硅鋁鐵合金中硅—鋁—鐵的聯(lián)合快速分析

摘 要：研究了一種快速分析硅鋁鐵合金中硅-鋁-鐵的方法。試樣配加堿性熔劑高溫熔融，以稀鹽酸浸取后定容。分取一定量的同一母液，分別以鉬藍(lán)光度法測(cè)定硅，EDTA滴定法測(cè)定鋁，重鉻酸鉀滴定法測(cè)定鐵。

關(guān)鍵詞：硅鋁鐵合金；鉬藍(lán)光度法；EDTA滴定法；重鉻酸鉀滴定法

1 概述

硅鋁鐵合金是一種煉鋼過程中廣泛應(yīng)用的復(fù)合脫氧劑。目前，對(duì)于這種鐵合金主元素的分析，尚無國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法可循，現(xiàn)有的方法通常采用元素的單獨(dú)測(cè)定，測(cè)定方法繁瑣費(fèi)時(shí)。為了配合煉鋼生產(chǎn)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[1-2]，通過用硅鋁鐵合金標(biāo)樣，多次試驗(yàn)分析，擬定出了采用同一母液測(cè)定硅鋁鐵合金中硅-鋁-鐵的聯(lián)合快速分析方法。本方法方便快捷，結(jié)果穩(wěn)定可靠，滿足了煉鋼生產(chǎn)的需要。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試樣制備

試樣采用鉆床合金鉆頭取樣后進(jìn)行振動(dòng)磨研磨，粒度要求小于160目。

2.2 主要試劑

快熔劑：無水碳酸鈉+四硼酸鈉（硼砂）+無水碳酸鉀=3+2+1（在120℃烘至除去四硼酸鈉中的大部分結(jié)晶水，研細(xì)混勻）；鉬酸銨溶液：（2.5%）；草-硫混合酸：10000ml中含草酸120g，硫酸（ρ1.84g/ml）220ml；硫酸亞鐵銨溶液：（6%），每100ml加硫酸（1+1）1ml；氫氧化鈉溶液：（50%）；EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液：（0.01000mol/L）；緩沖溶液：（PH=5.5），稱取200g結(jié)晶醋酸銨溶于水，加入冰醋酸9ml，以水稀釋至1000ml；硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液：（0.01000mol/L）；氯化亞錫溶液：（10%），稱取10g氯化亞錫溶于50ml熱鹽酸（1+1）中，用水稀釋至100ml；鎢酸鈉溶液：（25%），稱取25g鎢酸鈉，加入5ml濃磷酸，用水稀釋至100ml混勻；三氯化鈦溶液：（1+9），取15～20%三氯化鈦溶液20ml，用（1+9）鹽酸稀釋100ml，混勻（使用時(shí)配制）；重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：（C=0.001667mol/L）；硫酸亞鐵銨溶液：（0.01000mol/L）。

2.3 樣品溶解

稱取試樣0.1000g（精確至0.0001g）于預(yù)先盛有快熔劑2～3g的鉑金坩堝中，混勻，再蓋2g快熔劑，置于970～1000℃馬弗爐中熔融7-10min。取出冷卻，放入預(yù)先盛有125ml（1+4）熱鹽酸250ml燒杯中浸出熔塊，洗凈坩堝及蓋，冷卻至室溫。將溶液轉(zhuǎn)移到250ml容量瓶中，并用水稀釋至刻度，搖勻。

2.4 硅鉬藍(lán)光度法測(cè)定硅

2.4.1 測(cè)硅過程

分取試液2ml于100ml的容量瓶中，加15ml水，10ml鉬酸銨溶液，沸水浴加熱30秒，加50ml草-硫混和酸，5ml硫酸亞鐵銨溶液，最后用水稀釋至刻度，搖勻。于722分光光度計(jì)上680nm處，1cm比色皿（試劑空白為參比），測(cè)量其吸光度值。

2.4.2 工作曲線繪制

稱取3-4個(gè)含硅量不同的硅鋁鐵標(biāo)樣，按上述試驗(yàn)方法平行操作顯色，測(cè)量其吸光度值并繪制工作曲線，從工作曲線上求得分析結(jié)果?；蛘咭酝贩N含量相近的標(biāo)樣與試樣平行操作，并以此換算分析結(jié)果。

2.5 EDTA滴定法測(cè)定鋁

分取試液100ml于250ml容量瓶，用氫氧化鈉溶液調(diào)至有穩(wěn)定的沉淀后，再過量15ml，用水稀釋至刻度，搖勻，過濾（棄去最初濾液）。分取濾液100ml于500ml三角瓶中，視鋁含量高低，加入EDTA溶液，并過量5～10ml，以酚酞為指示劑，以（1+1）鹽酸調(diào)至無色后，并過量2滴，加緩沖液20ml，煮沸4分鐘，加（0.2%）PAN指示劑6-8滴，趁熱用硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫紅色為終點(diǎn)（不計(jì)讀數(shù)），加氟化鈉1～2g，再煮沸3min取下，再用硫酸銅滴定至紫紅色為終點(diǎn)，記下消耗的硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積數(shù)V。

分析結(jié)果按下式計(jì)算：

式中：C為硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，mol/L；V為滴定試樣時(shí)消耗硫酸銅溶液的體積，ml；V0為滴定鋁時(shí)隨同做試樣空白消耗硫酸銅溶液的體積，ml；m為分取試液所相當(dāng)?shù)脑嚇恿?，g；26.98為鋁的摩爾質(zhì)量，g/mol。

