一种测定Mg在合金溶液中活度系数的方法与流程

一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法
技术领域
1.本发明属于物化测试技术领域，具体涉及一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法。


背景技术：

2.为使高al2o3铁矿石高炉冶炼依然稳定顺行，常在炉渣中添加一定量mgo，改善渣流动性，提高脱硫能力，确保高炉操作稳定。但目前关于高al2o3型高炉渣系的热力学性质(组元活度、反应吉布斯自由能等)较为匮乏，这些热力学性质的确定不仅具有重要的学术意义，而且对实际生产具有重要的指导意义。由于，mg在含mg合金中的活度系数的确定可为高al2o3型高炉渣系mgo活度的确定提供坚实的基础数据，同时也为mg合金的开发和应用提供理论依据。而针对合金溶液中活度系数的方法均需引用热力学数据，而这种方法一般都会导致的试验数据误差问题。
3.因此，一种能够准确测定mg在合金溶液中活度系数的方法亟待研究。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，可避免现有技术中通过引用热力学数据而导致的试验数据误差问题。
5.为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，包括：
7.通过sn粒和mg粉末放入到坩埚内制成合金试样，并记录制备合金试样时所用的co分压值；
8.通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金试样中的金属相sn中mg的含量进行分析，计算合金试样中的mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比；
9.通过化学平衡法，在将合金试样的质量1％设为标准态后，通过mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比、制备合金试样时所用的co分压值、以及反应平衡常数，确定合金试样中的mg的活度系数。
10.进一步的，在确定合金试样中的mg的活度系数时，通过对合金试样中的mg的活度系数进行计算，其中，f
mg
为合金试样中mg的活度系数，[％mg]为mg
‑
sn合金中mg的质量分数，k为平衡常数，p
co
/p
θ
为制备合金试样时所用的co分压值。
[0011]
进一步的，在通过对合金试样中的mg的活度系数进行计算时，包括：
[0012]
假设合金试样中含有固态mgo，并将纯物质设为标态的前提，获得合金试样中的
mgo活度值，即为a
(mgo)
＝1；其中，a
(mgo)
为合金试样中的mgo活度值；
[0013]
根据sn粒和mg粉末放入到坩埚内制成合金试样，获得合金试样中的c活度值，即为a
(c)
＝1；其中，a
(c)
＝1为合金试样中的c活度值；
[0014]
根据化学平衡法，并假设sn粒、mg粉末和co反应达到平衡，对平衡常数k通过进行计算，获得
[0015]
根据记录的制备合金试样时所用的co分压值、以及mg的活度计算公式a
mg
＝f
mg
·
[％mg]，获得
[0016]
进一步的，通过令获得并将转化成
[0017]
根据计算出制备合金试样时所用的、以及与制备合金试样时所用的对应的制得的合金试样的[％mg]所对应的k的数值。
[0018]
进一步的，在对反应平衡常数k的计算时，若记录的制备合金试样时所用的co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]均为多个，还包括：
[0019]
将记录制备合金试样时所用的不同的co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]，分别代入到中，并绘制出lgk'
‑
[％mg]关系式的拟合直线；
[0020]
根据拟合曲线的斜率和截距，确定拟合直线的拟合方程；
[0021]
根据拟合直线的拟合方程，确定在拟合直线上的不同合金试样的[％mg]所对应的lgk'值。
[0022]
进一步的，在通过sn粒和mg粉末放入到坩埚内制成合金试样时，包括：
[0023]
将sn粒和mg粉末放置于石墨坩埚内；
[0024]
待高温管式炉样温升至700
‑
800℃时，用n2清理炉管中的空气，控制高温管式炉内co分压，然后将装有sn粒和mg粉末的石墨坩埚缓慢放入炉内恒温区；
[0025]
待管式炉样温升至测定温度时开始计时，恒温24h后，将石墨坩埚取出并用油进行淬冷；
[0026]
将淬冷后的反应物从石墨坩埚中分离出来，并对反应物进行打磨，即可获得合金试样。
[0027]
进一步的，在将sn粒和mg粉末放置于石墨坩埚内时，sn粒和mg粉末的质量比为98:2。
