(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸可溶性鉄の定量分析をするようにした酸可溶性鉄の定量分析装置において、分析に供する試料に酸を混合して分解させる分解槽(1)と、前記分解槽(1)で分解された試料溶液を滴定槽(8)に移送するためのチュービングポンプ(25)付き導管(9)と、前記分解槽(1)内に付着した試料溶液を洗浄するための洗浄水導入管(6)と、前記試料溶液の酸化を防ぎ外気遮蔽するための不活性ガスを導入するため、前記分解槽(1)に接続されると共に不活性ガス管路(19)に接続された不活性ガス導入管(4)と、前記分解槽(1)内の初期雰囲気を置換するためのガス排出管(5)とを備え、移送された前記試料溶液を前記滴定槽(8)により電位差測定することを特徴とする酸可溶性鉄の分析装置。
【請求項２】
前記ガス排出管(5)には、前記分解槽(1)内の試料溶液を冷却する際に大気からの空気の侵入を防ぐバッファー管(11)が設けられていることを特徴とする請求項１記載の酸可溶性鉄の分析装置。
【請求項３】
前記分解槽(1)が複数設けられ、前記滴定槽(8)には排出管(30)が設けられ、前記滴定槽(8)と複数の前記分解槽(1)が導管(9)に開閉弁(9A)を介して連通され、前記滴定槽(8)での試料溶液の電位差測定が完了する都度、順次次の前記分解槽(1)から試料溶液を移送するようにしたことを特徴とする制御装置とからなる請求項１乃至２記載の酸可溶性鉄の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸可溶性鉄の分析装置に関し、特に、鉄鉱石、焼結鉱、高炉から排出したガスを集塵装置で捕集したガス灰、製銑・製鋼工程で発生するスラグ中に含まれる鉄化合物（ＦｅＯ，Ｆｅ３Ｏ４，ＦｅＴｉＯ３等）の酸可溶性鉄を分析するための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鉄鋼製造業においては酸可溶性鉄の分析は、高炉装入物である鉄鉱石、焼結鉱の還元性や高温強度を把握して高炉操業を最適にすることから、あるいは、予め装入物の鉄含有量を知る上から鉄含有量の分析は不可欠である。
そのため、前記装入原料中の鉄の把握の必要から分析に供される試料が多量となっているが、この分析は手作業による分析が主である。
この分析方法は、ＪＩＳＭ８２１３（１９９５年）で定められている鉄鉱石ー酸可溶性鉄（II）定量方法のニクロム酸カリウム滴定法によって分析が行われている。
【０００３】
前記分析を行う作業工程を説明すると、図示していないが、まず微粉砕した分析に供する試料を所定量計り取り、溶解するために三角フラスコに装入し、コック付きロートと排出口の付いた蓋をする。次いで、フラスコ内の空気を不活性ガスである窒素ガス或はアルゴンガスで置換しロートより塩酸を所定量注入して、不活性ガスを流しながらフラスコの底部を加熱する。この時、試料が固化するのを防ぐと共に分解を促進させるために時々振り動かし未分解残さがなくなるまで振り動かし分解させる。試料の分解を終えると加熱用の電源を切ってフラスコを冷却して試料を常温にする。常温に達した状態でフラスコに吹込んでいる不活性ガスを停止して、分解時にコック付きロートに付着した試料をフラスコ内へ洗い流し洗浄を行う。
この洗浄作業を終えると、フラスコ内の分解させた溶液試料に指示薬であるジフエニルアルミンスルホン酸ナトリウム溶液を試料に滴下して、０.０１６６７ｍｏｌ／リットルのニクロム酸カリウム（Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）を収容したビューレットのコックを開閉の操作を繰り返しながら溶液試料を入れたフラスコを振って溶液試料の色が緑から青に変わり、最後の一滴で紫に変わったところで、溶液試料へ滴下したニクロム酸カリウム（Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）の総量をビューレットのメモリから読み取り、このニクロム酸カリウム（Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