论文部分内容阅读
摘要:提出铁合金(生铁、铸铁、球铁)中钼、镍、锰、硅、磷快速测定方法:采用混酸快速溶解样品并制成系统分析母液,然后从中分取部分试液分别进行快速、简便、准确的单项测定,实现铁合金厂及铁铸件加工厂的生产例行分析及材料的快速检验,从而达到控制产品质量、降低化验成本和提高经济效率的目的。
关键词:铁合金;钼;镍;锰;硅;磷;测定
中图分类号:TG115 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)09-0007-02
1前言
铁合金和铸件生产中,材料元素成分的分析对生产有重要的指导意义。以往工厂化验室分析方法上采取的都是分取样独立测定,方法陈旧、繁琐,分析流程长,化验成本高,不利于指导生产。本文根据笔者从事分析测试20多年的经验总结,结合相关的国家技术标准,采用分光光度计这一应用普及的分析设备,对铁合金、生铁、铸铁、球铁等材料中钼、镍、锰、硅、磷的测定进行方法改进:一次称样酸溶制成母液,再分取试液对上述元素分别测定。方法具有简单、快速、准确的特点,完全适用于工矿企业的快速分析需要。
2实验部分
仪器及试剂:
(1)721或其他型号分光光度计。
(2)硫酸、硝酸、高氯酸。
(3)过硫酸铵、过氧化氢、钼酸铵、草酸、硫酸亚铁铵、抗坏血酸、硝酸银、硫脲。
(4)钼标准溶液(10 μg/mL)、镍标准溶液(10 μg/mL)、锰标准溶液(10 μg/mL)、硅标准溶液(10 μg/mL)、磷标准溶液(10 μg/mL)。
3分析操作
3.1母液制备
称取0.2000 g～0.5000 g试样于250 mL烧杯中,加入5 mL过硫酸铵溶液(15 %)、50 mL硫硝混酸溶液(50+10+940)低温加热使试样溶解后,再加入2 mL过硫酸铵溶液(15 %)煮沸2 min,滴加过氧化氢(3 %)使溶液变清亮,煮沸1 min～2 min,冷却后移入250 mL容量瓶以水定容备用。
3.2钼的测定
3.2.1原理
样品经硫硝混酸溶解后,经硫酸冒烟赶尽硝酸,再以氢氧化钠沉淀分离铁、铝等干扰元素,在硫酸介质中Mo5+ 被硫脲还原为Mo4+,Mo4+与硫氰酸钾作用生成与钼含量成正比的琥珀色的络合物。
3.2.2样品测定
干过滤25 mL母液于250 mL烧杯,加入1 mL硫酸、1 mL高氯酸,在电热板加热蒸干至冒尽SO3白烟,稍冷,加入10 mL氢氧化钠溶液(15 %),加热煮沸2 min,冷后移入100 mL容量瓶以水定容,放置澄清。吸清液10 mL于50 mL比色管,滴加1滴0.5 %酚酞指示剂,用(1+1)硫酸溶液滴至无色,加入10 mL硫酸——硫酸铜混合溶液(0.06 %),4 mL硫脲溶液(5 %)摇匀,10 min后加4 mL硫氰酸钾溶液(25 %),以水定容,室温下显色20 min,以工作曲线的“零”标准为参比,在λ=460 nm处用721分光光度计测定吸光度并根据工作曲线计算钼的百分含量。
3.3镍的测定
3.3.1原理
样品经硫硝混酸溶解后,经硫酸冒烟赶尽硝酸,再以氢氧化钠沉淀分离铁、铝等干扰元素,在硫酸介质中Mo5+ 被硫脲还原为Mo4+,Mo4+与硫氰酸钾作用生成与钼含量成正比的琥珀色的络合物[MoO(CNS)5]2-,借以进行比色。反应如下:
2Mo5++5CNS- → Mo(CNS)-5
2Mo5++5CNS- → Mo(CNS)-5
3.3.2样品测定
分别吸取两份2.2.2的清液10 mL于100 mL容量瓶中,一份为显色液,另一份为参比液(参比液不加丁二酮肟溶液,改加无水乙醇2 mL)。加10 mL酒石酸钾钠(30 %),10 mL氢氧化钠(10 %),2 mL丁二酮肟(1 %),5 mL过硫酸铵溶液(4 %),以水定容,放置10 min后,在λ=530 nm处用721分光光度计测定吸光度,根据工作曲线计算镍的百分含量。
3.4锰的测定
3.4.1原理
以硝酸银作催化剂,用过硫酸铵定量将Mn2+氧化为Mn6+,有色溶液24 h很稳定,以此测定Mn的含量。其主要反应式如下:
2Mn2++5S2 O +8H2O = 2MnO +10S O +16H+
3.4.2样品测定
吸取母液10 mL于100 mL容量瓶中,加10 mL过硫酸铵(15 %),5 mL硝酸银溶液(1 %),摇匀,水浴加热几分钟,冷却后以水定容,在λ=530 nm用721分光光度计测定吸光度,并根据工作曲线计算百分含量。
3.5硅的测定
3.5.1原理
钢铁试样经稀硝酸分解,其中的硅转化为可溶性硅酸。在弱酸性条件下,硅酸与钼酸铵作用生成硅钼杂多酸(硅钼黄)。在草酸存在的条件下用硫酸亚铁铵还原硅钼黄为硅钼蓝。硅钼蓝与硅含量成正比,由此,可用光度法测定钢铁中硅含量。反应方程如下:
3FeSi+16HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+2H2O+7NO3
