp phân tích quang phổ
+ Phương pháp phân tích khối lượng : photpho được chuyển về dạng
H3PO4 bằng axit mạnh Người ta kết tủa photphat ở dạng MgNH4PO4.6H2O bằng cách thêm Mg2+ với sự trung hòa tiếp theo bằng dung dịch nước của NH3 Sau khi lọc rửa phần còn lại được chuyển thành Mg2P2O7 bằng cách nung ở nhiệt độ 1000°C Đem khối lượng của kết tủa nhận đươc đi cân Rồi tính phần trăm khối lương P theo công thức có sẵn
+ Phương pháp chuẩn độ kết tủa ( phương pháp phân tích thể tích): P được chuyển về dang PO43- Dùng dung dịch chuần bạc nitrat Xác định điểm tương đương bằng chất chỉ thị
+ Ngoài dung dịch AgNO3 còn có dung dịch Pb(CH3COOH)2 cũng thường dùng trong phương pháp này
+ Phương pháp chuẩn độ axit-bazo (phương pháp paahn tích thể tích): P được chuyển về dạng H3PO4 trong dung dịch Sau đó cho thêm các dung dịch
H2MoO4 và muối amoni vào dung dịch nói trên:
12H2MoO4 + 3NH4 + H3PO4 -> (NH4)3PO4.12MoO3 + 12H2O + 3H+
(NH4)3PO4.12MoO3 + 26OH- -> HPO42- + 12MoO42- + 14H2O + 3NH3
Lượng thừa NaOH được chuẩn độ bằng HCL
Trang 8CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH PHÂN TÍCH
Phương pháp phân tích hóa học
1-Phân tích hàm lượng lưu huỳnh
1.1 bản chất của phương pháp
Các dạng tồn tại của lưu huỳnh
Trong gang, thép lưu huỳnh tồn tại ở nhiều dạng có hóa trị S2-,SO Khi xácđịnh phải xác định tổng lượng lưu huỳnh Có nhiều phương pháp xác định tổnglương lưu huỳnh:
+ Phương pháp trọng lương
+ Phương pháp chưng cất
+ Phương pháp axit kiềm
Nguyên tắc của phương pháp chuẩn độ iot: Đốt mẫu trong dòng oxi ở nhiệt
độ cao, S có trong mẫu chuyển về dang SO2 Dùng H2O hấp thụ SO2
thành H2SO3 Dùng I2 chuẩn lượng H2SO3 tạo thành với hồ tinh bột làm chỉ thị
Từ lương I2 tiêu tốn suy ra %S có trong mẫu
Nhưng thường dùng phương pháp chuẩn độ Iot
1-Biến áp 30A : tăng giảm nhiệt độ lò nung
2-Lò nung gia nhiệt bằng thanh điện trở C-Si
3-Gía máy đặt các bình lọc khí
4-Chai oxy
Trang 95-Bình giảm áp: ổn định áp suất khi khí oxi vào máy
6-Bình chúa KMnO4 40%: lọc oxi vào máy
7-Bình chúa H2SO4 đặc: lọc oxi vào máy
8-Bình chúa CaCL2khan: làm khô oxi vào máy
9-Khóa mở oxi
10-Ôngs sứ: chứa thuyền đựng mẫu
11-Nút cao su
