不銹鋼中的鉻含量測定及影響因素的研究

姚廣利

摘要：對不銹鋼中的鉻元素進行了酸溶法的測定，采用鹽酸、硝酸等分解試樣，經催化氧化，以硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，將六價鉻還原為三價鉻，根據消耗滴定液體積計算試樣中鉻含量。并分析了產生誤差的幾種主要原因和干擾因素，確定了此方法的最佳反應條件。并對相對標準偏差進行了檢驗和探討。

關鍵詞：不銹鋼 酸溶法 滴定 影響因素

鉻是合金鋼中最重要的合金元素之一。鉻在鋼中能提高鋼的機械強度，增加鋼的淬透性，提高高碳鋼的耐磨性。當鉻含量超過12%時，使鋼產生良好的高溫抗氧化性和在氧化性介質中的耐腐蝕作用，并增加鋼的熱強性，這種合金鋼稱為不銹鋼。

現行鋼中鉻的分析方法主要為電感耦合等離子體發射光譜法，但此方法一般用以測定鉻含量較低的鋼鐵產品，而本實驗中不銹鋼的鉻含量超過12%，含量較高，用電感耦合等離子體發射光譜法測定會產生一定的偏差。因此采用化學分析方法。不銹鋼中鉻常以碳化物和氧化物的形式存在，鉻的碳化物要以濃硫酸或者高氯酸加熱至冒硫酸煙和高氯酸煙才能破壞。檢測過程中溫度、溶解酸、過硫酸銨溶液、酸度都會對實驗結果造成影響。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及藥品

鹽酸（ρ約1.19g/ml）;硝酸（ρ約1.42g/ml）;磷酸（ρ約1.69g/ml）;硫酸（ρ約1.84g/ml）;過硫酸銨溶液，300g/L;

硝酸銀，10g/L（稱取1.0g硝酸銀溶于100ml水中，滴加幾滴硝酸，貯于棕色瓶中）;

硫酸錳，40g/L（稱取硫酸錳4.0g，溶于水中，以水稀釋至100ml，混勻）;

N-苯基代鄰（位）氨基苯甲酸指示劑：0.2%。（稱取此指示劑0.2克，加入30ml水，0.2g無水碳酸鈉，煮至沸騰，冷卻，以水稀釋至100ml，混勻。）;

硫酸亞鐵銨標準溶液：0.1000mol/L。稱取39.2120g硫酸亞鐵銨于300ml燒杯中，以硫酸（5+95）溶解。并于1000ml容量瓶中以此酸稀釋至刻度搖勻。

硫酸亞鐵銨標準溶液的標定：移取20.00ml重鉻酸鉀標準溶液（0.1000mol/L）三份，分別置于300ml錐形瓶中，加入8ml硫酸和5ml磷酸，用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，臨近終點時加入4滴N-苯基代鄰（位）氨基苯甲酸指示劑，繼續滴定至紫紅色轉變為亮綠色為終點。三份溶液所消耗硫酸亞鐵銨標準溶液毫升數的極差至不超過0.05ml，取平均值。

硫酸亞鐵銨標準溶液的濃度為

式中：T—單位體積硫酸亞鐵銨標準滴定溶液相當于鉻的質量單位為克每毫升（g/ml）;

V—移取重鉻酸鉀標準溶液的體積，單位為毫升（ml）;

V1—滴定所消耗硫酸亞鐵銨標準滴定溶液體積的平均值，單位為毫升（ml）;

C—重鉻酸鉀標準溶液濃度，單位為克每毫升（g/ml）。

1.2 操作步驟

稱取試樣0.5000g于500ml錐形瓶中，加入1：1的鹽酸20ml，低溫處溶解后，滴加3ml硝酸破壞碳化物，繼續煮沸至無硝酸煙，取下冷卻。加入8ml硫酸、5ml磷酸，搖勻，加熱至冒濃烈的硫酸煙2分鐘后取下冷卻。加水至200ml刻度線處，加入硫酸錳2滴、硝酸銀5ml、過硫酸銨溶液20ml，加熱煮沸至溶液成高錳酸的紅色。繼續加熱至冒大泡，以分解過量的過硫酸銨，待溶液平穩后，緩慢加入5ml鹽酸，溶液煮沸至紅色消失，氯化銀沉淀凝聚，用流水冷卻至室溫。用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至溶液呈淡黃色，加入4～5滴N-苯基鄰氨基苯甲酸，繼續用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至溶液由紫紅色轉變為亮綠色為終點。

2 分析結果

式中：T—單位體積硫酸亞鐵銨標準滴定溶液相當于鉻的質量單位為克每毫升（g/ml）;

V2—消耗硫酸亞鐵銨標準溶液的毫升數，單位為毫升（ml）;

m—試樣重，單位為克（g）;

實驗結果如表1

3 影響因素研究

3.1 發硫酸煙時間

加入硫酸發煙冒白煙的時間不宜過短或過長。若時間過短，溶解酸不能完全消去，使分析結果偏低;若冒煙時間過長，則六價鉻在高溫下易被還原，且溶液易析出沉淀。

3.2 加入催化劑和氧化劑后，溶液仍為綠色不變成紅色的原因分析

由于錳比鉻的氧化勢高，溶液不變紅色說明二價錳沒有被氧化成六價錳，即三價鉻沒有被氧化成六價鉻，過硫酸銨對三價鉻的氧化反應失敗，氧化反應失敗經多次試驗總結兩點原因：

（1）硫酸煙發煙時間過短，鹽酸中氯離子沒有完全被除去（或外界因素導致參雜了氯離子雜質），加入的硝酸銀與剩余的氯離子結合，沒有起到催化劑的作用，致使過硫酸銨氧化反應失敗。

（2）過硫酸銨溶液配置時間過早，已失效，起不到氧化作用，所以過硫酸銨溶液應當現用現配。

3.3 酸度的影響

鹽酸還原高錳酸時煮沸時間應在2-3min內，若時間太短氧化劑未除，會使結果偏高;若時間過長，溶液體積減小，酸度增加，六價鉻又會被還原成三價鉻，導致結果偏低。

3.4 溫度的影響

鹽酸還原高錳酸時，當高錳酸還原分解完成后，用流水迅速降低溶液溫度，防止六價鉻被氯離子還原的概率。

3.5 指示劑的影響

鄰苯氨基苯甲酸指示劑具有還原性，消耗亞鐵，故不能多加，并且加入量需保持一致，否則易產生偏差。

不銹鋼中鉻含量的氧化滴定法操作簡單，耗時低，穩定性好，熟練掌握此方法后僅需兩小時即可得到準確的數據，準確度符合國家標準。此方法完善了國標方法對不銹鋼中鉻檢測結果的不穩定部分，滴定度計算便捷可靠，適用于工廠實驗室的實際工作，保證了工廠不銹鋼產品的質量。

參考文獻

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[2]張錦柱《工業分析化學》北京：冶金工業出版社。2008年

[3]王智平《新編鋼鐵與鐵合金化學分析及質量控制標準使用手冊》北京：中國科技文化出版社。2012年

[4]王海舟《合金鋼分析》北京：科學出版社。2003年