Рисунок 1 - Установка для определения углерода
вата гигроскопическая по ГОСТ 5556;
стекловата;
кальций углекислый по ГОСТ 4530;калия гидроокись по ГОСТ 24363, раствор с массовой долей 35 %;
хрома (VI) окись по ГОСТ 3776, хромовую смесь готовят следующим образом: 4 г хромового ангидрида растворяют в 10 см3 воды, затем прибавляют небольшими порциями при постоянном помешивании 5 см3 серной кислоты;
натрий сернокислый 10-водный по ГОСТ 4171, раствор с массовой долей 20% или натрий сернокислый безводный по ГОСТ 4166, раствор с массовой долей 10%, насыщенный углекислым газом или кислородом. К раствору прибавляют 5-6 капель серной кислоты и несколько капель метилового оранжевого (затворная жидкость);
кальций или барий кремнекислый, не содержащий СО,; при наличии СО2 кремнекислый кальций или барий прокаливают в электропечи сопротивления, затем в трубе для сжигания при (950±10) °С в токе кислорода или сернистого газа;
окись меди гранулированная по ГОСТ 16539, медная сетка, проволока или стружка;
метиловый оранжевый (индикатор), водный раствор с массовой долей 0,1 %;
калий марганцовокислый по ГОСТ 20490, раствор с массовой долей 5 %;
аскарит;
кальций хлористый;
кислота серная по ГОСТ 4204;
образец сравнения серы с массовой долей углерода 0,03% для серы сортов 9998, 9995, 9990 и 0,15% — для других сортов. Образец сравнения готовят по 5.2.3.
Подготовка к анализу
В печи 9 и 13 вставляют кварцевую или фарфоровую трубку 8, которая должна выступать из печей не менее чем на 175 мм с каждой стороны. Оба конца трубы закрывают пробками 7 и 14, в отверстия которых вставлены одноходовые стеклянные краны 6.
В трубу 8 печи 13 между асбестовыми пробками помещают медную сетку 12, свернутую в виде цилиндра, пересыпанную кремнекислым кальцием (барием), не содержащим СО,. Вместо сетки можно применять медную проволоку, медную стружку или окись меди.
Для сжигания пробы серы в печь подают кислород из баллона 1 с редуктором 2 или из газометра 3. Кислород очищают, пропуская через склянку Тищенко 4, содержащую раствор марганцовокислого калия в растворе гидроксида калия, затем через колонку 5 для сухих поглотителей, наполненную внизу стеклянными бусами, а вверху — аскаритом и хлористым кальцием, разделенными стеклянной или гигроскопической ватой. Подачу кислорода регулируют краном 6.
Газы из печи для очистки от продуктов сгорания серы пропускают последовательно через U-образную трубку 15, наполненную стеклянной или гигроскопической ватой (для удержания твердых частиц, увлекаемых газом и конденсирующегося тумана серной кислоты), через буферную склянку 6, препятствующий перебрасыванию хромового ангидрида в U-образную трубку 15, через две поглотительные склянки 17, содержащие по 50 см3 раствора хромового ангидрида в серной кислоте. После этого газ поступает в газоанализатор типа ГОУ-1 для измерения объема углекислого газа.
Газоанализатор типа ГОУ-1 состоит из газоизмерительной бюретки (эвдиометра)1 24 вместимостью 250 см3 с автоматическим затвором — поплавком 22, термометром 23 и шкалой 26, холодильника 25 и поглотительного сосуда 18, наполненного раствором гидроксида калия и снабженного автоматическим затвором-поплавком 22. Деления шкалы показывают процентное содержание углерода в сере при навеске 1 г.
Бюретка 24 имеет двойные стенки (рубашку), пространство между которыми через специальное отверстие вверху бюретки заполняется водой для поддержания постоянной температуры.
Уравнительная склянка 27 имеет боковую трубку 31, закрываемую пробку 32. Склянку 27 наливают от 400 до 500 см3 водного раствора сернокислого натрия и закрывают резиновой пробкой 29, в отверстие которой вставлен трехходовой кран 28 с резиновой грушей 30.
При помощи груши газовую смесь переки'ІШі4ютиз бюретки 24 в поглотительный сосуд 18 И обриТНО.
Перед началом работы печи 9 И 13 нцгрсивюТ Д° температуры (850±50) °С и (525±25) °С соответственно, ПронврН1Рт все соединения и краны на герметичность И ПРИВОДЯТ ВПЛВРВТ В рабочее состояние. Для этого кран 21 гребенки |9СТДВЯТ В Ш)ЛОЖСНИС, при котором бюретка 24, поглотительный сосуд 18 и холодильник 25 разобщены между собой. Открыв кран 29 на соединение бюретки 24 с атмосферой, с помощью уравнительной склянки 27 и груши 30 наполняют бюретку 24 затворной жидкостью (при этом кран 28 уравнительной склянки 27 ставят в положение разобщения с атмосферой, а трубку 31 закрывают пробкой 32).
