167蛇纹石SiO2MgO元素快速分析方法的研究开发QC167

蛇纹石SiO2、MgO含量快速分析方法的研究开发一、前言张钢总厂自2005年12月开始采购蛇纹石进厂，用来代替白云石粉配加烧结矿。蛇纹石的化学组成是Mg6[Si4O10](OH)8，是一族层状结构的富含镁的硅酸盐矿物的总称，作为冶炼熔剂配料，能够使得烧结矿具有较好的结构构造特征和机械强度。对蛇纹石的工业技术要求主要体现在化学成分及含量上，蛇纹石属于高硅高镁的矿物，一般主要以MgO的含量作为依据，作为冶炼熔剂使用时，其SiO2的含量也必须查明。二、小组概况表一QC小组概况表小组名称质检计控处化验室QC小组小组类型创新型成立日期1993年1月活动日期2005.12～2006.3小组成员表姓名性别职称组内职务李刚男工程师组长孔元男经济师顾问王保平男工程师顾问于形男工人组员张金花女技师组员潘翠凤女高级工程师组员武玉玮女技师组员刁永伟女工人组员李庆香女工人组员吴卫彦女工程师推进者三、选择课题1、问题的提出张钢总厂是一家以生铁为主要产品的企业，化验室日常化验分析范围主要为含铁原料和生铁，对蛇纹石此类高硅高镁的硅酸盐矿物从未开展过化验工作。如何获得蛇纹石SiO2和MgO的准确含量，为烧结矿配加适当比例提供数字依据，就成为我们急需解决的问题。2、选择突破口针对以上问题，应从何处入手解决，小组运用“头脑风暴法”提出了三个可供选择的突破口。1）将蛇纹石的分析采取外包方式，委托有能力进行分析的外单位实验室进行化验。2）按照行业标准HG/T3575-1996《蛇纹石矿石分析方法》中的方法进行独立化验。3）自行开发快速分析化验方法。小组对三个方案进行了分析、评估，并选定了突破口，见表2表2突破口分析、评估及选定表序号突破口内容分析评估综合得分选定突破口可实施性经济性预计有效性可靠性1对外委托化验1、易实施2、费用开支大增3、委托化验频次有限制4、准确度无法验证◎△△△8不选2按照行业标准化验1、可实施2、需另外采购药品和器材，需要一定费用3、需用时间较长，不能及时提供结果数据4、比较准确○○○◎14不选3自行开发快速分析化验方法1、可实施2、利用日常分析中所通用的药品，不需要额外采购3、快速分析，能及时提供数据指导生产4、不超出行业标准分析结果的允许误差○◎◎○16选定表中：◎5分○3分△1分3、确定课题——蛇纹石SiO2、MgO含量快速分析方法的研究开发四、设定目标1、课题目标：开发出化验蛇纹石SiO2、MgO含量的快速分析方法2、目标值：1）快速分析结果与行业标准分析结果相比不超出允许误差；2）每个样品化验时间不超过2小时。五、提出并选择方案1、提出各种方案小组召开会议，运用“头脑风暴法”针对“快速分析方法”这个主题，充分提出对策方案。我们借鉴了包括硅石、硅质镁质耐火材料、炉渣、白云石在内的各类高硅高镁材料的分析方法，共提出五个具体方案，整理成树图，见图1。图1具体方案树图2、各种方案的试验论证验证标准的建立：化验室利用行业标准方法，使用标准溶液对一个蛇纹石试样的SiO2、MgO含量进行化验定值，并将该样品委托济钢化验室进行化验对比，两者结果在允许误差范围之内，说明该结果是可信的。我们以此结果作为各方案试验论证的标准依据。表3行业标准方法化验结果元素张钢化验室结果（%）济钢化验室结果（%）两者差值（%）行业标准允许误差（%）SiO237.9637.800.16±0.55MgO37.5737.440.13±0.40蛇纹石SiO2、MgO含量快速分析方法高硅（SiO2）快速分析方法高镁（MgO）快速分析方法借鉴硅石的氢氟酸重量法进行分析借鉴硅质耐火材料的氟硅酸钾容量法进行分析借鉴炉渣的硅钼蓝光度法进行分析借鉴镁质耐火材料的CyDTA络合滴定法进行分析借鉴白云石的EDTA络合滴定法进行分析试验方案一：1、制定方案一的对策计划方案对策目标措施地点负责人完成日期方案一借鉴硅石的氢氟酸重量法分析SiO2含量1、快速分析结果与行业标准分析结果相比不超出允许误差；2、每个样品化验时间不超过2小时。