H4SiO4+12H2MoO4 = H8[Si(Mo2O7)6]+10H2O
H8[Si(Mo2O7)6]+4FeSO4+2H2SO4 = H8[SiMo2O5 (Mo2O7)5]+2Fe2(SO4)3+2H2O
3.5.2样品测定
吸取母液5 mL～10 mL于预先装水50 mL,硫硝混酸2 mL的100 mL容量瓶中,加2 mL钼酸铵溶液(5 %),放入沸水浴加热1 min,加5 mL草酸溶液(5 %)后立即加入5 mL硫酸亚铁铵(6 %)溶液,冷却,以水定容摇匀,在λ=650 nm用721分光光度计测定吸光度后根据工作曲线计算硅的百分含量。
3.6 磷的测定
3.6.1原理
在铁中磷主要以金属磷化物的形式存在,经硫硝酸分解后,大部分转化为磷酸,少部分转化为亚磷酸,用过硫酸铵处理后全部转化为磷酸,在1/100 H2SO4的酸度下,加入钼酸铵、抗坏血酸等组成的显色剂,抗坏血酸还原Mo(Ⅵ)为Mo(Ⅳ)即可生成与磷成正比的蓝色的络合物磷钼蓝。借此,可利用光度法测定磷含量。主要反应方程式如下:
H3PO4+12H2MoO4 = H3[P(Mo3O10)4]+12H2O
H3[P(Mo3O10)4]++8H+ =(2MoO24MoO3)2H3PO4+4H2O
3.6.2样品测定
吸取母液10 mL于50 mL比色管中,加2 mL H2SO4(1+5),25 mL水,加10 mL显色剂[显色剂:(1+5)H2SO410 mL,抗坏血酸(2.5 %)15 mL,钼酸铵(2.5 %)10 mL三者混合稀释至100 mL],以水定容,水浴加热2 min,冷却后,在λ=680 nm用721分光光度计测定吸光度并由工作曲线计算待测样品中磷的百分含量。
3.7 工作曲线的绘制
分别吸取与样品测定相对应元素的标准溶液0 μg、5 μg、10 μg、15 μg、20 μg、25 μg、30 μg、35 μg、40 μg、50 μg于与样品测定的相同容器中,按照样品测定相同步骤进行显色后,以“零”标准为参比,测定吸光度并以浓度C为纵坐标,吸光度A为横坐标作出对应元素的工作曲线,此工作曲线每月校正一次。
4实验结论
(1)用本方法对BH0719-1(冶金工业部钢铁研究所)标样进行了分析,分析结果与参考值比较见表1。
表1BH0719-1分析结果与参考值
分析项目名称 Mo Ni Mn Si P
标样编号 BH0719-1
标准参考值(%) 0.16 0.26 0.31 0.35 0.030
本方法测定值(%) 0.15 0.28 0.33 0.31 0.029
RE(%) -6.25 7.69 6.45 -11.42 3.33
(2)大量实践发现:当样品中钼:0.10 μg/mL～10.00 μg/mL;镍:0.020 μg/mL～10.00 μg/mL;锰:0.010 μg/mL～20.00 μg/mL;硅:0.050 μg/mL～50.00 μg/mL;磷:0.050 μg/mL～10.00 μg/mL范围内符合比尔定理,样品分析中,其浓度超出上述范围时,可采用增、减称样量或改变分液体积等,使其符合比尔定理的适用范围。
In Ferroalloy Molybdenum, Nickel, Manganese, Silicon,
Phosphorus Quantity Fast Determination Research
Liu Qingshan
Abstract: Proposes the ferroalloy(pig iron, cast iron, nodular cast iron)the molybdenum, the nickel, the manganese, the silicon, the phosphorus fast determination method: Uses the nitration mixture fast dissolution sample and makes the system analysis mother liquor, then divides takes the partial test solutions to carry on fast, simple, the accurate single item determination separately, realizes the Ferroalloy works and the hard casting processing factory production routine analysis and the material quick test, thus achieves the control product quality, to reduce the chemical examination cost and to raise the economic efficiency the goal.