[0028]
本发明提供的一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，利用化学平衡法，以合
金试样的质量1％为标准态，通过mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比、制备合金试样时所用的co分压值、以及反应平衡常数，确定mg的活度系数，本发明提供的方法所获得的mg的活度系数准确性高，可避免现有技术中的方法因依靠热力学数据所造成的误差的问题。
[0029]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0030]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0031]
图1为本发明示例性实施例的一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法的流程示意图；
[0032]
图2为本发明示例性实施例的另一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法的流程示意图；
[0033]
图3为本发明示例性实施例的再一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法的流程示意图；
[0034]
图4为本发明示例性实施例的又一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法的流程示意图；
[0035]
图5为本发明示例性实施例6的2％mg配比mg
‑
sn合金lgk'
‑
[％mg]拟合曲线示意图；
具体实施方式
[0036]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
本发明提供的一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，参见图1，包括如下步骤：
[0038]
s100、通过sn粒和mg粉末放入到坩埚内制成合金试样，并记录制备合金试样时所用的co分压值；
[0039]
s200、通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金试样中的金属相sn中mg的含量进行分析，计算合金试样中的mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比；
[0040]
s300、通过化学平衡法，在将合金试样的质量1％设为标准态后，通过mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比、制备合金试样时所用的co分压值、以及反应平衡常数，确定合金试样中的mg的活度系数。
[0041]
本发明提供的一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，利用化学平衡法，以合金试样的质量1％为标准态，通过mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比、制备合金试样时所用的co分压值、以及反应平衡常数，确定mg的活度系数，本发明提供的方法所获得的mg的活度系数准确性高，可避免现有技术中的方法因依靠热力学数据所造成的误差的问
题。
[0042]
在一些实施方式中，在确定合金试样中的mg的活度系数时，通过对合金试样中的mg的活度系数进行计算，其中，f
mg
为合金试样中mg的活度系数，[％mg]为mg
‑
sn合金中mg的质量分数，k为平衡常数，p
co
/p
θ
为制备合金试样时所用的co分压值。
[0043]
进一步的，在通过对合金试样中的mg的活度系数进行计算时，参见图2，包括如下步骤：
[0044]
s301、假设合金试样中含有固态mgo，并将纯物质设为标态的前提，获得合金试样中的mgo活度值，即为a
(mgo)
＝1；其中，a
(mgo)
为合金试样中的mgo活度值；
[0045]
s302、根据sn粒和mg粉末放入到坩埚内制成合金试样，获得合金试样中的c活度值，即为a
(c)
＝1；其中，a
(c)
＝1为合金试样中的c活度值；
[0046]
s303、根据化学平衡法，并假设sn粒、mg粉末和co反应达到平衡，对平衡常数k通过进行计算，获得
[0047]
s304、根据记录的制备合金试样时所用的co分压值、以及mg的活度计算公式a
mg
＝f
mg
·
[％mg]，获得
[0048]
作为优选的，在通过对合金试样中的mg的活度系数进行计算时，若反应平衡常数k未知时，还包括对反应平衡常数k的计算，参见图3，其包括如下步骤：