）の滴下総量から所定の計算式を用いて酸可溶性鉄含有量を求めていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の酸可溶性鉄の分析方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、前述したような酸可溶性鉄の分析作業であるため、三角フラスコ中で分解させた溶液試料をコック付きロートの蓋を外し滴定作業を行う際に、空気と溶液試料が触れるために分解した塩化鉄が空気酸化して滴定値が低めになる恐れから、滴定作業を迅速に済ませる必要があり、このために相当の熟練を要し、熟練者と未熟練者との間にバラツキが生じてしまう。また、試料の分解を終え試料が常温になると、コック付きロートに付着した溶液を洗浄液で洗浄する際に、三角フラスコの口が小さいために液がこぼれて分析精度に悪影響を及ぼしていた。
さらに、三角フラスコ内を不活性ガス雰囲気にして溶解させているが試料加熱分解終了後に試料を常温まで冷却する際に、微圧の不活性ガス吹込みであるためフラスコ内の圧力が負圧となり、不活ガス管経路の出側に設けて有する大気遮断用の浸水液を吸い込んでしまい、再分析をする必要があった。
【０００５】
以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、従来手作業で行っていた酸可溶性鉄の分析作業を自動的に行えるようにした酸可溶性鉄の分析装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による酸可溶性鉄の定量分析装置は、酸可溶性鉄の定量分析するようにした酸可溶性鉄の定量分析装置において、分析に供する試料に酸を混合して分解させる分解槽と、前記分解槽で分解された試料溶液を滴定槽に移送するためのチュービングポンプ付き導管と、前記分解槽内に付着した試料溶液を洗浄するための洗浄水導入管と、前記試料溶液の酸化を防ぎ外気遮蔽するための不活性を導入するため、前記分解槽(1)に接続されると共に不活性ガス管路(19)に接続された不活性ガスガス導入管と、前記分解槽内の初期雰囲気を置換するためのガス排出管とを備え、移送された前記試料溶液を前記滴定槽により電位差測定する構成であり、また、前記ガス排出管には、前記分解槽内の試料溶液を冷却する際に大気からの空気の侵入を防ぐバッファー管が設けられている構成であり、前記分解槽が複数設けられ、前記滴定槽には排出管が設けられ、前記滴定槽と複数の前記分解槽が導管に開閉弁を介して連通され、前記滴定槽での試料溶液の電位差測定が完了する都度、順次次の前記分解槽から試料溶液を移送するようにした構成である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による酸可溶性鉄の定量分析装置の好適な実施の形態について説明する。
図１において符号１で示されるものは試料を装入し酸と混合して分解させる耐酸性で構成され回転子１８を有する分解槽１であり、この分解槽１に装入した試料と酸との反応を促進させるために、加熱手段と回転磁場で溶液を撹拌させる既知のホットプレートスターラー２上にこの分解槽１が載置されている。このホットプレートスターラー２を制御するための制御装置（図示せず）が組み込まれ、この制御装置は加熱温度制御と更に撹拌と加熱時間の制御をし、更に後述する試料溶液の分解時間から分解槽１へ供給する酸、純水の供給や分解槽１から従来から周知の滴定槽８への試料溶液の移送等の操作をする制御手段（図示せず）が制御装置に組込まれて分析開始から滴定終了まで全て自動制御がなされるように構成されている。
【０００８】
前記分解槽１を密閉する蓋３に係合して連通する複数本の導管すなわち不活性ガスを不活性ガス管路１９から分解槽１内へ導入するための不活性ガス導入管４、ガス排出管５、洗浄水導入管６、試薬装入管７、前記滴定槽８と連通し分解槽１の底面にまで導管先端が届いている導管９と、分解槽１内の試料と試薬を冷却した際に大気からの空気の侵入を防ぐバッファー管１１とが設けられ、前記分解槽１で分解した試料溶液を滴定槽８で滴定するための滴定装置１３に電極１２が接続され、分解槽１から滴定槽８へ移送する溶液の空気酸化を防ぐための不活性ガス供給管２７が設けられ、この滴定槽８に混酸１４を導入するように酸可溶性鉄の分析装置１００が構成されている。
