鋼鐵中硅錳磷聯(lián)合測定溶液中鈦的測定

高志剛，陳仿，馮錦春

(1.四川建設(shè)機(jī)械(集團(tuán))股份有限公司，四川 成都 610081；2.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 德陽 618000)

0 引言

隨著光譜分析技術(shù)以及分析儀器的快速發(fā)展，雖然如今可以較快捷地通過光譜分析方法測定鋼鐵中Ti的含量，但使用光譜分析儀器的初期投入成本較高。因此，通過化學(xué)分析的方法測定鋼鐵中Ti的含量仍有較為明顯的成本優(yōu)勢。鋼鐵中Ti含量的測定方法多為單獨(dú)測定，需要消耗較多的時(shí)間與相關(guān)試劑[1]。本文所采用的分析方法旨在利用實(shí)驗(yàn)室原有的硅錳磷聯(lián)合測定的試液對鋼鐵中Ti含量進(jìn)行測定，節(jié)約時(shí)間的同時(shí)降低成本。

鈦在地殼中的豐度約為0.62%，但儲(chǔ)存較分散，主要以金紅石、鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、釩鈦磁鐵礦等礦物形式存在。鈦有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，僅高溫下才與空氣中O2反應(yīng)生成TiO2，并與N、H、C等生成TiN、TiH2、TiC等。Ti與稀HCl、稀H2SO4以及各種稀堿反應(yīng)緩慢，可溶于濃HCl、濃H2SO4、王水及HF中，在HNO3中鈍化。鈦與N、O、C有極強(qiáng)的親合力，冶煉時(shí)是一種良好的脫氧去氣劑。鋼中加入Ti可細(xì)化晶粒提高強(qiáng)度，不銹鋼中加入適量Ti可防止晶間腐蝕。

鈦的原子序數(shù)為22，價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d24s2。在參與化學(xué)反應(yīng)過程中強(qiáng)烈傾向失去4s和3d電子達(dá)到3P6的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此Ti(Ⅰ)、Ti(Ⅱ)、Ti(Ⅲ)均不穩(wěn)定，而Ti(Ⅳ)是最穩(wěn)定狀態(tài)，且Ti(Ⅳ)在水中是穩(wěn)定的，在不同溶液中以Ti4+、TiO2+、(Ti(OH)2)2+、(Ti(OH)3)+等陽離子或(TiCl6)2-陰離子形式存在，Ti(Ⅳ)在低酸度溶液中極易水解或者形成多核離子且不可逆[2]。Ti(Ⅳ)易形成絡(luò)合物，通常配位數(shù)為6。

1 試劑和儀器

(1) 溶樣酸：濃H2SO440 mL+濃HNO38 mL，加水至1 L；(2) 過硫酸銨(固態(tài))；(3) 10%無水亞硫酸鈉；(4) NaOH- CH3COOH混合液：100 mL冰乙酸+900 mL水+20gNaOH，存于試劑瓶中備用；(5) 抗壞血酸；(6) 變色酸；(7) 721G型分光光度計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)中，將鋼鐵試樣在氧化環(huán)境下溶解于硫、硝混酸，而后在pH值約為 3.5的溶液中，使溶解于試液中的Ti(Ⅳ)與變色酸形成有色絡(luò)合物，最后通過比色法測定Ti的含量。(1)制取聯(lián)合測定試液：稱取0.2 g試樣于100 mL鋼鐵兩用瓶中，加入一藥匙(約5 g)過硫酸銨(NH4)2S2O8,再加入40 mL溶樣酸，置于電爐上加熱溶解后，加入一滴管(約2 mL)10%Na2SO3溶液，使紅色退去，繼續(xù)加熱沸騰30 s，冷卻至常溫，加蒸餾水至刻度，搖勻。(2)根據(jù)試樣數(shù)量配制變色酸混合顯色液，每100 mL NaOH- CH3COOH混合溶液加變色酸0.3 g，加抗壞血酸0.5 g，溶解并過濾。(3)移取10 mL試液，加入15 mL混合顯色液，搖勻靜置1 min。于490 nm波長處，用1～3 cm比色皿測定吸光度[3]。

