鋼鐵中硅錳磷聯合測定溶液中鈦的測定

高志剛，陳仿，馮錦春

(1.四川建設機械(集團)股份有限公司，四川 成都 610081；2.四川工程職業技術學院 四川 德陽 618000)

0 引言

隨著光譜分析技術以及分析儀器的快速發展，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，通過化學分析的方法測定鋼鐵中Ti的含量仍有較為明顯的成本優勢。鋼鐵中Ti含量的測定方法多為單獨測定，需要消耗較多的時間與相關試劑[1]。本文所采用的分析方法旨在利用實驗室原有的硅錳磷聯合測定的試液對鋼鐵中Ti含量進行測定，節約時間的同時降低成本。

鈦在地殼中的豐度約為0.62%，但儲存較分散，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。鈦有較高的化學穩定性，僅高溫下才與空氣中O2反應生成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有極強的親合力，冶煉時是一種良好的脫氧去氣劑。鋼中加入Ti可細化晶粒提高強度，不銹鋼中加入適量Ti可防止晶間腐蝕。

鈦的原子序數為22，價電子結構為3d24s2。在參與化學反應過程中強烈傾向失去4s和3d電子達到3P6的穩定結構，因此Ti(Ⅰ)、Ti(Ⅱ)、Ti(Ⅲ)均不穩定，而Ti(Ⅳ)是最穩定狀態，且Ti(Ⅳ)在水中是穩定的，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)易形成絡合物，通常配位數為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)；(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。

2 實驗方法

在實驗中，將鋼鐵試樣在氧化環境下溶解于硫、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合物，最后通過比色法測定Ti的含量。(1)制取聯合測定試液：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，繼續加熱沸騰30 s，冷卻至常溫，加蒸餾水至刻度，搖勻。(2)根據試樣數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鋼試樣發色，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

根據吸收曲線，在波長約480 nm時吸收峰為最高，因此選擇480 nm波長。

3.2 酸度的選擇

移取10 mL含Ti：0.097%標鋼試樣溶液，分別加入不同體積的NaOH-CH3COOH溶液，以及與試驗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，結果如表1所示。

表1 酸的用量與顯色液吸光度關聯

說明在pH3.5左右時試液顯色最強。

3.3 掩蔽劑的選擇及用量

經查資料，在同一試驗條件、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-等黃色至橙色絡合物，以pH3.7~4.5和抗壞血酸過量1 500倍時形成的[TiR4]2-絡合物適于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內完成掩蔽，顯色完全，若減半抗壞血酸用量則反應時間延長，抗壞血酸用量再減半則顯色不正常，先出現綠色后消失不顯色，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

變色酸的生產廠家不同或者生產批次不同，顯色靈敏度差異較大，因此對新購的變色酸須進行條件試驗。本試驗所變色酸為成都金山化學試劑有限公司出品，批號20131006。選用不同含Ti量的標準鋼樣做變色酸的用量試驗，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，顯色時加入15 mL混合定Ti液。試驗結果如表2所示。

表2 變色酸用量與顯色液吸光度關聯

結果表明選擇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濟可行；用量低顯色不完全，過多造成浪費。考慮到變色酸顯色靈敏度差異，本試驗選用0.3 g的變色酸[7]。

3.5 顯色液放置時間的影響

經驗證試液發色后，在1 min內能顯色完全，在30 min內吸光度基本保持穩定[8]。

3.6 溫度的影響

室內常溫下對結果沒有明顯影響。

4 實驗數據分析及結論

不同標準鋼樣的實驗數據如表3所示：

表3 實驗數據

實驗結果如表3所示，實驗的最大偏差均小于國標允許差，因此在測定鋼鐵中一定范圍內的鈦含量時，本方法簡便、快捷，準確度和精密度均能滿足分析要求,因此具有較高的使用價值。