Как только жидкость заполнит бюретку 24, кран 20 закрывают, кран 21 ставят в положение, при котором бюретка 24 соединена с поглотительным сосудом 18. Кран 28 уравнительной склянки 27 ставят на соединение с атмосферой, жидкость при этом из бюретки 24 начинает стекать в склянку 27, уровень раствора щелочи в поглотительном сосуде 18 при этом повышается, поднимая поплавок 22.
Как только поплавок закроет выход из поглотительного сосуда 18, кран 21 гребенки 19 ставят в положение, при котором бюретка 24, поглотительный сосуд 18 и холодильник 25 разобщены между собой. Малый кран 20 снова ставят на соединение бюретки с атмосферой и точно так же, как указано выше, при помощи уравнительной склянки 27, крана 28 и груши 30 наполняют бюретку 24 жидкостью до верхнего предела (поплавок закрывает выход из бюретки).
Когда бюретка 24 заполнится жидкостью, кран 20 закрывают, а кран 28 уравнительной склянки 27 ставят на соединение с атмосферой.
Если прибор герметичен, то поглотительный сосуд 18 остается заполненным, а уровень жидкости в бюретке остается без изменений. Постоянство уровня наблюдают, когда жидкость находится в узкой части бюретки 24, отсчет проводят по делениям шкалы 26.
Если уровни растворов опускаются, то прибор не герметичен, его следует разобрать, протереть краны, смазать их вазелином и вновь проверить на герметичность.
Условия проведения анализа
Измерительная бюретка должна быть тщательно очищена от загрязнений промывкой хромовой смесью, а затем дистиллированной водой.
При отсчете показаний шкалы бюретки необходимо всегда одинаковым способом подносить трубку 31 уравнительной склянки 27 к бюретке, держа ее так, чтобы жидкость всегда была на одном уровне. Шланг, соединяющий бюретку с уравнительной склянкой, должен находиться всегда в одном положении и не свисать со стола.
Отсчеты показаний бюретки можно проводить только после 15—20 с выдержки (измеряют с помощью секундомера), чтобы жидкость могла полностью стечь со стенок.
При появлении в трубке 8 капель серной кислоты кремнекислый кальций (барий) заменяют свежим.
Фарфоровые или кварцевые лодочки длиной 80—100 мм прокаливают в печи при 800—900 °С и хранят в эксикаторе.
Проведение анализа
В трубку для сжигания 8 при помощи медного крючка вдвигают через отверстие для пробки 7 три лодочки 10 и 11с кремнекислым кальцием (барием) и включают обогрев печей 9 и 13.
Как только печи нагреются до соответствующих температур, газоанализатор ставят в рабочее положение, а трубку 8 с помощью пробок 7 и 14 соединяют с U-образной трубкой 15 и с краном 6, после чего проводят контрольный опыт, т.е. пропускают ток кислорода через накаленную трубку 8 и наблюдают показания шкалы 26 бюретки 24 до и после поглощения двуокиси углерода.
Как только в системе исчезнет углерод, разность показаний шкалы до и после поглощения двуокиси углерода будет равна нулю или будет давать одно и то же значение величины (1-2 деления шкалы), которое вычитают при расчете. Затем работу прибора проверяют по образцу сравнения серы, для этого из трубки 8 печи 9 вынимают лодочки 10 и 11, в лодочку 10 помещают 0,3-0,5 г образца сравнения серы, засыпают кремнекислым кальцием (барием). Лодочки 10 и 11 быстро вдвигают с помощью крючка в трубку 8 печи 9 и закрывают трубку резиновой пробкой 7. Открывают кран 6 и пропускают из газометра 3 ток кислорода со скоростью 4-5 пузырьков в секунду. Кран 21 должен быть отрегулирован так, чтобы спуск затворной жидкости из бюретки 24 в склянку 27 проходил равномерно (наполнение бюретки 24 газами должно длиться около 1-1,5 мин). При этом кран 28 уравнительной склянки 27 ставят на соединение с атмосферой.