或者以同品種含量相近的標(biāo)樣與試樣平行操作，并以此換算分析結(jié)果。

2.6 重鉻酸鉀滴定法測(cè)定鐵

分取試液100ml于300ml三角瓶中，于電爐上加熱至微沸，用氯化亞錫溶液還原至淺黃色。稍冷，加10滴鎢酸鈉溶液，用三氯化鈦溶液還原至藍(lán)色。滴加重鉻酸鉀溶液氧化至無色，加（15+15+70）硫磷混酸5ml，0.2%二苯胺磺酸鈉指示劑5滴，以重鉻酸鉀滴定至穩(wěn)定的紫色為終點(diǎn)，記下消耗重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積數(shù)V。

空白值的測(cè)定：與試樣平行操作，以重鉻酸鉀氧化至無色后，加10.00ml硫酸亞鐵銨溶液，5ml（15+15+70）硫磷混酸，5滴二苯胺磺酸鈉指示劑，以重鉻酸鉀滴定至穩(wěn)定的紫色，記下消耗的毫升數(shù)（V1）。再加10.0ml硫酸亞鐵銨溶液，再用重鉻酸鉀滴定至穩(wěn)定的紫色，記下消耗的毫升數(shù)（V2），則V0=V1-V2即為空白值。

分析結(jié)果按下式計(jì)算：

式中：C為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，mol/L；V為滴定試樣時(shí)消耗重鉻酸鉀溶液的體積，ml；V0為滴定空白溶液時(shí)消耗重鉻酸鉀溶液的體積，ml；m為分取試液所相當(dāng)?shù)脑嚇恿?，g；55.85為Fe的摩爾質(zhì)量，g/mol。

或者以同品種含量相近的標(biāo)樣與試樣平行操作，并以此換算分析結(jié)果。

3 檢測(cè)方法驗(yàn)證、優(yōu)點(diǎn)與注意事項(xiàng)

3.1 方法驗(yàn)證

用硅鋁鐵合金標(biāo)樣及試樣分析Si、Al、Fe在其中的百分含量，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，具體結(jié)果如表1所示。由表1能夠看出，按照文章擬定的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定樣品中Si、Al、Fe百分含量，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.5443%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本法有較好的準(zhǔn)確度和精密度，分析方法是可行的，可以為生產(chǎn)的快速分析提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。如表1所示。

3.2 快速分析方法的優(yōu)點(diǎn)和注意事項(xiàng)

（1）采用分取同一母液分析硅鋁鐵合金中主元素，省去了分別溶樣的時(shí)間，減少了操作者的麻煩，提高了工作效率，同時(shí)還降低了分析成本。

（2）由于硅鋁鐵合金含硅量較高，直接用酸處理很難溶解。故本法采用堿性熔劑高溫熔融。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用快熔劑熔融，效果極佳。

（3）混合熔劑配加一定比例的碳酸鉀作用在于既能加快樣品溶解速度，又能加快熔塊的浸出速度，縮短分析時(shí)間。

（4）加入草酸的優(yōu)點(diǎn)在于用硫酸亞鐵為還原劑時(shí)，草酸的存在不僅能破壞磷鉬雜多酸，還能降低Fe3+/Fe2+氧化電位以提高Fe2+還原能力；草硫混合酸濃度相對(duì)較稀，起到水浴后降溫的作用，省去流水冷卻的步驟，節(jié)省分析時(shí)間。

（5）為了使Al3+與EDTA配位完全，加入EDTA的量必須要足夠。本法按每1%Al加0.6ml的EDTA，再過量6ml計(jì)算。

（6）用鹽酸調(diào)節(jié)酸度時(shí)，如出現(xiàn)渾濁，則表示EDTA加入量不足。此時(shí)，可滴加1+1鹽酸至溶液透明，再補(bǔ)加EDTA，然后滴加10%氫氧化鈉溶液變紅，再按原方法處理。

（7）為避免強(qiáng)堿分離不夠理想而影響結(jié)果，本法采用回滴辦法予以消除。因?yàn)樵诖怂岫认?，F(xiàn)-能夠置換Al-EDTA配合物中的EDTA，而生成更穩(wěn)定的Al-F配合物。

（8）氧化終點(diǎn)的觀察是本法的關(guān)鍵。以重鉻酸鉀氧化近終點(diǎn)時(shí)，應(yīng)慢滴多振蕩，顏色不要滴到太白，否則易于偏低。

（9）“鎢藍(lán)”顏色被氧化后，應(yīng)立即加入磷硫混酸，滴定中間不應(yīng)放置，否則由于空氣氧化低鐵而使結(jié)果偏低。

4 結(jié)束語

采用文章提出的硅鋁鐵合金中硅-鋁-鐵的聯(lián)合快速分析方法測(cè)定試樣，結(jié)果準(zhǔn)確性高，操作簡(jiǎn)便、快速，能夠?yàn)樯a(chǎn)及時(shí)高效的報(bào)告化驗(yàn)數(shù)據(jù)。此方法值得在廣大鋼鐵企業(yè)和鐵合金企業(yè)中廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]鞍鋼鋼鐵研究所.實(shí)用冶金分析[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990：358-359.

[2]冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院標(biāo)準(zhǔn)化研究所.礦產(chǎn)品原料及其試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)匯編[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002：480-482.