12-Qủa bàng lọc bụi:lọc các oxit kim loại
13-Bình hấp thụ: chứa dung dịch hồ tinh bột
14-Buret tự động : chứa dung dịch I2
15-Binh đựng dung dịch I2
17-Khay đựng thuyền mẫu
18-Móc thép Cr-Ni đẩy thuyền ra vào ống sứ
-Thuyền sứ trước khi sử dụng phải được nung trong dòng oxi ở nhiệt độ đốt mẫu
và bảo quản trong bình hút ẩm
-Axit sunfuaric ( d=1,84)
-Dung dich chuẩn iot: Độ chuẩn của dung dịch được xác định bằng cách: đốtmẫu tiêu chuẩn thép có chúa hàm lượng S và thành phần hóa học,điều kiện tiếnhành tương tự mẫu thí nghiệm Độ chuần Ts của dung dịch iot được tính theocông thức
Trang 10
Ts = C/ V
Trong đó:
C: Hàm lượng lưu huỳnh trong mẫu tiêu chuẩn
V: Thể tích dung dịch tiêu tốn khi chuẩn độ
.dung dịch hồ tinh bột 0,03% pha trong nước
.chất trợ dung: tiếc hoặc đồng tinh khiết hóa học dạng phôi hoặc hạt nhỏ dung dịch pemanganat kali 4% pha trong dung dịch kali hydroxit 30-40%pha trong nước
canxi clorua dạng cục
1-3 Cách tiến hành
-Chuẩn bị: trước khi đốt mẫu cho vào bình hấp thụ 50ml dung dịch hồ tinh
bột 0,03% Mở khóa thông oxi rồi từ từ ngỏ dung dịch iot xuống cho đến khidung dịch trong bình hấp thụ có màu xanh lam ổn định thì dừng lại ( màu giốngvới màu ban đầu)
-Tiến hành: cân 0,25 -> 0,5g mẫu ( tùy theo ham lương S có trong mẫu) dải
đều lượng mẫu đã cân vào thuyền sứ đã làm sạch, phủ đều lên mẫu 0,2 -> 0,3gchất trợ dung
Dùng móc đẩy thuyền sứ vào vùng có nhiệt độ cao trong ống sứ lò đốt.Đậynhanh ống sứ lại bằng nút cao su Đốt mẫu ở nhiệt độ 1350°C đối với gang, théphợp kim cao, ở nhiệt độ 1300°C đối với gang và thép hợp kim thường, gia nhiệt
30 giây đến 1 phút Sau đó thoonh khí oxi đốt mẫu với tốc độ 2,5 lit/phut Hỗnhợp khí tạo thành gồm SO2 va O2 dư đi qua bình hấp thụ, rồi được chuẩn độbằng dung dịch I2 Trong khi đốt mẫu nhỏ từ từ dung dịch iot vào bình hấp thụ
và chuẩn độ sao cho : Dung dịch trong bình có cường độ màu giảm, nhưng luôn
có màu xanh trong suốt thời gian đốt mẫu, đến khi dung dịch có màu ổn định 30giây -> 1phut nữa Nếu màu xanh không đổi thì ngừng chuẩn độ, đọc và ghi thểtích I2 tiêu tốn Tính kết quả
Mẫu tiêu chuẩn làm giống như mẫu sản xuất
Trang 111.4- Tính kết quả:
%S sx = (% S tc / Vtc ) Vsx
Trong đó:
%S sx: thành phần S có trong mẫu xác định
%S tc : thành phần S đã biết trong mẫu tiêu chuẩn
V tc : thể tích I2 tiêu tốn cho mẫu TC
V sx : thể tích I2 tiêu tốn cho mẫu SX
2 Phân tích hàm lượng silic- Si.
Xác định hàm lượng Si trong gang, thép bằng phương pháp so màu
2.1 Nguyên tắc phương pháp:
Dùng axit thích hợp hòa tan mẫu chuyển silic về dạng tan trong môi trườngaxit thích hợp Silic tác dụng với amoni molipdat tạo thành phức chất màuvàng Dùng các chất khử như Fe2+, SnCL2 chuyển phức màu vàng về dạngphức xanh Đo cường độ màu xanh suy ra hàm lượng Si có trong mẫu
Phương trình phẩn ứng xảy ra khi phân hủy mẫu:
3FeSi + 16HNO3 -> 3Fe( NO3)3 + 3H4SiO4 + 7NO + 3H2O
FeSi + 3H2SO4 -> FeSO4 + Si(SO4)2 + 3H2
Si(SO4)2 + 4H2O -> H4SiO4 + 2H2SO4
Trang 12Sau khi hoà tan mẫu chuyển được Si có trong mẫu vào dung dịch ở dạng
H4SiO4 Cho tác dụng với amoni molipdat tạo thành phức màu vàng
H4SiO4 + 12Mo( NH4)2O4 +24HNO3 -> H8Si( Mo2O7)6 + 10H2O
+ 24NH4NO3
Dùng một trong những chất khử FeSO4, SnCl2 khử phức màu vàng về dạngmàu xanh là hỗn hợp phức của oxit molipden cao và thấp với axit silicic theophản ứng:
H8Si( Mo2O7)6 + FeSO4 + H+ -> H8[Si( Mo2O7)5 Mo2O5] + Fe2SO4
+ H2O
2.2 Quy trình phân tích Si trong mẫu thép thành phẩm
A- Dụng cụ, thiết bị và hóa chất:
Dụng cụ, thiết bị: máy so màu và các phụ tùng kèm theo, bình nón
100ml,buret,pipet,bếp điện,cân phân tích, mẫu tiêu chuẩn
Hóa chất:
Dung dịch axit nitric 1/3 pha trong nước
Dung dịch pemangannat kali 4% pha trong nước
Dung dịch natri nitrit 10% pha trong nước
Dung dịch muối Mor 6% pha trong axit sunfuaric 0,5%
Dung dịch amoni molipdat 5% pha trong nước để qua đêm lọc
Dung dịch axit oxalic 5% pha trong nước
Hỗn hợp axit phá mẫu : 50ml axit H2SO4( d=1,84) pha trong 200ml nước,
để nguội, thêm 8ml axit HNO3 (d=1,40) pha loãng bằng nước tới 1lit
Trang 13Lấy ra làm lạnh đến nhiệt độ phòng, sau đó chuyển dung dịch trên vào bìnhđịnh mức 100ml, thêm nước cất tới vạch định mức, xóc trộn đều dung dịch ( nếu
là gang thì phải lọc )
Hút chính xác 10ml dung dịch trên ( gang thì hút chinh xác 5ml ) cho vàobình định mức 50 ml, thêm 5ml (NH4)2MoO4 5%, lắc đều, đun cách thủy trênbếp khoảng 30s, làm lạnh tới nhiệt độ phòng Cho tiếp vào 15ml dung dịch
H2C2O4 5%, lắc đều cho tan kết tủa + 5ml NH4Fe(SO4)2, lắc đều, thêm nước cấttới vạch định mức, xóc trộn đều dung dịch, để yên 2 phút Sau đó đem đo mật độquang trên máy trên máy đo màu 722 ở bước sóng 650nm
Đọc mật độ quang đo được rồi tính kết quả
C-Kết quả
%Si = (% SiTC / E TC) ESX
Trong đó: %Sisx: thành phần Si trong mẫu cần xác định
%Sitc : thành phần Si đã biết có trong mẫu tiêu chuẩn
Etc : Mật độ quang đo được trong quá trình phân tích mẫu TC
Esx : mật độ quang đo dược trong quá trình phân tích mẫu SX
2.3- Quy trình phân tích Si trong mẫu thépchách tiến hành phân tích trước lò:
A-Dụng cụ hóa chất
