一种工业水淬渣玻璃体含量测定方法与流程

本发明涉及工业水淬渣非晶相含量测定技术领域，特别涉及一种工业水淬渣玻璃体含量测定方法。

技术背景

工业水淬渣作为固体废弃物一直被人们遗弃，但近年来随着技术发展，人们不断对工业水淬渣的开发利用技术不断提高，工业水淬渣特别是矿渣变得供不应求，而水淬渣中的玻璃体含量是评价水淬渣质量的重要指标。

目前测定水淬渣中玻璃体含量的方法主要有xrd结晶度计算法、hf浸出法、显微镜法、热分析法和rietveld全谱拟合法等。这些方法存在适用范围均较窄，或测定周期长、或容易引入误差等缺点。在这些方法中，虽然xrd法在gb/t18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》作为矿渣玻璃体含量的标准测试方法，但是很多文献都报道xrd法测定矿渣玻璃体含量易受仪器参数和样品中的fe等元素的影响，给实验代入误差。如何准确测定玻璃体含量已经成为了亟待解决的重要问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工业水淬渣中玻璃体含量的测定方法，它能够快捷、简便地测定出水淬渣中的玻璃体含量，且不受单一体系的影响，适用于不同体系的工业水淬渣，具有广泛性。

本发明的技术方案为：一种工业水淬渣玻璃体含量测定方法，包括以下步骤：

(一)样品制备；

将400～500g工业水淬渣磨至80～120μm，分2份在熔融温度下煅烧2～4h，一份经煅烧后在5～8l冰水混合物中快速冷却，另一份留在炉内缓慢降温；检测急冷和慢冷后的水淬渣粉是否完全达到玻璃态和晶态，若未达到，重复熔化—急冷或熔化—慢冷，制得非晶相的玻璃体和完全结晶的晶体样品；

(二)工作曲线的制定；

(1)将步骤一制得的玻璃体和晶体样品分别粉磨至全部通过80μm方孔筛，并在100～110℃下烘干至恒重；

(2)在玻璃体中按10％递增加入晶体，称量精度为±0.0001g，确保玻璃体和晶体样品的总质量为5.0000g；将称量好的玻璃体和晶体样品在研钵在将入3～5g的无水乙醇研磨混合25～35min，使样品混合均匀，然后将混合好的样品在100～110℃下烘干；

(3)准确称取4.0000g混合烘干后的玻璃体和晶体样品放于模具中，用硼酸粉末镶边垫底，加压20～30mpa，保持30～40s，制成32×10mm的圆片；

(4)利用紫外可见吸收光谱仪分别测定玻璃体和晶体样品的紫外吸收率；

(5)在获得上述系列玻璃体和晶体样品的紫外吸收光谱后，计算每个波长λi对应的玻璃体含量yi与吸收率xi的二次项回归方程yi＝axi²+bxi+c的复相关系数ri；选取最大复相关系数rmax对应的玻璃体含量－吸收率数据，建立二次项的回归方程，做出玻璃体含量－吸收率的工作曲线，并记录rmax对应的测定波长λmax；

(三)待测工业水淬渣玻璃体含量测定；

按工作曲线测定条件相同的方法，测定待测工业水淬渣样品紫外吸收光谱曲线，选取工作曲线λmax对应的吸收值x，通过工作曲线查出、或通过回归方程y＝ax²+bx+c计算出待工业水淬渣玻璃体含量y。

进一步地，所述的工业水淬渣是指经高温熔融后经水淬冷而得的含玻璃体的工业废渣，而不仅仅局限于某一特定体系的水淬渣。

进一步地，所述步骤(一)中通过xrd或正交偏光法检测急冷和慢冷后的水淬渣粉是否完全达到玻璃态和晶态。

进一步地，所述步骤(二)中的圆片厚度≥2mm。

进一步地，所述步骤(二)中的紫外可见吸收光谱仪分别测定玻璃体和晶体样品在200～2000nm的紫外吸收率；紫外吸收率测定波长范围可在rmax对应的测定波长λmax范围进行优化选择，保证测量范围包含λmax即可，200～2000nm为一般条件下的波长测定范围。

本发明的有益效果是：本发明通过紫外可见吸收光谱仪获得水淬渣紫外吸收率与波长的关系曲线，在测定波长序列上，选择玻璃体含量－吸收率具有最大复相关系数时对应的玻璃体含量与吸收率数据，建立二者的工作曲线或回归方程；测定待测样品的紫外吸收光谱，通过工作曲线或回归方程可求解出待测样品中玻璃体的含量。与现有的水淬渣玻璃体含量测定方法相比，本发明不受水淬渣品种、来源及化学组成的影响，测定的准确度高，无污染等优点；通过实验测试表明本发明建立的工作曲线复相关吸收均大于0.99，在测定工业水淬渣玻璃体含量的绝对误差小于1.5％。

