齒輪鋼精煉渣中硼元素測定-甲亞胺-H酸吸光光度法

祁旭丞，喬紅梅，姚長發，蔣莉君，陸建民

（青海西鋼特殊鋼科技開發有限公司，青海省冶金產品研究與開發重點實驗室，青海 西寧 810005）

齒輪鋼中加入痕量硼，可顯著提高其淬透性、機械強度和可焊接性能，增加硬度和抗張力。齒輪鋼中的硼除形成固溶體外，可形成碳硼化合物、氮化硼、氧化硼等。冶煉過程中，鋼材中的硼元素由煉鋼用原輔材料帶入，其中大部分硼跑到渣系中。煉鋼用原輔材料主要是鐵水、合金及廢鋼，對原輔材料中硼元素采用不同的濕法化學分析方法進行檢測，鐵水和鋼材中硼元素用直讀光譜檢測，為了計算鋼材中硼的物料平衡，檢測渣系中硼元素對控制齒輪鋼末端淬透性具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 試劑配置

（1）熔劑：固體過氧化鈉。

（2）1.19g/mL鹽酸：ρ=1.19g/mL的濃鹽酸溶液。

（3）HCL1+1：1份1.19g/mL鹽酸+1份去離子水混合。

（4）乙酸銨溶液(500g/1)：準備500g/L乙酸銨溶液。

（5）鹽酸(1+1)；1份1.19g/mL鹽酸+1份去離子水混合。

（6）鹽酸(1+4)：1份1.19g/mL鹽酸+4份去離子水混合。

（7）顯色劑(10g/L)：稱取1g甲亞氨-H酸及2g抗壞血酸，溶于100mL水中。

（8）甲亞胺一H酸的合成：稱取18gH-酸鈉鹽溶于1000mL水中，過濾。

（9）三氧化二硼標準存貯溶液：稱取1.7763g硼酸(優級純，經40℃～50℃千燥)溶于水中。移入1000mL容量瓶中，用水定容，此溶液含三氧化二硼lmg/mL。

（10）三氧化二硼標準溶液：取5.00mL三氧化二硼標準存貯溶液置于200mL容量瓶中，用水定容。此溶液含三氧化二硼25g/ml。

1.2 條件實驗

1.2.1 溫度試驗

稱取0.1000g試樣置于盛有4g過氧化鈉的剛玉坩堝中，混勻，蓋上1g所述過氧化鈉，蓋上所述鉑坩堝的蓋子，稍留縫隙，分別置于600℃、650℃、700℃、750℃高溫爐中熔10min。

結論：從上述實驗看出熔融溫度為650℃，至700℃試樣在熔融過程中出現噴濺現象。實驗重新補加了2個實驗，分別在630℃和680℃熔融，試樣清亮、液體流動性好，試樣能完全溶解。

1.2.2 熔劑和熔融時間試驗

稱取0.1000g試樣置于分別盛有1g、2g、3g、4g、5g、6g、7g過氧化鈉的剛玉坩堝中，混勻，蓋上1g所述過氧化鈉，蓋上所述鉑坩堝的蓋子，稍留縫隙，置于650℃高溫爐中熔1min、4min、8min、12min、15min進行試驗。

結論：①底面鋪3～6g過氧化鈉，攪拌均勻后，蓋上1g后熔融效果好，晃動后，流動性好，熔融完全。確定為白剛玉坩堝底面鋪上過氧化鈉4g，攪拌均勻后，上面蓋上1g。總共用5g過氧化鈉。②熔融時間在8～15 min熔液透明，流動性好，確定為10min.

1.2.3 波長試驗

表1 同一試液在不同波長下的吸光度

對同一試液，采用不同波長在2cm比色皿中進行比色，確定在不同波長下的吸光度，試液在λ=420nm波長下吸光度最大，即，A=0.365，確定為此實驗條件中波長為：420nm。

1.2.4 顯色時間試驗

表2 液體顯色時間試驗

對同一顯色液采用不同時間進行實驗，實驗在480分鐘后吸光度值穩定，補充實驗條件，采用2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h進行實驗。實驗結果如表。

表3 顯色時間試驗補充數據

結論：通過實驗條件確定，顯色液在4小時后，結果穩定。確定顯色時間為4h。

1.2.5 乙酸銨用量、酸度及顯色劑用量的正交實驗

正交實驗設計：

表4 確立因素水平

設計正交實驗：試驗考慮乙酸銨用量、酸度及顯色劑用量三個因素，每個因素取5個水平，可采用L25(56)正交表來安排試驗，該表由6列，將因素乙酸銨用量、酸度及顯色劑用量分別安排在1，2，3列，后三列空白。

表5 直觀分析表

根據極差大小確定因素的主次順序：酸度＞顯色劑＞乙酸銨，酸度對實驗指標的影響最大。

結論：由此得到各因素的最佳搭配為乙酸銨用量為5ml，鹽酸（1+4）2.5ml，顯色劑6ml，此條件的試驗在正交表的25次試驗中并沒有出現，通過做補充試驗，結果得到三氧化硼的含量達到0.45，說明利用正交試驗得道次實驗方法是成功的。

1.3 熔融態待測試樣過程：

稱取0.1000g試樣置于盛有4g過氧化鈉的剛玉坩堝中，混勻，蓋上1g所述過氧化鈉，蓋上所述鉑坩堝的蓋子，稍留縫隙，置于680℃～720℃高溫爐中熔13min，取出冷卻后將所述剛玉坩堝放入300mL燒杯中，加100mL熱水，煮3～5min，消除熔劑過氧化鈉產生的過氧化氫，用玻璃棒挑起剛玉坩堝，用去離子水洗凈剛玉坩堝，加入70mL高氯酸，高溫煮沸，待快干固時取下，冷卻2分鐘，以20mL熱鹽酸（1+1）酸化，加入20mL水并加熱至沸，冷卻至70℃左右，用糊狀碳酸鋇中和至氫氧化物沉淀剛出現(或二氧化碳氣泡停止產生)，再加少許碳酸鋇。此時燒杯底部應有少量碳酸鋇出現，加熱煮沸2min，取下冷卻，移入100mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，干過濾。吸取25.00mL濾液于50mL容量瓶中，依次加入5mL500g/L乙酸銨溶液、2.5ml鹽酸(1+4)、6mL10g/L顯色劑溶液，用水定容，于暗處放置12h(或過夜)，以試樣空白為參比，用2cm吸收皿，于420m處測量其吸光度，從工作曲線上查出相應的三氧化二硼的質量。

1.4 工作曲線的繪制

分別取omL、1.00mL,2.0omL、3.00mL，4.0mL、5.00mL、6.0mL三氧化二硼標準溶液，置于一組50mL容量瓶中，用水稀釋至約25mL加入5mL500g/L乙酸銨溶液，以下同試樣分析步驟。以試劑空白為參比，用2cm吸收皿，于420mm處測量其吸光度。以三氧化二硼的質量為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制工作曲線。

1.5 精密度試驗

對同一試樣重復測定10次。

表6 渣樣1#10次精密度測試值

1.6 回收率試驗

對不同試樣，添加25mg和50mg進行回收試驗。

表7 渣樣1#、2#硼元素回收試驗

2 結論

本文在在實驗過程中用高氯酸冒煙充分消除了含氟爐渣中的氟離子，采用慣序實驗和正交實驗確立了最佳的實驗條件。在線性范圍內穩定性好、操作簡便，分析結果準確度高、精密度好，完全能滿足生產檢驗要求。