Key words: ferroalloy; molybdenum; nickel; manganese; silicon; phosphorus; determination
关键词:铁合金;钼;镍;锰;硅;磷;测定
中图分类号:TG115 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)09-0007-02
1前言
铁合金和铸件生产中,材料元素成分的分析对生产有重要的指导意义。以往工厂化验室分析方法上采取的都是分取样独立测定,方法陈旧、繁琐,分析流程长,化验成本高,不利于指导生产。本文根据笔者从事分析测试20多年的经验总结,结合相关的国家技术标准,采用分光光度计这一应用普及的分析设备,对铁合金、生铁、铸铁、球铁等材料中钼、镍、锰、硅、磷的测定进行方法改进:一次称样酸溶制成母液,再分取试液对上述元素分别测定。方法具有简单、快速、准确的特点,完全适用于工矿企业的快速分析需要。
2实验部分
仪器及试剂:
(1)721或其他型号分光光度计。
(2)硫酸、硝酸、高氯酸。
(3)过硫酸铵、过氧化氢、钼酸铵、草酸、硫酸亚铁铵、抗坏血酸、硝酸银、硫脲。
(4)钼标准溶液(10 μg/mL)、镍标准溶液(10 μg/mL)、锰标准溶液(10 μg/mL)、硅标准溶液(10 μg/mL)、磷标准溶液(10 μg/mL)。
3分析操作
3.1母液制备
称取0.2000 g～0.5000 g试样于250 mL烧杯中,加入5 mL过硫酸铵溶液(15 %)、50 mL硫硝混酸溶液(50+10+940)低温加热使试样溶解后,再加入2 mL过硫酸铵溶液(15 %)煮沸2 min,滴加过氧化氢(3 %)使溶液变清亮,煮沸1 min～2 min,冷却后移入250 mL容量瓶以水定容备用。
3.2钼的测定
3.2.1原理
样品经硫硝混酸溶解后,经硫酸冒烟赶尽硝酸,再以氢氧化钠沉淀分离铁、铝等干扰元素,在硫酸介质中Mo5+ 被硫脲还原为Mo4+,Mo4+与硫氰酸钾作用生成与钼含量成正比的琥珀色的络合物。
3.2.2样品测定
干过滤25 mL母液于250 mL烧杯,加入1 mL硫酸、1 mL高氯酸,在电热板加热蒸干至冒尽SO3白烟,稍冷,加入10 mL氢氧化钠溶液(15 %),加热煮沸2 min,冷后移入100 mL容量瓶以水定容,放置澄清。吸清液10 mL于50 mL比色管,滴加1滴0.5 %酚酞指示剂,用(1+1)硫酸溶液滴至无色,加入10 mL硫酸——硫酸铜混合溶液(0.06 %),4 mL硫脲溶液(5 %)摇匀,10 min后加4 mL硫氰酸钾溶液(25 %),以水定容,室温下显色20 min,以工作曲线的“零”标准为参比,在λ=460 nm处用721分光光度计测定吸光度并根据工作曲线计算钼的百分含量。
3.3镍的测定
3.3.1原理
样品经硫硝混酸溶解后,经硫酸冒烟赶尽硝酸,再以氢氧化钠沉淀分离铁、铝等干扰元素,在硫酸介质中Mo5+ 被硫脲还原为Mo4+,Mo4+与硫氰酸钾作用生成与钼含量成正比的琥珀色的络合物[MoO(CNS)5]2-,借以进行比色。反应如下:
2Mo5++5CNS- → Mo(CNS)-5
2Mo5++5CNS- → Mo(CNS)-5
3.3.2样品测定
分别吸取两份2.2.2的清液10 mL于100 mL容量瓶中,一份为显色液,另一份为参比液(参比液不加丁二酮肟溶液,改加无水乙醇2 mL)。加10 mL酒石酸钾钠(30 %),10 mL氢氧化钠(10 %),2 mL丁二酮肟(1 %),5 mL过硫酸铵溶液(4 %),以水定容,放置10 min后,在λ=530 nm处用721分光光度计测定吸光度,根据工作曲线计算镍的百分含量。
3.4锰的测定
3.4.1原理
以硝酸银作催化剂,用过硫酸铵定量将Mn2+氧化为Mn6+,有色溶液24 h很稳定,以此测定Mn的含量。其主要反应式如下:
2Mn2++5S2 O +8H2O = 2MnO +10S O +16H+
3.4.2样品测定
吸取母液10 mL于100 mL容量瓶中,加10 mL过硫酸铵(15 %),5 mL硝酸银溶液(1 %),摇匀,水浴加热几分钟,冷却后以水定容,在λ=530 nm用721分光光度计测定吸光度,并根据工作曲线计算百分含量。
3.5硅的测定
3.5.1原理
钢铁试样经稀硝酸分解,其中的硅转化为可溶性硅酸。在弱酸性条件下,硅酸与钼酸铵作用生成硅钼杂多酸(硅钼黄)。在草酸存在的条件下用硫酸亚铁铵还原硅钼黄为硅钼蓝。硅钼蓝与硅含量成正比,由此,可用光度法测定钢铁中硅含量。反应方程如下:
3FeSi+16HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+2H2O+7NO3
H4SiO4+12H2MoO4 = H8[Si(Mo2O7)6]+10H2O
H8[Si(Mo2O7)6]+4FeSO4+2H2SO4 = H8[SiMo2O5 (Mo2O7)5]+2Fe2(SO4)3+2H2O