附图说明

图1为一组不同玻璃体含量高炉矿渣紫外吸收图谱。

图2为不同玻璃体含量与吸收率之间的复相关系数与波长之间的关系图。

图3为高炉矿渣玻璃体含量与吸收率的工作曲线。

图4为镍铁渣中不同玻璃体含量紫外吸收图谱。

图5为镍铁渣工作曲线。

具体实施方式

本发明的一种工业水淬渣玻璃体含量测定方法，包括以下步骤：

(一)样品制备；

将400g工业水淬渣磨至120μm，分2份在熔融温度下煅烧2h，一份经煅烧后在5l冰水混合物中快速冷却，另一份留在炉内缓慢降温；检测急冷和慢冷后的水淬渣粉是否完全达到玻璃态和晶态，若未达到，重复熔化—急冷或熔化—慢冷，制得非晶相的玻璃体和完全结晶的晶体样品；

(二)工作曲线的制定；

(1)将步骤一制得的玻璃体和晶体样品分别粉磨至全部通过80μm方孔筛，并在105℃下烘干至恒重；

(2)在玻璃体中按10％递增加入晶体，称量精度为±0.0001g，确保玻璃体和晶体样品的总质量为5.0000g；将称量好的玻璃体和晶体样品在研钵在将入3g的无水乙醇研磨混合30min，使样品混合均匀，然后将混合好的样品在105℃下烘干；

(3)准确称取4.0000g混合烘干后的玻璃体和晶体样品放于模具中，用硼酸粉末镶边垫底，加压20mpa，保持30s，制成32×10mm的圆片；

(4)利用紫外可见吸收光谱仪分别测定玻璃体和晶体样品的紫外吸收率；

(5)在获得上述系列玻璃体和晶体样品的紫外吸收光谱后，计算每个波长λi对应的玻璃体含量yi与吸收率xi的二次项回归方程yi＝axi²+bxi+c的复相关系数ri；选取最大复相关系数rmax对应的玻璃体含量－吸收率数据，建立二次项的回归方程，做出玻璃体含量－吸收率的工作曲线，并记录rmax对应的测定波长λmax；

(三)待测工业水淬渣玻璃体含量测定；

按工作曲线测定条件相同的方法，测定待测工业水淬渣样品紫外吸收光谱曲线，选取工作曲线λmax对应的吸收值x，通过工作曲线查出、或通过回归方程y＝ax²+bx+c计算出待工业水淬渣玻璃体含量y。

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1—高炉矿渣玻璃体工作曲线绘制与含量测定

选取广西某厂水淬高炉矿渣，其化学组成如表1，粉磨至全部通过120微米方孔筛，各称取两份矿渣，每份矿渣200g，按步骤(一)制备所需的玻璃体和晶体样品。分别粉磨玻璃体和晶体至全部通过80μm方孔筛，按步骤(二)方法配置不同比例玻璃体含量样品10个，再将样品压制成型，测定样品在200～2000nm的紫外吸收率，结果如图1所示。

表1高炉矿渣化学组成

在图1中，每个波长对应不同玻璃体含量样品的吸收率，按y＝ax²+bx+c的回归模型求出玻璃体含量yi与吸收率xi的复相关系数ri。波长λi与相关系数ri的关系图如图2所示，选择rmax＝0.996228对应的波长(λ＝212nm)做吸收率xi与玻璃体含量yi的工作曲线如图3，所示二者之间的回归模型为y＝-0.0112x²+0.4776bx-4.1146。

将按步骤(一)制备所需的玻璃体和晶体样品，分别配置成玻璃体含量为5％、15％、25％、35％和45％的四组已知玻璃体含量样品，然后按步骤(二)方法将样品压制成型，并测定样品在200～2000nm的紫外吸收率。

按工作曲线y＝-0.0112x²+0.4776x-4.1146将λ＝212nm对应吸收率代入，计算结果见表2。

表2设计值与计算值玻璃体含量

从上表可知，该工作曲线最大绝对误差为1.03％。

实施例2—镍铁渣玻璃体工作曲线绘制与含量测定

选取某厂冶炼过后的镍铁合金渣，其化学组成如表3，将其粉磨至细度小于120μm，各称取两份矿渣，每份矿渣200g，按步骤(一)制备成非晶相的玻璃体和完全结晶的晶相样品。分别粉磨玻璃体和晶体至全部通过80μm方孔筛，按步骤(二)方法配置不同比例玻璃体含量样品10个，混合均匀后，压制成型，测定样品在200～2000nm的紫外吸收率，结果如图4所示。

表3镍铁渣化学组成

按步骤(二)的分析方法求出rmax＝0.99356，对应波长λ＝582nm，玻璃体含量y与吸收率x的数学模型为y＝-0.0016x²+0.1932x-4.727,回归模型如下图5所示。

配置成玻璃体含量为5％、15％、25％、35％和45％的四组已知玻璃体含量样品，然后按步骤(二)测定样品紫外吸收率图谱，再将波长λ＝582nm对应吸收率x代入工作曲线y＝-0.0016x²+0.1932x-4.727，求解玻璃体含量，结果如表4。

表4镍铁渣设计值与计算值玻璃体含量

利用该工作曲线最大绝对误差为1.49％。

本发明利用玻璃体对不同波长紫外可见光的吸收特性，分析不同玻璃体含量对紫外可见光的吸收发现：由于玻璃体含量不同，样品对紫外可见光的吸收率明显不同，且二者之间存在显著的相关性，其关系符合yi＝axi²+bxi+c的数学模型。通过寻找最大rmax，所建立的数学模型相关性吸收均大于0.99，绝对误差小于1.5％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或简单替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。