将试样烧至恒重后，加氢氟酸和硝酸，蒸干挥散除硅，再以硝酸赶氟后灼烧至恒重。两次重量之差即为SiO2含量。化验室李刚于形武玉玮2005年12月2、实施验证采用氢氟酸重量法进行试验得出结果见下表元素氢氟酸重量法化验结果（%）验证标准[张钢]（%）验证标准[济钢]（%）SiO238.1437.9637.80两者差值（%）0.180.34行业标准允许误差（%）±0.55准确度：：该试验结果与验证标准相比较，均在行业标准允许误差要求之内。每个样品化验时间：约5小时，超出目标值要求。存在问题：所用药品中，氢氟酸属于有毒腐蚀性药品，对人体有一定伤害。结论：未能达到预定目标。试验方案二：1、制定方案二的对策计划方案对策目标措施地点负责人完成日期方案二借鉴硅质耐火材料的氟硅酸钾容量法分析SiO2含量1、快速分析结果与行业标准分析结果相比不超出允许误差；2、每个样品化验时间不超过2小时。将试样用碱熔融，使SiO2转化为可溶性的硅酸盐，加硝酸生成游离的硅酸，在过量的氟离子和钾离子存在下，硅酸与氟离子形成氟硅酸离子，进而与钾离子形成氟硅酸钾沉淀，该沉淀在热水中水解生成氢氟酸，用氢氧化钠标准溶液滴定，由消耗的氢氧化钠标准溶液的体积计算SiO2含量。化验室李刚潘翠凤李庆香2005年12月2、实施验证采用氟硅酸钾容量法进行试验得出结果见下表元素氟硅酸钾容量法化验结果（%）验证标准[张钢]（%）验证标准[济钢]（%）SiO239.0637.9637.80差值（%）1.101.26行业标准允许误差（%）±0.55准确度：该试验结果超出了行业标准允许误差的要求。每个样品化验时间：约2~2.5小时，超出目标值要求。存在问题：所用药品中，用到了氢氧化钠等腐蚀性强碱，化验过程中生成的氢氟酸属于有毒腐蚀性药品，均对人体有一定伤害。结论：未能达到预定目标。试验方案三：1、制定方案三的对策计划方案对策目标措施地点负责人完成日期方案三借鉴炉渣的硅钼蓝光度法分析SiO2含量1、快速分析结果与行业标准分析结果相比不超出允许误差；2、每个样品化验时间不超过2小时。试样经高温熔融，用稀酸浸取，使硅成为可溶性硅酸进入溶液，在弱酸介质中，硅酸与钼酸铵生成硅钼杂多酸，在草酸存在下，加入硫酸亚铁铵，运用其中的亚铁离子，将其还原为硅钼兰，借以测其吸光度，并利用标样计算SiO2含量。化验室李刚张金花刁永伟2005年12月2、实施验证采用硅钼蓝光度法进行试验得出结果见下表元素硅钼蓝光度法化验结果（%）验证标准[张钢]（%）验证标准[济钢]（%）SiO238.0737.9637.80两者差值（%）0.110.27行业标准允许误差（%）±0.55准确度：该试验结果与验证标准相比较，均在行业标准允许误差要求之内。每个样品化验时间：约1.5小时，达到目标值要求。结论：达到预定目标。确定方案三为蛇纹石SiO2快速分析方法的实施方案。试验方案四：1、制定方案四的对策计划方案对策目标措施地点负责人完成日期方案四借鉴镁质耐火材料的CyDTA络合滴定法进行分析1、快速分析结果与行业标准分析结果相比不超出允许误差；2、每个样品化验时间不超过2小时。试样用碳酸纳-硼酸混合熔剂熔融，稀盐酸浸取，加过量EGTA标准溶液掩蔽钙，以酸性铬蓝K和萘酚绿B为指示剂，用CyDTA标准溶液滴定，利用标准溶液消耗量计算MgO含量。化验室李刚潘翠凤刁永伟2006年1月2、实施验证采用CyDTA络合滴定法进行试验得出结果见下表元素CyDTA络合滴定法化验结果（%）验证标准[张钢]（%）验证标准[济钢]（%）MgO36.4337.5737.44差值（%）-1.14-1.01行业标准允许误差（%）±0.40准确度：该试验结果超出了行业标准允许误差的要求。每个样品化验时间：约1.5~2小时，达到目标值要求。存在问题：该方法在张钢化验室很少使用，化验员在化验操作方面掌握不熟练，其主要药品均需单独购置，仅应用于蛇纹石的化验分析，造成了一定的成本占用。结论：未能达到预定目标。