劉姍

（徐州工業職業技術學院，江蘇徐州 221140）

硅在鐵礦石及鋼鐵中比較常見，在礦石中主要以FeSi、Fe2Si、FeMnSi的形式存在，是煉鋼中常用的脫氧劑，因此在鋼鐵中也較常見[1]，其量一般小于0.5%。

硅固溶于鐵素體和奧氏體中，能夠提高鋼的強度和硬度。在常見元素中，硅的這種作用僅次于磷，而較釩、鎳等強，能顯著提高鋼的彈性極限、屈服強度、屈服比，對于冶煉彈簧鋼十分有利[2]。

硅的測定方法有重量法、滴定法、光度法。重量法有無機酸脫水法（不同酸的選擇是關鍵）、有機凝聚劑法（動物膠或陽離子表面活性劑）等，滴定法主要有氟硅酸鉀法，比色法主要是硅鉬雜多酸法、三元離子締合物法、倍增反應法、置換反應法等。

重量法操作復雜，分析流程長且硅酸凝膠不穩定；儀器分析具有精密度好、敏度高、方法選擇性優等優點，通過大量實驗和研究，總結出改良的硅鉬藍光度法測定硅：試樣用堿熔融，稀鹽酸浸取，使硅成硅酸狀態。在弱酸性溶液中，硅酸與鉬酸銨生成可溶性黃色硅鉬雜多酸，此雜多酸能被硫酸亞鐵銨還原成硅鉬藍，在650 nm處測定[3]。

1 實驗方法與原理

1.1 實驗方法

將樣品在堿性條件下熔融，在酸性條件下測定，生成硅鉬黃（正硅酸與鉬酸銨生成），調節酸度加入草酸作為掩蔽劑，用硫酸亞鐵銨還原硅鉬黃為硅鉬藍，測量其在可見光部分吸光度，得出相應的SiO2含量[4]。

1.2 硅鉬藍法測定二氧化硅的方法原理

在一定濃度范圍內生成的產物硅鉬藍，與硅的量成正比，測定其在波長650 nm的吸光度，求得其中硅的含量。

各步化學反應式如下：

2 實驗部分

2.1 實驗儀器

UV-2000型分光光度計（上海尤尼科儀器有限公司），ALC110-4型電子天平(賽多利斯科學儀器有限公司)，HH-S4數顯恒溫水浴鍋，其他實驗室常用儀器。

2.2 實驗材料與試劑

材料：鐵礦石。

試劑：0.1 mg/mL二氧化硅標準儲備液，鹽酸溶液（1+2），6%硫酸亞鐵銨溶液，5%草酸溶液，5%鉬酸銨溶液。

2.3 單因素實驗

2.3.1 選擇最大吸收波長

在50 mL容量瓶中準確加入1.5 mL的硅標準液，加入（1+2）HCl 0.5 mL，加入5%鉬酸銨溶液5.0 mL，在沸水水浴中加熱30 s，放冷到室溫。再加入草酸10.0 mL，加入6%的硫酸亞鐵銨溶液10.0 mL作顯色液。以試劑空白做參比，測定其在600～800 nm處的吸光度，繪制吸收曲線?？梢钥闯?，硅鉬藍的最大吸收波長810 nm，但在810 nm處不穩定，在650 nm處穩定，所以選擇650 nm處作為吸收波長。

2.3.2 溶液酸度的影響

溶液的酸度對形成硅鉬酸絡離子十分重要，過大或過小均使結果偏低。酸度過大，鉬酸銨與硅不起反應；酸度過小，會生成大量鉬酸鐵沉淀，使硅鉬酸生成不完全。硅鉬雜多酸的形成必須確保全部硅呈單分子硅酸存在。因此應以較稀的酸溶解樣品，采用較常用的鹽酸、硫酸、硝酸來調節酸度，結果發現硝酸的用量對測定結果影響大，因此選用1+2的鹽酸或硫酸來調節酸度，以加入量為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖1。