3.5.2样品测定
吸取母液5 mL～10 mL于预先装水50 mL,硫硝混酸2 mL的100 mL容量瓶中,加2 mL钼酸铵溶液(5 %),放入沸水浴加热1 min,加5 mL草酸溶液(5 %)后立即加入5 mL硫酸亚铁铵(6 %)溶液,冷却,以水定容摇匀,在λ=650 nm用721分光光度计测定吸光度后根据工作曲线计算硅的百分含量。
3.6 磷的测定
3.6.1原理
在铁中磷主要以金属磷化物的形式存在,经硫硝酸分解后,大部分转化为磷酸,少部分转化为亚磷酸,用过硫酸铵处理后全部转化为磷酸,在1/100 H2SO4的酸度下,加入钼酸铵、抗坏血酸等组成的显色剂,抗坏血酸还原Mo(Ⅵ)为Mo(Ⅳ)即可生成与磷成正比的蓝色的络合物磷钼蓝。借此,可利用光度法测定磷含量。主要反应方程式如下:
H3PO4+12H2MoO4 = H3[P(Mo3O10)4]+12H2O
H3[P(Mo3O10)4]++8H+ =(2MoO24MoO3)2H3PO4+4H2O
3.6.2样品测定
吸取母液10 mL于50 mL比色管中,加2 mL H2SO4(1+5),25 mL水,加10 mL显色剂[显色剂:(1+5)H2SO410 mL,抗坏血酸(2.5 %)15 mL,钼酸铵(2.5 %)10 mL三者混合稀释至100 mL],以水定容,水浴加热2 min,冷却后,在λ=680 nm用721分光光度计测定吸光度并由工作曲线计算待测样品中磷的百分含量。
3.7 工作曲线的绘制
分别吸取与样品测定相对应元素的标准溶液0 μg、5 μg、10 μg、15 μg、20 μg、25 μg、30 μg、35 μg、40 μg、50 μg于与样品测定的相同容器中,按照样品测定相同步骤进行显色后,以“零”标准为参比,测定吸光度并以浓度C为纵坐标,吸光度A为横坐标作出对应元素的工作曲线,此工作曲线每月校正一次。
4实验结论
(1)用本方法对BH0719-1(冶金工业部钢铁研究所)标样进行了分析,分析结果与参考值比较见表1。
表1BH0719-1分析结果与参考值
分析项目名称 Mo Ni Mn Si P
标样编号 BH0719-1
标准参考值(%) 0.16 0.26 0.31 0.35 0.030
本方法测定值(%) 0.15 0.28 0.33 0.31 0.029
RE(%) -6.25 7.69 6.45 -11.42 3.33
(2)大量实践发现:当样品中钼:0.10 μg/mL～10.00 μg/mL;镍:0.020 μg/mL～10.00 μg/mL;锰:0.010 μg/mL～20.00 μg/mL;硅:0.050 μg/mL～50.00 μg/mL;磷:0.050 μg/mL～10.00 μg/mL范围内符合比尔定理,样品分析中,其浓度超出上述范围时,可采用增、减称样量或改变分液体积等,使其符合比尔定理的适用范围。
In Ferroalloy Molybdenum, Nickel, Manganese, Silicon,
Phosphorus Quantity Fast Determination Research
Liu Qingshan
Abstract: Proposes the ferroalloy(pig iron, cast iron, nodular cast iron)the molybdenum, the nickel, the manganese, the silicon, the phosphorus fast determination method: Uses the nitration mixture fast dissolution sample and makes the system analysis mother liquor, then divides takes the partial test solutions to carry on fast, simple, the accurate single item determination separately, realizes the Ferroalloy works and the hard casting processing factory production routine analysis and the material quick test, thus achieves the control product quality, to reduce the chemical examination cost and to raise the economic efficiency the goal.
Key words: ferroalloy; molybdenum; nickel; manganese; silicon; phosphorus; determination