硅鋁鐵合金中鋁和鐵的聯(lián)合快速分析

陸 松

(四川工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究院冶金質(zhì)檢所,四川成都 610046)

硅鋁鐵合金中鋁和鐵的聯(lián)合快速分析

陸 松

(四川工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究院冶金質(zhì)檢所,四川成都 610046)

用硝酸和氫氟酸溶解試樣,加高氯酸冒煙除去硅和氟。用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液p H值至12以上,過(guò)濾,分離銅、鐵和鈦等。取濾液以鉛標(biāo)液滴定,氟鹽置換EDTA絡(luò)合法分析鋁;取濾紙和沉淀,高溫硫磷混酸環(huán)境下加硝酸分解濾紙,氯化亞錫還原重鉻酸鉀法分析鐵。按此方法對(duì)兩種硅鐵鋁標(biāo)樣中的鋁和鐵進(jìn)行了6次分析,測(cè)得結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致。其中鋁的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.19%和0.14%,鐵的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.19%和0.18%。該方法準(zhǔn)確度高,重現(xiàn)性良好,能滿足日常生產(chǎn)的分析要求。

硅鋁鐵合金;EDTA絡(luò)合法;鋁;重鉻酸鉀氧化還原法;鐵

1 引言

作為一種高效的復(fù)合型脫氧劑,硅鋁鐵合金被廣泛地應(yīng)用于鋼鐵冶煉生產(chǎn)過(guò)程。鋁的收得率相對(duì)于金屬鋁高出10%左右,且能更好地穩(wěn)定鋼中酸溶鋁含量[1]。然而,對(duì)硅鋁鐵合金中的主元素鋁和鐵聯(lián)合分析的報(bào)告較少,亦無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可循。傳統(tǒng)的方法主要是對(duì)元素進(jìn)行單獨(dú)分析,操作較為繁瑣費(fèi)時(shí)。參考相關(guān)文獻(xiàn)[2-3],探索了一種硅鋁鐵合金中鋁和鐵連續(xù)分析的途徑。降低了分析成本,縮短了分析時(shí)間,能更好地滿足日常生產(chǎn)需要。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 藥品試劑

硝酸：65.0%～68.0%;

氫氟酸：≥40%;

鹽酸：36.0%～38.0%;

硫酸：95.0%～98.0%;

磷酸：≥85.0%;

1+1鹽酸：取鹽酸與水等體積混合;

10%氫氧化鈉溶液：稱取10 g氫氧化鈉溶于100 ml水中;

2.0 %EDTA：稱取2.0 g EDTA二鈉溶于100 ml水中;

硝酸鉛滴定液：準(zhǔn)確稱取優(yōu)級(jí)純硝酸鉛13.2484 g溶于200 ml水中,定容于2000 ml容量瓶,搖勻,放置過(guò)夜,此溶液硝酸鉛含量為0.020 00 mol/L;

50%乙酸銨：稱取100 g乙酸銨置于500 ml燒杯,加水至150 ml,加熱至樣品溶解,冷卻至室溫,定容于200 ml容量瓶;

乙酸-乙酸鈉緩沖溶液：稱取200 g乙酸鈉,溶于水后加入9 ml冰乙酸,稀釋至1000 ml;

0.25 %二甲酚橙：稱取0.25 g二甲酚橙溶于100 ml水中;

0.2 %二苯胺磺酸鈉：稱0.2 g二苯胺磺酸鈉溶于100 ml水中;

10%氯化亞錫：稱取10 g氯化亞錫溶解于10 ml熱鹽酸后加水至100 ml;

40 g/L高錳酸鉀溶液：稱取4 g高錳酸鉀溶于100 ml水中;

氯化汞飽和溶液：于100 ml水中加入氯化汞至過(guò)量,充分?jǐn)嚢韬箪o置過(guò)夜;

重鉻酸鉀滴定液：準(zhǔn)確稱取優(yōu)級(jí)純重鉻酸鉀2.941 9 g,溶于200 ml事先已煮沸30 min且冷卻至室溫的水中,并以此水定容至2000 ml,搖勻,靜置過(guò)夜,此溶液中重鉻酸鉀含量為0.005 000 mol/L;