[0049]
s305、通过令获得并将转化成
[0050]
s306、根据计算出制备合金试样时所用的、以及与制备合金试样时所用的对应的制得的合金试样的[％mg]所对应的k的数值。
[0051]
进一步的，在对反应平衡常数k的计算时，若记录的制备合金试样时所用的co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]均为多个，参见图4，还包括如下步骤：
[0052]
s307、将记录制备合金试样时所用的不同的co分压值、以及与各co分压值对应的
制得的合金试样的[％mg]，分别代入到中，并绘制出lgk'
‑
[％mg]关系式的拟合直线；
[0053]
s308、根据拟合曲线的斜率和截距，确定拟合直线的拟合方程；
[0054]
s309、根据拟合直线的拟合方程，确定在拟合直线上的不同合金试样的[％mg]所对应的lgk'值。
[0055]
作为优选的，在通过sn粒和mg粉末放入到坩埚内制成合金试样时，包括如下步骤：
[0056]
(1)将sn粒和mg粉末放置于石墨坩埚内；
[0057]
(2)待高温管式炉样温升至700
‑
800℃时，用n2清理炉管中的空气，控制高温管式炉内co分压，然后将装有sn粒和mg粉末的石墨坩埚缓慢放入炉内恒温区；
[0058]
(3)待管式炉样温升至测定温度时开始计时，恒温24h后，将石墨坩埚取出并用油进行淬冷；
[0059]
(4)将淬冷后的反应物从石墨坩埚中分离出来，并对反应物进行打磨，即可获得合金试样。
[0060]
进一步的，在将sn粒和mg粉末放置于石墨坩埚内时，sn粒和mg粉末的质量比为98:2。
[0061]
为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0062]
实施例1
[0063]
一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，包括如下步骤：
[0064]
(1)使用mg锭制备足量mg粉末，将mg锭的所有表面使用砂纸打磨干净，采用没有生锈氧化的工具(锉、锯条、钻头等)在mg锭表面研磨、钻孔、锯缝，收集好制备的mg粉末约5g，在阴凉处密封保存；
[0065]
(2)将sn粒称量5g，放置于石墨坩埚内，再称量2％mg粉末(0.102gmg粉末)加入到石墨坩埚内；
[0066]
(3)待高温管式炉样温升至700
‑
800℃时，先用n2清理炉管中的空气，控制p
co
/p
θ
＝1，然后将装有试样的石墨坩埚缓慢放入炉内恒温区；
[0067]
(4)待管式炉样温升至1500℃时开始计时，恒温24h后，迅速使用石墨杆将石墨坩埚取出并用油进行淬冷；
[0068]
(5)将淬冷后的样品取出并仔细分离石墨坩埚和试样，并对试样进行打磨、制样，获得合金试样；
[0069]
(6)通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金试样中的金属相sn中mg的含量进行分析，计算合金试样中的mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比[％mg]＝0.006％；
[0070]
(7)将记录制备合金试样时所用的co分压值、以及与此co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]，分别代入到中，计算得lgk'＝2.2218；
[0071]
(8)根据计算出此co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]所对应的k的数值；
[0072]
(9)通过化学平衡法，在将合金试样的质量1％设为标准态后，通过计算合金试样中的mg的活度系数f
mg
＝0.9347。
[0073]
实施例2
[0074]
一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，包括如下步骤：
[0075]
(1)使用mg锭制备足量mg粉末，将mg锭的所有表面使用砂纸打磨干净，采用没有生锈氧化的工具(锉、锯条、钻头等)在mg锭表面研磨、钻孔、锯缝，收集好制备的mg粉末约5g，在阴凉处密封保存；
[0076]
(2)将sn粒称量5g，放置于石墨坩埚内，再称量2％mg粉末(0.102gmg粉末)加入到石墨坩埚内；
[0077]
(3)待高温管式炉样温升至700
‑
800℃时，先用n2清理炉管中的空气，控制p
co
/p
θ
＝0.8，然后将装有试样的石墨坩埚缓慢放入炉内恒温区；
[0078]
(4)待管式炉样温升至1500℃时开始计时，恒温24h后，迅速使用石墨杆将石墨坩埚取出并用油进行淬冷；
[0079]
(5)将淬冷后的样品取出并仔细分离石墨坩埚和试样，并对试样进行打磨、制样，获得合金试样；