【０００９】
次に、本発明による装置を用いて行う分析手順を説明するが、本装置を稼動させる前に準備作業として、まず、滴定装置１３に滴定液であるニクロム酸カリウムを滴定液収容槽１３Ａに充填し、混酸槽１４Ａの混酸１４、塩酸槽１５Ａの塩酸１５、純水槽１６Ａの純水１６更に廃液槽１７Ａの廃液１７の廃液量を確認し、準備作業を終える。
【００１０】
次に、ＦｅＯの含有量によって分析に供する試料重量は異なるが、例えばＦｅＯの含有量が１５％未満であれば、試料を縮分して１（ｇｒ）を計り取り分解槽１である三角フラスコに装入すると共に、分解槽１内の試料と溶解液である塩酸とを撹拌して溶解を促進するための回転子１８を入れる。
この分解槽１である三角フラスコには５本の導管がそれぞれ独立して分解槽１にガス導入・排出、酸、移送、純水を送り込む役目をする導管３，４，５，７，９を一体化した蓋３を分解槽１に装着して、それぞれの導管３，４，５，７，９を接続する。接続がすべて終えると分解槽１である三角フラスコをホットプレートスターラー２に載置するが分解槽１が揺動しないように固定用の金具（図示せず）を用いて固定する。その後、分解槽１に供給する不活性ガス管路１９のバルブ２０を開操作して分解槽１内の空気を窒素ガスで置換する。
【００１１】
次に、本分析装置を制御する制御装置（図示せず）の電源を投入して、本制御装置に設けて有る分解槽１の加熱と分解時間を分析に供する試料の種類によって設定する。さらに、測定停止のタッチパネル（図示せず）を停止から起動にし測定に変え自動運転すなわち自動分析を開始する。
【００１２】
試料と回転子１８の入った分解槽１内の雰囲気を窒素ガスを用いて置換を行っているが、置換は本実施の形態では分解槽１である三角フラスコの容量が３５０ミリリットルであるので、２００ミリリットル／ｍｉｎの流量で２分間置換した後に、塩酸１５を収容した塩酸槽１５Ａから塩酸１５をチュービングポンプ２１を回転させて５０ｍｌを分解槽１に供給する。
なお、分解槽１は塩酸１５が供給される以前からホットプレートスターラー２には電源が入っていて分解槽１の底部から温められ、１３０℃まで加熱される。塩酸１５が供給されると試料が塩酸１５と反応して溶解が始まるが、溶解し難い砂鉄の分析では最大２００分回転子１８を回転させて溶解する。この溶解中においても雰囲気を保つために窒素ガスは不活性ガス導入管４から毎分１００ｍｌ／分解槽１へ導かれ、分解槽１からガス排出管５を通って大気へと放出される。
【００１３】
予め分析に供する試料の分解溶解時間を求めておき、該時間を分解溶解時間として設定し、設定時間に達すると分解槽１内の試料が完全に溶解しホットプレートスターラー２の加熱電源が遮断し冷却が行われる。分解槽１内の溶解した溶液試料を冷却する際にも雰囲気を保つために窒素ガスは流れ続けている。冷却をする工程で分解槽１内が負圧となってガス排出側から空気の侵入を防ぐために分解槽１の槽上にバッファー管１１を設けて、槽１内へ空気の侵入を防止し、槽１内の溶液の酸化を防止している。
【００１４】
次いで、純水５０ｍｌを分解槽１に供給するため純水槽１６Ａから純水１６がチュービングポンプ２２を介して管路を通り分解槽１に供給される。
純水１６は分解槽１の上部に付着している酸と溶解した試料を洗浄するように蓋３の内側に一体化し先端を封じ、更にＵ字状に加工し、下拡がり状で円周方向に噴霧洗浄出来るように孔２３を有するノズル２４を介して分解槽１である三角フラスコの内壁に純水を注ぎ洗いながらトータルで１００ｍｌ入れる。
【００１５】
前記分解槽１の底面まで先端が達している移送管である導管９を介してチュービングポンプ２５を用いて試料と純水が混合した溶液を吸上げて滴定槽８へ移送する。更に分解槽１を洗浄するために純水を注ぎながら、回転子１８を回転させて溶液を撹拌しながら再び滴定槽８へ送り、分解槽１内に残留物が残らないようになるまで繰り返し純水１４で洗浄して、洗浄水を滴定槽８へ移送する。
【００１６】