1%氫氧化鈉溶液：取10%氫氧化鈉溶液稀釋10倍。

2.2 樣品處理

精確稱樣0.20 g左右于400 ml聚四氟乙烯燒杯,隨同做空白實(shí)驗(yàn)。加入10 ml硝酸,搖勻,加入10 ml氫氟酸,于電爐低溫加熱至樣品完全溶解。加入15 ml高氯酸,低溫冒煙15 min后煮至盡干,取下稍冷。加入10 ml1+1鹽酸和100 ml水,低溫加熱至鹽類溶解。滴加10%氫氧化鈉溶液至穩(wěn)定氫氧化鐵沉淀出現(xiàn)并過(guò)量10 ml,小火微沸5 min,中速濾紙過(guò)濾至200 ml容量瓶,用1%氫氧化鈉溶液沖洗燒杯和沉淀各5次。待溶液冷卻后定容,同時(shí)保留沉淀。

2.3 鋁分析

分取2.2中所得溶液40 ml于300 ml三角瓶,滴加鹽酸至穩(wěn)定氫氧化鋁沉淀析出,繼續(xù)滴加1+1鹽酸至沉淀剛好溶解并過(guò)量3～4滴。加入15 mlEDTA(視鋁含量而定,一般過(guò)量5～6 ml),加入3 ml乙酸銨,煮沸3 min,控制溶液體積在50 ml以內(nèi)。取下,加入10 ml乙酸-乙酸鈉緩沖溶液,7～8滴二甲酚橙指示劑,以硝酸鉛滴定液滴至紅色,不記讀數(shù)。加入1 g氟化鉀,煮沸2 min。再補(bǔ)加3滴指示劑,繼續(xù)滴至溶液由黃色變紅色為終點(diǎn)。

鋁含量的計(jì)算公式為：

式中：C(Pb)—硝酸鉛滴定液的濃度,mol/L;

V(Pb)—第二次滴定時(shí)消耗硝酸鉛滴定液的體積,ml;

V1—空白消耗硝酸鉛滴定液的體積,ml;

M—稱取的樣品質(zhì)量,g。

2.4 鐵分析

取2.2中沉淀連同濾紙置于500 ml三角瓶,用少量1+1鹽酸淌洗燒杯,并入三角瓶。加入10 ml鹽酸、10 ml硝酸,加熱至濾紙溶解。稍冷,加入8 ml磷酸、8 ml硫酸。加熱至冒硫酸煙,迅速加入1滴管硝酸進(jìn)行強(qiáng)氧化。重復(fù)3～4次至溶液澄清透明,待硝酸煙冒盡,取下稍冷。加入30 ml1+1鹽酸,趁熱滴加氯化亞錫至無(wú)色。取下,滴加高錳酸鉀至黃色后煮沸。邊加熱邊滴加氯化亞錫至溶液剛好由黃色變無(wú)色,過(guò)量2～3滴,流水冷卻至室溫。加入5 ml飽和氯化汞,充分震蕩至出現(xiàn)白色絲狀沉淀,靜置3 min。加入5滴二苯胺磺酸鈉指示劑,以重鉻酸鉀滴定液滴至紫色。

鐵含量計(jì)算公式：

V2—空白消耗重鉻酸鉀滴定液的體積,ml;

M—稱取的樣品的質(zhì)量,g。

3 結(jié)果與討論

(1)硅鋁鐵合金中硅含量較高,一般無(wú)機(jī)酸難以徹底溶解。而堿熔法操作較為繁瑣,熔樣條件苛刻。實(shí)驗(yàn)用硝酸氫氟酸溶樣,后加高氯酸冒煙。樣品溶解徹底且操作簡(jiǎn)便,同時(shí)可以去除硅和氟,避免其產(chǎn)生膠狀物吸附被測(cè)離子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。同時(shí),應(yīng)先加入氧化性的硝酸,再緩慢加入氫氟酸。以避免產(chǎn)生的覆蓋單質(zhì)硅而難以繼續(xù)溶解。