[0080]
(6)通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金试样中的金属相sn中mg的含量进行分析，计算合金试样中的mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比[％mg]＝0.009％；
[0081]
(7)将记录制备合金试样时所用的co分压值、以及与此co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]，分别代入到中，计算得lgk'＝2.1427；
[0082]
(8)根据计算出此co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]所对应的k的数值；
[0083]
(9)通过化学平衡法，在将合金试样的质量1％设为标准态后，通过计算合金试样中的mg的活度系数f
mg
＝0.9036。
[0084]
实施例3
[0085]
一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，包括如下步骤：
[0086]
(1)使用mg锭制备足量mg粉末，将mg锭的所有表面使用砂纸打磨干净，采用没有生锈氧化的工具(锉、锯条、钻头等)在mg锭表面研磨、钻孔、锯缝，收集好制备的mg粉末约5g，在阴凉处密封保存；
[0087]
(2)将sn粒称量5g，放置于石墨坩埚内，再称量2％mg粉末(0.102gmg粉末)加入到石墨坩埚内；
[0088]
(3)待高温管式炉样温升至700
‑
800℃时，先用n2清理炉管中的空气，控制p
co
/p
θ
＝0.6，然后将装有试样的石墨坩埚缓慢放入炉内恒温区；
[0089]
(4)待管式炉样温升至1500℃时开始计时，恒温24h后，迅速使用石墨杆将石墨坩埚取出并用油进行淬冷；
[0090]
(5)将淬冷后的样品取出并仔细分离石墨坩埚和试样，并对试样进行打磨、制样，获得合金试样；
[0091]
(6)通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金试样中的金属相sn中mg的含量进行分析，计算合金试样中的mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比[％mg]＝0.016％；
[0092]
(7)将记录制备合金试样时所用的co分压值、以及与此co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]，分别代入到中，计算得lgk'＝2.0177；
[0093]
(8)根据计算出此co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]所对应的k的数值；
[0094]
(9)通过化学平衡法，在将合金试样的质量1％设为标准态后，通过计算合金试样中的mg的活度系数f
mg
＝0.8352。
[0095]
实施例4
[0096]
一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，包括如下步骤：
[0097]
(1)使用mg锭制备足量mg粉末，将mg锭的所有表面使用砂纸打磨干净，采用没有生锈氧化的工具(锉、锯条、钻头等)在mg锭表面研磨、钻孔、锯缝，收集好制备的mg粉末约5g，在阴凉处密封保存；
[0098]
(2)将sn粒称量5g，放置于石墨坩埚内，再称量2％mg粉末(0.102gmg粉末)加入到石墨坩埚内；
[0099]
(3)待高温管式炉样温升至700
‑
800℃时，先用n2清理炉管中的空气，控制p
co
/p
θ
＝0.4，然后将装有试样的石墨坩埚缓慢放入炉内恒温区；
[0100]
(4)待管式炉样温升至1500℃时开始计时，恒温24h后，迅速使用石墨杆将石墨坩埚取出并用油进行淬冷；
[0101]
(5)将淬冷后的样品取出并仔细分离石墨坩埚和试样，并对试样进行打磨、制样，获得合金试样；
[0102]
(6)通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金试样中的金属相sn中mg的含量进行分析，计算合金试样中的mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比[％mg]＝0.025％；
[0103]
(7)将记录制备合金试样时所用的co分压值、以及与此co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]，分别代入到中，计算得lgk'＝2.0000；
[0104]