试验方案五：1、制定方案五的对策计划方案对策目标措施地点负责人完成日期方案五借鉴白云石的EDTA络合滴定法进行分析1、快速分析结果与行业标准分析结果相比不超出允许误差；2、每个样品化验时间不超过2小时。试样经高温熔融，用稀酸浸取，调节酸度至PH＝10，钙和镁都与EDTA作用生成较稳定的络合物，利用EDTA标准溶液的消耗量同时测出钙、镁合量，从合量中减去钙的量，求得镁含量。化验室李刚张金花于形2006年1月2、实施验证采用EDTA络合滴定法进行试验得出结果见下表元素EDTA络合滴定法化验结果（%）验证标准[张钢]（%）验证标准[济钢]（%）MgO37.2537.5737.44差值（%）-0.32-0.19行业标准允许误差（%）±0.40准确度：该试验结果与验证标准相比较，均在行业标准允许误差要求之内。每个样品化验时间：约1.5~2小时，达到目标值要求。结论：达到预定目标。确定方案五为蛇纹石MgO快速分析方法的实施方案。六、方案实施为更好的提高蛇纹石SiO2、MgO的分析准确度，我们分别对七份不同的蛇纹石试样采用行业标准方法进行试验，其结果作为定值标准，另外按照方案三和方案五的方法，在不同的试验条件下得到一组分析结果，并利用正交试验方法，以取得最适合的试验条件。1）试验考核目标：合格率2）试验因素：经研究，有三个因素需确定最佳条件：A：称样量B：熔融时间C：移液体积3）选择位级：由于方案三和方案五两种方法条件相对比较固定，因此选择两位级即可。SiO2因素位级表称样量（g）A熔融时间（min）B移液体积（ml）C10.130220.05405MgO因素位级表称样量（g）A熔融时间（min）B移液体积（ml）C10.1302520.054020因素位级因素位级4）选用正交表：选用L4（23）正交表进行试验，得出试验结果见下表。SiO2正交表所在列ABC分析合格率（%）因素称样量熔融时间移液体积实验111157.1实验212271.4实验3212100实验422185.7位级1结果之和128.5157.1142.8位级2结果之和185.7157.1171.4极差R57.2028.6MgO正交表所在列ABC分析合格率（%）因素称样量熔融时间移液体积实验111171.4实验212271.4实验3212100实验422185.7位级1结果之和142.8171.4157.1位级2结果之和185.7157.1171.4极差R42.914.314.35）结果分析根据极差大小判断因素对结果影响程度，SiO2和MgO的因素重要程度次序依次是A—C—B，最佳试验条件均为A2B1C2。最佳试验条件表SiO2MgO称样量0.05g0.05g熔融时间30min30min移液体积5ml20ml七、效果检查1、2006年以来共分析七批次蛇纹石，按照快速分析方法对SiO2和MgO含量进行分析化验，其准确度与化验时间均达到目标要求。活动效果检查表序号SiO2MgO快速方法（%）标准方法（%）差值（%）化验时间（h）快速方法（%）标准方法（%）差值（%）化验时间（h）138.0737.960.111.537.2537.57-0.321.5237.0937.010.081.538.1138.33-0.221.5338.0037.890.111.538.2238.120.101.5437.3937.43-0.041.538.4138.240.171.5538.1538.23-0.081.538.4138.52-0.112638.2238.040.181.538.8038.690.111.5738.2138.120.091.538.6138.74-0.132目标值允许差±0.55%≤2h允许差±0.40%≤2h2、快速分析方法中，避免了氢氟酸等有毒腐蚀性药品的使用，保障了化验员的人身安全和健康。3、快速分析方法简便、快速、易掌握，所使用的药品全部为日常分析中所通用的药品，有效的避免了药品的闲置，减少了成本的占用。八、经济效益蛇纹石成分的准确分析，提供了蛇纹石