坩堝是用以熔化及熔煉金屬液體或者物質化學反應的一種耐火容器,一般形狀就好像搗蒜用的罐子,它是上面大下面小基本上算一個圓柱體,通過對坩堝加熱就能熔化或者提煉出一些需要的物質,也是通過加溫讓一些物質起化學反應的重要工具。
明朝的《天工開物·五金》有這樣的描述“高爐火中,坩堝足煉”這也是早期有記載出現坩堝的詞。而到了現代隨著各種金屬和化學品的種類增多,出現了各種坩堝,按照材料的不同主要有鑄鐵坩堝,鉑坩堝、金坩堝、銀坩堝、石英坩堝、剛玉坩堝、陶瓷坩堝,石墨坩堝等。
一、鑄鐵坩堝
鐵坩堝的使用與鎳坩堝相似,它沒有鎳坩堝耐用,但價格便宜,較適用于過氧化鈉熔融,可代替鎳坩堝。
鐵坩堝或低硅鋼坩堝在使用前都應進行鈍化處理,先用稀鹽酸浸泡,然后用細砂紙輕擦,并用熱水沖洗,接著放入5%硫酸+1%硝酸混合溶液中浸泡數分鐘,再用水洗凈,干燥,于300~400℃灼燒10min。
鉑又稱白金,價格比黃金貴,因其具有許多優良的性質,故經常使用。鉑的熔點高達1774℃,化學性質穩定,在空氣中灼燒后不發生化學變化,也不吸收水分,大多數化學試劑對它無侵蝕作用。
1、特性:
能耐氫氟酸和熔融的堿金屬碳酸鹽的腐蝕是鉑有別于玻璃、瓷等的重要性質,因而常將其用于沉淀灼燒稱重、氫氟酸熔樣以及碳酸鹽的熔融處理。鉑在高溫下略有一些揮發性,灼燒時間久后要加以校正。100cm2面積的鉑在1200℃灼燒1h約損失1mg,鉑在900℃以下基本不揮發。
2、鉑器皿的使用應遵守下列規則:
(1)對鉑的領取、使用、消耗和回收都要制定嚴格的制度。
(2)鉑質地軟,即使含有少量銠銥的合金也較軟,所以拿取鉑器皿時勿太用力,以免其變形。在脫熔塊時,不能用玻璃棒等尖銳物體從鉑器皿中刮取,以免損傷內壁;也不能將熱的鉑器皿驟然放入冷水中,以免發生裂紋。已變形的鉑坩堝或器皿可用其形狀相吻合的水模進行校正(但已變脆的碳化鉑部分要均勻用力矯正)。
(3)鉑器皿在加熱時,不能與其它任何金屬接觸,因為在高溫下鉑易與其它金屬生成合金,所以,鉑坩堝必須放在鉑三角架上或陶瓷、粘土、石英等材料的支持物上灼燒,也可放在墊有石棉板的電熱板或電爐上加熱,但不能直接與鐵板或電爐絲接觸。所用的坩堝鉗子應該包有鉑頭,鎳或不銹鋼的鉗子只能在低溫時方可使用。
3、鉑器皿的清洗方法:
若鉑器皿有了斑點,可先用鹽酸或硝酸單獨處理。如果無效,可用焦硫酸鉀于鉑器皿中在較低溫度熔融5~10 min,把熔融物倒掉后,再將鉑器皿在鹽酸溶液中浸煮。若仍無效,可再試用碳酸鈉熔融處理,也可用潮濕的細砂(通過100目篩即0.14 mm篩孔)輕輕摩擦處理。
1、金坩堝特性
金的價格較鉑便宜,且不受堿金屬氫氧化物和氫氟酸的侵蝕,故常用來代替鉑器皿,但金的熔點較低(1063℃),故不能耐高溫灼燒,一般須低于700℃使用。硝酸銨對金有明顯的侵蝕作用,王水也不能與金器皿接觸。金器皿的使用原則,與鉑器皿基本相同。
2、銀坩堝特性