(8)根据计算出此co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]所对应的k的数值；
[0105]
(9)通过化学平衡法，在将合金试样的质量1％设为标准态后，通过
计算合金试样中的mg的活度系数f
mg
＝0.7547。
[0106]
实施例5
[0107]
一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，包括如下步骤：
[0108]
(1)使用mg锭制备足量mg粉末，将mg锭的所有表面使用砂纸打磨干净，采用没有生锈氧化的工具(锉、锯条、钻头等)在mg锭表面研磨、钻孔、锯缝，收集好制备的mg粉末约5g，在阴凉处密封保存；
[0109]
(2)将sn粒称量5g，放置于石墨坩埚内，再称量2％mg粉末(0.102gmg粉末)加入到石墨坩埚内；
[0110]
(3)待高温管式炉样温升至700
‑
800℃时，先用n2清理炉管中的空气，控制p
co
/p
θ
＝0.2，然后将装有试样的石墨坩埚缓慢放入炉内恒温区；
[0111]
(4)待管式炉样温升至1500℃时开始计时，恒温24h后，迅速使用石墨杆将石墨坩埚取出并用油进行淬冷；
[0112]
(5)将淬冷后的样品取出并仔细分离石墨坩埚和试样，并对试样进行打磨、制样，获得合金试样；
[0113]
(6)通过电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金试样中的金属相sn中mg的含量进行分析，计算合金试样中的mg的摩尔数占合金试样的总摩尔数的百分比[％mg]＝0.071％；
[0114]
(7)将记录制备合金试样时所用的co分压值、以及与此co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]，分别代入到中，计算得lgk'＝1.8477；
[0115]
(8)根据计算出此co分压值、以及与各co分压值对应的制得的合金试样的[％mg]所对应的k的数值；
[0116]
(9)通过化学平衡法，在将合金试样的质量1％设为标准态后，通过计算合金试样中的mg的活度系数f
mg
＝0.4496。
[0117]
实施例6
[0118]
一种测定mg在合金溶液中活度系数的方法，包括：
[0119]
(1)根据实施例1至5中的不同lgk'与[％mg]的值的关系，绘制散点图，将各个数据点进行拟合，结果如图5所示；
[0120]
(2)计算出拟合直线的斜率为
‑
4.8893、截距(即lgk)为2.1702，获得拟合直线的拟合方程关系式如下：lgk”＝
‑
4.8893[％mg] 2.1702；
[0121]
(3)将不同的[％mg]值代入到拟合方程关系式中得到对应于拟合方程上的点以及lgk”：
[0122]
当p
co
/p
θ
＝1时，测得的剩余[％mg]＝0.006％，计算得到此时lgk”＝2.1409；
[0123]
当p
co
/p
θ
＝0.8时，测得的剩余[％mg]＝0.009％，计算得到此时lgk”＝2.1262；
[0124]
当p
co
/p
θ
＝0.6时，测得的剩余[％mg]＝0.016％，计算得到此时lgk”＝2.0920；
[0125]
当p
co
/p
θ
＝0.4时，测得的剩余[％mg]＝0.025％，计算得到此时lgk”＝2.0480；
[0126]
当p
co
/p
θ
＝0.2时，测得的剩余[％mg]＝0.071％，计算得到此时lgk”＝1.8231；
[0127]
(4)通过将步骤(3)中获得的各个lgk”、和实施例1至5中的k值代入到中，可计算出初始含2％mg配比的mg
‑
sn合金的活度系数f
mg
；
[0128]
p
co
/p
θ
＝1时，f
mg
＝0.9347；
[0129]
p
co
/p
θ
＝0.8时，f
mg
＝0.9036；
[0130]
p
co
/p
θ
＝0.6时，f
mg
＝0.8352；
[0131]
p
co
/p
θ
＝0.4时，f
mg
＝0.7547；
[0132]
p
co
/p
θ
＝0.2时，f
mg
＝0.4496；
[0133]
以上lgk'、lgk”与f
mg
的数据计算见表1。
[0134]
表1 2％mg配比在不同分压情况下数据的计算值
[0135][0136]
根据实施例6获得的在不同分压情况下的数据与实施例1至5进行对比，可知，通过实施例6获得的各个f
mg
与实施例1至5对应的f
mg
数值相同，由此可见，根据实施例6的拟合直线的拟合方程，可确定在拟合直线上的不同合金试样的[％mg]所对应的lgk'值，进而可对拟合直线上的不同合金试样的[％mg]和co分压值上所对应的f
mg
进行计算。
[0137]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。