Dụng cụ : bình nón 100ml, , buret, pipet, cân phân tích, mẫu tiêu chuẩn, bếp
điện, máy so màu 722
Trang 14cho vùa lắc) đến khi dung dịch hết màu nâu( kết tủa tan hoàn toàn), đun tiếp trênbếp khoảng 30s để phân hủy hết NaNO3 dư
Vẫn để trên bếp thêm tiếp vao bình nón 30ml H2O cất + 5ml (NH4)2MoO4
5%, dung dịch có màu vàng nhạt, lấy xuống làm nguội ngay đén nhiệt độ phòng.Thêm 10ml H2C2O4 5% + 5ml FeSO4 6% dung dich có màu xanh
Đo màu trên máy 722 N với kính 650, đọc mật độ quang (E)
Mộu tiêu chuẩn thép phân tích giống mẫu thép trước lò
C-Kết quả:
%Si sx = (%Si tc / E TC) ESX
%Sitc : thành phần Si đã biết trước trong mẫu tiêu chuẩn
ETC : mật độ quang đo trong quá trình phân tích mẫu TC
ESX : mật độ quang đo trong quá trình phân tích mẫu SX
Trang 15Tạo với photpho phức màu vàng Dùng các chất khử như Na2SO3, SnCl2,
[CS(NH2)-CuSO4] chuyển phức màu vàng về dạng phức xanh Đo cường độ màu xanh, suy ra hàm lượng photpho có trong mẫu
Phản ứng hòa tan mẫu:
3Fe3P + 41HNO3 -> 3H3PO4 + 9Fe(NO3)3 + 14NO + 16H2O
Một phần chuyển về H 3 PO 3
3Fe3P + 39HNO3 -> 3H3PO3 + 9Fe(NO3)3 +12NO + 15H2O
Để chuyển H 3 PO 3 -> H 3 PO 4 dùng KMnO 4 oxi hóa
5H3PO3 + 2KMnO4 + 6HNO3 -> 5H3PO4 + 2Mn(NO3)2N + 2KNO3
3.2-Quy trình phân tích photpho trong mẫu thép trước lò
A-Dụng cụ,thiết bị, hóa chất:
Dụng cụ: bình nón 100ml, bình định mức 100ml,50ml ,pipet 5ml, cân
phân tích, bếp điện, tủ hút độc, mẫu thép tiêu chuẩn
Thiết bị: máy so màu và phụ tùng kèm theo
Hóa chất: axit nitric 2/5
Dung dich NH4F 1% + SnCl2.2H2O 0,1%
(NH4)6Mo7O24.24H2O 10% + KNaC4H4O6 10%
KMnO4 5%
Trang 16B-Cách tiến hành:
Cân 0,5g mẫu phoi thép cho vào bình nón 100ml, thêm 5ml axit HNO3 2/5 đặt bình nón lên bếp đun cho tan mẫu Cho vào từng giọt KMnO4 5% (vừa cho vùa lắc) đến khi dung dịch có kết tủa nâu của MnO(OH)2
Thêm 5ml hỗn hợp [(NH4)6Mo7O24.H2O 10% + KNaC4H4O6 10%] tiếp tục cho thêm 40ml hỗn hợp [ NH4F 1% + SnCl2.H2O 10% ] lúc này dung dịch có màu xanh
Đo mật độ quang (E) trên máy đo màu 722 ở kính lọc có bước sóng 650nm Mẫu tiêu chuẩn cũng phân tích giống mẫu sản xuất
C-Kết quả:
%PSX = (%PTC / ETC) ESX
Trong đó: %PTC là thành phần P trong mẫu tiêu chuẩn đã biết trước
%PSX là thành phần P trong mẫu cần xác định
ETC mật độ quang đo được của mẫu tiêu chuẩn
3.3 Quy trình phân tích P trong mẫu thép thành phẩm
A-Thiết bị, dụng cụ, hóa chất
Thiết bị: máy so màu và phụ tùng kèm theo
Dụng cụ: bình nón100ml, pipet 5ml, cân phân tích, bếp điện, tủ hút độc,
mẫu thép tiêu chuẩn
Hóa chất: Axit nitric 1/3
Axit HCl 1/1
Dung dịch KMnO4 4% pha trong nước
Dung dịch natri nitrit 10% pha trong nước
Dung dịch sunfit natri 10% pha trong nước
Dung dịch amoni molipdat 5% pha trong nước để qua đêm lọcB-Cách tiến hành phân tích
Cân 0,5g mẫu thép ( hoặc 0,2g mẫu gang) chuyển vào bình nón có dung tích 100ml, thêm 30ml HNO3 1/3 đun đến tan hoàn toàn mẫu, nhỏ từng giọt