Как только узкая (нижняя) часть бюретки заполнится газами и уровень жидкости достигнет нулевого деления шкалы 26, кран 21 ставят в положение разобщения с холодильником 25, бюреткой 24 и поглотителем 18, прекращают подачу кислорода (закрывают кран 6), жидкости дают стечь со стенок и через 15-20 с измеряют объем полученной газовой смеси. Для этого с трубки 31 склянки 27 снимают пробку 32 и, перемещая склянку 27 при соответствующем положении крана 28 вдоль бюретки (рядом с ней), достигают положения, при котором уровни жидкости в бюретке 24 и трубке 31 склянки 27 находятся на одном уровне. Записывают показания шкалы 26, трубку 31 закрывают пробкой 32. Краном 28 разобщают склянку 27 с атмосферой, поворотом крана 21 соединяют бюретку 24 с сосудом 18 и с помощью груши 30 газообразные продукты переводят 2— 3 раза из бюретки 24 в поглотительный сосуд 18 и обратно. При переводе газа в бюретку 24 кран 28 уравнительной склянки ставят в положение сообщения с атмосферой. Записывают показания шкалы. По разности отсчетов до и после поглощения СО, определяют объем поглощенной двуокиси углерода. После измерения объема поглощенной двуокиси углерода с помощью крана 20 освобождают бюретку от газа, заполняют ее затворной жидкостью и проводят вторичное сжигание. Определение считают законченным, если при контрольном сжигании пробы разность отсчетов до и после поглощения СО, будет равна нулю. В конце каждого испытания проводят замер температуры и атмосферного давления и по таблице, приложенной к прибору, находят поправку для условий, при которых проводилось определение углерода.
Массовую долю углерода в анализируемой сере определяют так же, как в образце сравнения.
Обработка результатов
Массовую долю углерода Х4, %, вычисляют по формуле
где V — объем углекислого газа, выраженный в процентах углерода;
К — поправка на температуру и давление;
т — масса навески серы, г.
Массовую долю органического вещества Xs, %, вычисляют по формуле
^=1,1,25, (5)
где Х4— массовая доля углерода, %; 1,25 — коэффицент пересчета углерода на органическое вещество.
За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное допускаемое расхождение между которыми, а также абсолютная суммарная погрешность результатов анализа не превышают значений, указанных в таблице 4.
|
Массовая доля углерода |
Допускаемое расхождение |
Суммарная погрешность |
|
От 0,005 до 0,030 включ. |
0.006 |
0.004 |
|
Св. 0,030 до 0,060 " |
0,010 |
0.006 |
|
" 0,06 до 0,20 |
0,02 |
0,01 |
|
■' 0,20 до 0,50 |
0,06 |
0,04 |
Таблица 4
В процентах
Газообъемный метод определения содержания углерода является арбитражным.
Спектральный метод
Сущност ь метода
Метод основан на фотографировании спектров проб и определении общего углерода по градуировочному графику.
Аппаратура, материалы и реактивы:
спектрограф ИСП-30 с однолинзовым кварцевым конденсором;
генератор дуги переменного тока ДГ-2 в режиме низковольтной искры;
микрофотометр типа ИФО-451 или МФ-2, МФ-4;
электроды алюминиевые марки АД-1, диаметром 6 мм. На концах электродов высверливается цилиндрический канал, наружным диаметром 3 мм, внутренним 2,5 мм, глубиной 3-5 мм. Для работы используются два электрода, заполненные пробой. Алюминиевые электроды, изготовленные на токарном станке или с помощью штампа, протирают и промывают в ацетоне или бензоле для удаления следов смазочных масел, просушивают под тягой и затем на алюминиевом противне обжигают в электропечи при (500±10) °С в течение 20 мин для удаления следов органических соединений. После охлаждения электроды помещают в закрытую стеклянную- банку и хранят в сухом месте;
пластина алюминиевая размером 24 х 70 х 10 мм для дозировки заполнения электродов пробами, в которой фрезой сделано плоское углубление глубиной 8 мм и размерсъм 16x16 мм;
фольга алюминиевая для хранения образцов;
проявитель и фиксаж;
ступка агатовая или стальная хромированная диаметром 90 мм;
сито с сеткой 0071Н по ГОСТ 6613;
линейка алюминиевая;электропечь сопротивления типа СНОЛ, обеспечивающая устойчивую температуру нагрева (500± 10) °С;
шкаф сушильный типа СНОЛ, обеспечивающий устойчивую температуру (80±2) °С;
стаканчик СН-85/15 по ГОСТ 25336;
сера ос.ч. 16-5;
сера с массовой долей органических веществ 0,3-0,5 %;
ацетон по ГОСТ 2603;
бензол по ГОСТ 5955.
Подготовка к анализу
Для подготовки основного образца измельчают около 50 г серы с массовой долей органических веществ от 0,3 до 0,5 %., просеивают и выдерживают в сушильном шкафу при (80±2) °С в течение 20 ч до постоянной массы. Затем определяют массовую долю органических веществ по 5.1.
За значение массовой доли органических веществ принимают среднее арифметическое результатов десяти параллельных определений.
Образцы сравнения готовят смешением серы основного образца с серой квалификации ос.ч., предварительно измельченной и просеянной через сито. Для этого навески серы основного образца массой 20; 6 и 2 г тщательно смешивают в ступке соответственно с навесками серы квалификации ос.ч. массой 40, 54, 58 г. Результаты всех взвешиваний в граммах записывают с точностью до третьего десятичного знака. Массовая доля углерода в первом образце — 0,1- 0,2 %, втором образце — 0,003-0,06 % и в третьем образце — 0,01- 0,02 %.