3 條件選擇

3.1 波長的選擇

分別取不同含量的標(biāo)鋼試樣發(fā)色，在不同波長處測定吸光度繪制工作曲線，如圖1所示。

圖1 波長與吸光度曲線圖

根據(jù)吸收曲線，在波長約480 nm時(shí)吸收峰為最高，因此選擇480 nm波長。

3.2 酸度的選擇

移取10 mL含Ti：0.097%標(biāo)鋼試樣溶液，分別加入不同體積的NaOH-CH3COOH溶液，以及與試驗(yàn)條件相同的抗壞血酸及變色酸，稀釋定容于50 mL兩用瓶，讀取消光值，結(jié)果如表1所示。

表1 酸的用量與顯色液吸光度關(guān)聯(lián)

說明在pH3.5左右時(shí)試液顯色最強(qiáng)。

3.3 掩蔽劑的選擇及用量

經(jīng)查資料，在同一試驗(yàn)條件、相同Ti量和相同體積下，抗壞血酸的消光值是草酸的約3倍，故選擇抗壞血酸做掩蔽劑。抗壞血酸在其濃度和pH值不同的溶液中，與Ti(Ⅳ)分 別 形 成[Ti(RH)]3+、[TIO(RH)]2+、[TiO(RH)2]、[TiR4]2-、[TiRO2]2-等黃色至橙色絡(luò)合物，以pH3.7~4.5和抗壞血酸過量1 500倍時(shí)形成的[TiR4]2-絡(luò)合物適于Ti的光度測定[4]，ε值6.8×103~3.6×103。對20 mg Fe (0.2 g試樣制100 mL試液移取10 mL)，用75 mg抗壞血酸可在1 min內(nèi)完成掩蔽，顯色完全，若減半抗壞血酸用量則反應(yīng)時(shí)間延長，抗壞血酸用量再減半則顯色不正常，先出現(xiàn)綠色后消失不顯色，表明抗壞血酸用量不足。因此本方法選用75 mg抗壞血酸[5]。

3.4 變色酸的用量

變色酸的生產(chǎn)廠家不同或者生產(chǎn)批次不同，顯色靈敏度差異較大，因此對新購的變色酸須進(jìn)行條件試驗(yàn)。本試驗(yàn)所變色酸為成都金山化學(xué)試劑有限公司出品，批號20131006。選用不同含Ti量的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣做變色酸的用量試驗(yàn)，分別稱取0.1 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g、0.5 g變 色酸[6]，溶 于100 mL NaOH- CH3COOH混合液，再各加入0.5 g抗壞血酸制取混合定Ti液，顯色時(shí)加入15 mL混合定Ti液。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 變色酸用量與顯色液吸光度關(guān)聯(lián)

結(jié)果表明選擇0.2~0.3 g變色酸的用量，對于含Ti量在小于0.9%左右的鋼鐵試樣較為經(jīng)濟(jì)可行；用量低顯色不完全，過多造成浪費(fèi)。考慮到變色酸顯色靈敏度差異，本試驗(yàn)選用0.3 g的變色酸[7]。

3.5 顯色液放置時(shí)間的影響

經(jīng)驗(yàn)證試液發(fā)色后，在1 min內(nèi)能顯色完全，在30 min內(nèi)吸光度基本保持穩(wěn)定[8]。

3.6 溫度的影響

室內(nèi)常溫下對結(jié)果沒有明顯影響。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

不同標(biāo)準(zhǔn)鋼樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示：

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，實(shí)驗(yàn)的最大偏差均小于國標(biāo)允許差，因此在測定鋼鐵中一定范圍內(nèi)的鈦含量時(shí)，本方法簡便、快捷，準(zhǔn)確度和精密度均能滿足分析要求,因此具有較高的使用價(jià)值。