銀器皿價格相對低廉,也不受氫氧化鉀(鈉)的侵蝕,在熔融狀態僅在接近空氣的邊緣處略有侵蝕。銀的熔點為960 ℃,使用溫度一般不超過750℃為宜,不能在火上直接加熱。加熱后表面會生成一層氧化銀,在高溫下不穩定,但在200℃以下穩定。剛從高溫中取出的銀坩堝不許立即用冷水冷卻,以防產生裂紋。銀易與硫作用,生成硫化銀,故不能在銀坩堝中分解和灼燒含硫的物質,不許使用堿性硫化試劑。熔融狀態的鋁、鋅、錫、鉛、汞等的金屬鹽都能使銀坩堝變脆。銀坩堝不用于熔融硼砂。使用過氧化鈉熔劑時,只宜燒結,不宜熔融。
透明石英玻璃是用然無色透明的水晶高溫熔煉而成的。半透明石英是由天然純凈的脈石英或石英砂制成的,因其含有許多熔煉時未排凈的氣泡而呈半透明狀。透明石英玻璃的理化性能優于半透明石英,主要用于制造實驗室玻璃儀器及光學儀器等。
石英玻璃的熱膨脹系數很?。?.5×10-7),只為特硬玻璃的五分之一。因此,它能耐急熱急冷,將透明石英玻璃燒至紅熱后,放到冷水中也不會炸裂。石英玻璃的軟化溫度為1650℃,具有耐高溫性能。石英坩堝常用于酸性熔劑及硫代硫酸鈉的熔融,使用溫度不得超過1100℃。它的耐酸性能非常好,除氫氟酸和磷酸外,任何濃度的酸即使在高溫下都極少和石英玻璃作用。石英玻璃不耐氫氟酸的腐蝕,磷酸在150℃以上也能與其作用,強堿溶液包括堿金屬碳酸鹽也能腐蝕石英,但在常溫時腐蝕較慢,而溫度升高時腐蝕加快。石英玻璃儀器外表上與玻璃儀器相似,無色透明,但比玻璃儀器價格貴、更脆、易破碎,使用時須特別小心,通常與玻璃儀器分別存放,妥善保管。
天然的剛玉幾乎是純的氧化鋁。人造剛玉是由純的氧化鋁經高溫燒結而成,它耐高溫,熔點為2045℃,硬度大,對酸堿有相當的抗腐蝕能力。

化驗室所用瓷器皿,實際上是上釉的陶器,它的熔點較高(1410℃),可耐高溫灼燒,如瓷坩堝可以加熱至1200℃,灼燒后其質量變化很小,故常用于灼燒與稱量沉淀。高型瓷坩堝可于隔絕空氣的條件下處理樣品。
化驗室所用瓷器皿的熱膨脹系數為(3~4)×10-6。厚壁瓷器皿在高溫蒸發和灼燒操作中,應避免溫度的突然變化和加熱不均勻的現象,以防破裂。瓷器皿對酸堿等化學試劑的穩定性比玻璃器皿好,但同樣不能和氫氟酸接觸。瓷坩堝均不耐苛性堿和碳酸鈉的腐蝕,尤其不能進行它們熔融操作。用一些不與瓷作用的物質如MgO、C粉作為填充劑,在瓷坩堝中用定量濾紙包住堿性熔劑熔融處理硅酸鹽試樣,可部分代替鉑制品。瓷器皿機械性能較強,且價格便宜,因此應用較廣。
石墨坩堝是以天然石墨為主要材料,以能耐高溫的黏土為粘合劑,還要加入瀝青和焦油等原料,主要用于冶煉特種合金及熔化有色金屬。石墨坩堝主要材料是石墨,所以它有著石墨的很多優點和特性,如能夠承受1200–1600攝氏度的高溫,傳熱性能非常強這就能有效降低熔化時間,降低能耗提高效率。
石墨坩堝的化學性能比較穩定,這個特點就讓其在熔煉過程中不會與金屬溶液發生反應;還有石墨坩堝的內外壁都非常的光滑,這就不會在表面留下金屬溶液和殘渣,所以你即便在石墨坩堝上倒上水,表面都不會沾到任何一滴水。目前,我國石墨坩堝的生產技術水平已經達到甚至超過了進口坩堝的水平。