(2)沉淀鐵時(shí),氫氧化鈉溶液的滴加不宜過(guò)快。氫氧化鐵溶度積比氫氧化鋁的小。當(dāng)有沉淀析出時(shí),應(yīng)緩慢滴加并不斷攪拌。使前者先于后者析出,降低兩種離子共同沉淀相互包裹,進(jìn)而對(duì)后續(xù)氫氧化鋁溶解造成影響。同時(shí)最終的堿濃度不宜過(guò)高,否則氫氧化鐵會(huì)部分形成膠狀物,以膠體形式進(jìn)入溶液而降低分離效果,同時(shí)會(huì)堵塞濾紙使過(guò)濾困難。

(3)EDTA與金屬離子絡(luò)合時(shí),由于其酸效應(yīng)的存在,p H值過(guò)低會(huì)降低其絡(luò)合能力,過(guò)高則鋁離子沉淀析出。因此p H值的調(diào)節(jié)會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中直接用1+1鹽酸調(diào)節(jié)至氫氧化鋁沉淀剛好溶解并過(guò)量3～4滴。相比于使用指示劑或者干果紅試紙操作更簡(jiǎn)捷,引入誤差因子更少。

(4)第二次用氯化亞錫還原時(shí)一定要稍微過(guò)量,即樣品剛好變無(wú)色時(shí)一定要過(guò)量3～4滴以保證三價(jià)鐵被完全還原。氯化汞可以氧化過(guò)量的氯化亞錫而其本身被還原為白色絲狀的氯化亞汞。如若氯化亞錫過(guò)量太多,便會(huì)與氯化亞汞進(jìn)一步反應(yīng)產(chǎn)生黑色汞單質(zhì),結(jié)果偏高。因此觀察氯化汞的顏色可以對(duì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程進(jìn)行一定的把控。

(5)在用氯化亞錫還原三價(jià)鐵的過(guò)程中,應(yīng)保持一定的鹽酸濃度。否則Fe3+易與磷酸絡(luò)合生成無(wú)色[Fe(HPO4)2]-配離子而使鐵還原不完全,結(jié)果偏低。

(6)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種硅鐵鋁標(biāo)樣中的鋁和鐵分別進(jìn)行了6次分析,結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 鋁含量分析結(jié)果(%)

結(jié)果顯示,該方法準(zhǔn)確度高,重現(xiàn)性良好,能滿足日常生產(chǎn)的分析要求。

表2 鐵含量分析結(jié)果(%)

[1] 宋啟年,陶再南,等.硅鋁鐵合金終脫氧的應(yīng)用和研究[J].四川冶金,1992(4).

[2] 全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).鋅―5%鋁―混合稀土合金鍍層鋼絲、鋼絞線：附錄A鋼絲鍍層中鋁含量的測(cè)定方法：GB/T20492-2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006：9.

[3] 程晶瑋,殷新求,柴良梅.黑色金屬化學(xué)分析方法選編[M].湖南冶金,1988.

The Method for Rapid Determination of the Aluminum and Iron Content in Ferro-silico-aluminium Alloy

LU Song
(Metallurgical Quality Inspection Institute,Industrial Environment Monitoring Institute of Sichuan,Chengdu 610046,Sichuan,China)

In this pepper,a new way to analyze the aluminum and iron content in ferro-silico-aluminium alloy has been studied.The sample totally dissolved by nitric acid and hydrofluoric acid,the fluorine and the silicon in the solution have been absolutely volatilized by the smoking perchloric acid.Then a superfluous sodium hydroxide is added to make a high p H environment,during which the iron and the aluminum are separated as iron hydroxide and partial aluminum.Based on that isolate,the filtrate is used to analyze the aluminum by EDTA with fluoride salt replacing the Al3+.The filter paper oxidized by nitric acid at a high temperature in a mixture of sulfuric acid and phosphoric acid,the iron is analyzed by potassium dichromate with stannous chloride being the reductant.By this method,two kinds of standard samples have been analyzed for 6 times,showing that the results are consistent with the standard values.The relative standard deviations of the aluminum are 0.19%and 0.14%,that of the iron are 0.19%and 0.18%.The result shows this method is quickly,reliable and accurate.

ferro-silico-aluminium alloy,aluminum,EDTA method,potassium dichromate method,iron

TF03

A

1001-5108(2017)04-0061-03

陸松,助理工程師,主要從事冶金產(chǎn)品的化學(xué)成分分析工作。