圖1 溶液酸度對測定的影響

由圖1可見，將1+2的鹽酸體積控制在0.4～0.8 mL時，顯色液穩定，吸光度變化不大。

2.3.3 顯色液的顯色時間及穩定性

準確量取1.5 mL的硅標準液于50mL容量瓶中，加入0.5mL的HCl（1+2），再加入5.0 mL的5%鉬酸銨，在沸水水浴中加熱30 s，流水冷卻室溫再加入10.0 mL草酸，加入10.0 mL 6%硫酸亞鐵銨溶液作顯色液。以空白作參比，顯示硅顯色液在24h內是穩定的。

2.3.4 硫酸亞鐵銨的用量

在相同實驗條件下，分別加入不同量的6%硫酸亞鐵銨溶液作顯色液。由圖2的結果表明硫酸亞鐵銨的加入量不宜過多，過多就會使顯色體系不穩定。

圖2 硫酸亞鐵銨的用量

綜合考慮，硫酸亞鐵銨的最佳用量為10.0 mL。

2.3.5 草酸的用量

草酸除迅速破壞磷鉬酸外，亦能逐步分解硅鉬酸，故加入草酸后，應于1 min內加硫酸亞鐵銨，而且草酸還能提高二價鐵離子的還原能力。但過量的草酸就會破壞硅酸與鉬酸銨所形成的雜多酸。

分別加入0～14 mL不同量的草酸，由圖3發現其吸光度穩步上升，且在加入10.0～14 mL吸光度達到最大，且較穩定，當草酸少于5 mL時，試樣溶解不完全，超過14 mL時，溶液顏色發綠，影響測定，不正常。

圖3 草酸的用量

2.3.6 鉬酸銨的用量

加入鉬酸銨的量會影響鉬藍的色澤強度。鉬酸銨過多，會與鐵生成鉬酸鐵沉淀。但也不可加得太少，否則會降低硅的色澤強度，吸光度測定不靈敏，在其他條件固定的情況下，加入不同體積的鉬酸銨(5%)溶液。

圖4 鉬酸銨的用量

從圖4中可以看出，鉬酸銨用量在3～5 mL時，吸光度較為穩定，鉬酸銨用量大于5 mL時，生成了鉬酸鐵沉淀，會影響測定結果。

2.3.7 形成硅鉬藍最佳溫度和所需時間

取一定量的硅標液，依次加入5%鉬酸銨溶液，加入HCl(1+2)溶液，在沸水水浴中加熱不同的時間，流水冷卻到室溫考量吸光度。

圖5 形成硅鉬藍最佳溫度和所需時間

由圖5的實驗證明：在90 ℃的水浴中加熱30～90秒適合硅鉬藍的生成。不宜長時間煮沸，并需適當吹入水，以防止溫度過高，酸度過大，使部分硅酸聚合。

3 討論及結果分析

3.1 工作曲線的繪制

分別準確量取0.0、0.5、1.0、1.5、2.0 mL和2.5 mL的硅標準溶液于50 mL容量瓶中，按上述步驟測定吸光度，以標準硅濃度為縱坐標，吸光度為橫坐標，繪制工作曲線。

表1 工作曲線的繪制

圖8 工作曲線的繪制

該標準曲線的回歸方程為y=0.378 9x+0.007 8，相關系數R=0.99952。

3.2 硅的含量

準確稱取一定量的鐵礦石。按上述最佳條件測定吸光度，如表2所示。

表2 硅的含量

4 結論

試驗主要研究用硅鉬藍光度法測定鐵礦石中二氧化硅的最佳條件。在乙醇存在下，于0.1mol/L鹽酸介質中，正硅酸與鉬酸生成穩定的硅鉬黃，用硫酸亞鐵銨還原硅鉬黃為硅鉬藍，測得吸光度。按上述條件在650nm處測定鐵礦石中二氧化硅的含量為3.77%。該方法快速、準確，適用于鐵礦石及鋼材中硅的含量的測定，具有實際應用價值。

[1]任芳萍.合金鋼中硅的測定[J].機電元件,2004,24(2):22-23.

[2]許鳳霞,陳宇.如何測定鋼鐵產品中的硅含量[J].產品可靠性報告,2006(3):65-65.

[3]張先才,胡鄭毛.鉬藍光度法測定鋼鐵中的硅含量[J].現代礦業,2005(4):11-12.

[4]岳軍.礬鐵中硅的測定-硅鉬藍光度法[J].大型鑄鍛件,2002(3):39-40.