稀土鎂硅鐵合金中硅含量的分析方法

2021-02-11 07:59:32姜均濤陳祥鳳

新技術新工藝 2021年12期

姜均濤，陳祥鳳

(臨沂科技職業學院智能制造系，山東臨沂 276000)

稀土鎂硅鐵合金是鑄造行業里一種非常重要的合金材料，也叫做球化劑[1]，一般球化劑的含硅量在35%～47%之間，在鑄造后期加入稀土鎂硅鐵合金能顯著提高鑄鐵強度，在鋼、鐵生產中用作合金添加劑，在鑄造生產中作為球化劑。球化劑在冶金及鑄造行業中是必不可少的，其中鎂是主要的球化元素，對石墨的球化效果有直接的影響[2]。在鋼、鐵生產中用作合金添加劑，在鑄造生產中作為球化劑，可有效改善鑄鐵的組織結構和力學性能[3]。硅是其中的主要元素，含量可達到35%～47%，因此，如何快速、準確地檢測稀土鎂硅鐵合金中的硅含量具有極其重要的意義[4]。

稀土鎂硅鐵合金中硅的測定方法主要有重量法、分光光度法和酸堿滴定法。由于高氯酸脫水重量法操作起來比較復雜，分析周期長，而分光光度法偶然誤差大，受環境、溫度等因素影響較大[5]，所以本實驗室采用操作簡單、分析結果準確且重現性好的氟硅酸鉀容量法。

1 試驗材料、設備與方法

1.1 選取標準樣品

本分析方法擬選取冶金類標準樣品，列表見表1。

表1 標準樣品名稱及硅含量

1.2 試驗裝置

本文采用的試驗裝置為抽氣過濾裝置(見圖1)。

圖1 抽氣過濾裝置

1.3 化學反應機理

標準樣品使用硝酸和氫氟酸溶解，使硅轉化為硅氟酸的形式存在，氟硅絡合離子在過量K+存在的情況下，會形成氟硅酸鉀沉淀，然后沉淀以沸水水解，產生硅當量的氫氟酸[6]，此氫氟酸用標準酸堿溶液滴定，化學反應式如下：

K2SiF6+3H2O=2KF+H2SiO3+4HF

HF+NaOH=NaF+H2O

1.4 氫氧化鈉溶液的實驗室標定方法

1)方法1：用鄰苯二甲酸氫鉀進行標定。稱取2.000 0 g經105～110 ℃干燥2 h的鄰苯二甲酸氫鉀固體粉末置于250 mL錐形瓶中，加入100 mL亞沸水中溶解，在加入5滴混合指示劑，用氫氧化鈉溶液滴定，直至溶液呈現鮮明的紫色，記下所消耗標準溶液的體積V。按下述計算式計算氫氧化鈉溶液的濃度：

式中，m是鄰苯二甲酸氫鉀的質量，單位為g；V是滴定總共消耗氫氧化鈉的標準溶液體積，單位為mL。

2)方法2：用硅鐵標準試樣進行標定。計算氫氧化鈉溶液對硅的滴定度如下：

式中，T是氫氧化鈉溶液對硅的滴定度，單位為g/mL；X是硅鐵標準試樣中的硅含量；m是硅鐵標準試樣的質量，單位為g；V是滴定所耗氫氧化鈉溶液的體積，單位為mL。

2 分析方法

稱取0.100 0 g試樣(精確至0.000 2 g)，將試樣置于400 mL聚四氟乙烯燒杯中，加10 mL的HNO3，滴加5 mL的HF，用塑料棒攪拌使試樣完全溶解。用15 mL水吹洗杯壁，在攪拌下加KNO3溶液20 mL，繼續攪拌0.5 min，放置20 min，置于冷水或冰水中。試液及沉淀用中速定量濾紙于抽氣過濾裝置上抽氣過濾，用KNO3洗液洗滌燒杯和沉淀各3次，每次不超過5 mL，將沉淀連同濾紙移到原燒杯之中，加KF保護液15 mL，滴加混合指示劑10滴，用氫氧化鈉溶液中和殘余酸，邊中和邊仔細擦洗杯壁并將濾紙搗成糊狀，當用氫氧化鈉溶液中和至溶液出現鮮明紫色時[7-9]，迅速加入200 mL沸水，馬上用氫氧化鈉標準溶液進行滴定，在接近終點淡紫色時補加指示劑5滴，繼續滴定至出現鮮明紫色即為終點[10]。

3 試驗結果與討論

3.1 硅含量計算

按照上述方法1標定氫氧化鈉溶液時，計算硅含量如下：

式中，V1是滴定試樣所耗氫氧化鈉溶液的體積，單位為mL；V0是空白試驗所耗氫氧化鈉溶液的體積，單位為mL；c是氫氧化鈉溶液的濃度，單位為mol/L；0.007 023是與1.00 mL氫氧化鈉溶液[CNaOH=1.00 mol/L]相當的硅的質量，單位為g；m是試樣的質量，單位為g。

按照上述方法2標定氫氧化鈉溶液時，計算硅含量如下：

式中，T是氫氧化鈉溶液對硅的滴定度，單位為g/mL；V1是所耗氫氧化鈉溶液的體積，單位為mL；V0是空白試驗所耗氫氧化鈉溶液的體積，單位為mL；m是試樣的質量，單位為g。

3.2 氟硅酸鉀容量法測定結果

按照上述分析方法，每一個標樣分別測試3次，結果見表2。

由表2可以看出，REMg-1的偏差為-0.08%，REMg-2的偏差為-0.01%，REMg-3的偏差為+0.01%，REMg-4的偏差為-0.02%，與標準值偏差很小，都在允許的誤差范圍之內，而且3次結果也在標準值附近，準確性很高，平均值也具有很高的準確性。結果證明，本方法簡單、可靠，具有較高的準確性與重現性。