前記分解槽１から滴定槽８へと溶液の移送が完了すると、ニクロム酸ナトリウム滴定法での滴定では溶液中に銅が共存すると滴定妨害をする恐れがあるため、硫酸＋燐酸を混合し純水で希釈した混酸１４を収納して有する容器１４Ａよりチュービングポンプ２６によって混酸を３０ｍｌ滴定槽８に入れ酸濃度の調整をする。
滴定槽８には滴定をするための白金の電極１２と分解槽１から滴定槽８へ移送した溶液の空気酸化を防ぐための不活性ガス供給管２７と滴定液を供給する供給管２８と前記混酸を供給する供給管２８Ａとが蓋２９と一体的に取り付けられ、更に滴定を終了した廃液を廃棄する排出管３０を設け、溶液を撹拌するための周知の溶液撹拌装置が設けられている。
【００１７】
前記滴定液であるニクロム酸カリウム（Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）溶液を収容し図示しない切り出し装置から管を介して滴定槽８へ切り出すと同時に滴定装置１３で滴定を開始し、Ｆｅ２＋の酸化作用によって自動変曲点を取出して溶液の終点を判定し、その結果に基づいて計算によって試料ＦｅＯの含有量を算出する。
全ての工程を終了すると、滴定槽８の溶液を排出し、槽８内を純水で洗浄するために純水槽１６Ａからチュービングポンプ２２で純水を供給して洗浄を行う。
【００１８】
複数の分析試料を短時間に分析に供したり、同一試料を数回分析する必要から本装置では分解槽１を複数（図１では１個しか示していないが）設け、溶解を終えた試料溶液を滴定槽に順次送り、滴定が終えると、滴定槽８の廃液を導管を介して廃棄すると共に、滴定槽８を洗浄し、洗浄を終えると、図示しない制御装置によって順次次の分解槽１からの試料溶液を滴定槽８に送り込み滴定がなされ、この操作が前記制御装置で繰り返される。
【００１９】
【発明の効果】
本発明による酸可溶性鉄の分析装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、従来、三角フラスコ中で分解させた溶液試料をコック付きロートの蓋を外し滴定作業を行う際に、空気と溶液試料が触れるために分解した塩化鉄が空気酸化して滴定値が低めになる恐れから、滴定作業を迅速に済ませる必要があり、このために相当の熟練を要し、熟練者と未熟練者との間にバラツキがでていたが、本装置による分析では自動的に分析が行われるためバラツキが生じない。
さらに、試料の分解を終え試料が常温になると、コック付きロートに付着した溶液を洗浄液で洗浄する際に、三角フラスコの口が小さいために液が洩れていたが、本装置によると全自動で行われるため蓋を外して洗浄しなくてもよいので前述のような不具合は起きない。又更に、長時間を必要とする分解工程の複数の分解槽を１台の滴定槽へ連結し、分槽が終了したものから順次滴定槽へ溶液を移送できる構成をしているため、滴定槽の空き時間を有効に利用でき、多種多量の酸可溶性鉄の定量分析が、短時間かつ迅速にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による酸可溶性鉄の分析装置を説明する配管系統の概略構成図である。
【図２】  図１の分解槽である三角フラスコの蓋に係合する導管を示す拡大斜視図である。
【図３】  図２の蓋の要部の一部断面拡大図である。
【符号の説明】
１    分解槽
２    ホットプレートスターラー
３    蓋
４    不活性ガス導入管
５    ガス排出管
６    洗浄水導入管
７    試薬導入管
８    滴定槽
９    導管
１１    バッフアー管
１２    電極
１３    滴定装置
１４Ａ    混酸槽
１５Ａ    塩酸槽
１６Ａ    純水槽
１７Ａ    廃液槽
１８    回転子
１９    不活性ガス管路
２０    バルブ
２１    チュービングポンプ
２２    チュービングポンプ
２３    孔
２４    ノズル
２５    チュービングポンプ
２６    チュービングポンプ
２７    不活性ガス供給管
２８    供給管
２８Ａ    供給管
２９    蓋
３０    排出管
【図１】
0004189066.tif 000002
【図２】
0004189066.tif 000003
【図３】
0004189066.tif 000004