鐵合金中鉬、鎳、錳、硅、磷量的快速測(cè)定研究

劉青山

（包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

1 前言

鐵合金和鑄件生產(chǎn)中，材料元素成分的分析對(duì)生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。以往工廠化驗(yàn)室分析方法上采取的都是分取樣獨(dú)立測(cè)定，方法陳舊、繁瑣，分析流程長，化驗(yàn)成本高，不利于指導(dǎo)生產(chǎn)。本文根據(jù)筆者從事分析測(cè)試20多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，結(jié)合相關(guān)的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用分光光度計(jì)這一應(yīng)用普及的分析設(shè)備，對(duì)鐵合金、生鐵、鑄鐵、球鐵等材料中鉬、鎳、錳、硅、磷的測(cè)定進(jìn)行方法改進(jìn)：一次稱樣酸溶制成母液，再分取試液對(duì)上述元素分別測(cè)定。方法具有簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，完全適用于工礦企業(yè)的快速分析需要。

2 實(shí)驗(yàn)部分

儀器及試劑：

（1）721或其他型號(hào)分光光度計(jì)。

（2）硫酸、硝酸、高氯酸。

（3）過硫酸銨、過氧化氫、鉬酸銨、草酸、硫酸亞鐵銨、抗壞血酸、硝酸銀、硫脲。

（4）鉬標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 μg/mL）、鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 μg/mL）、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 μg/mL）、硅標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 μg/mL）、磷標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 μg/mL）。

3 分析操作

3.1 母液制備

稱取0.2000 g～0.5000 g試樣于250 mL燒杯中，加入5 mL過硫酸銨溶液（15 %）、50 mL硫硝混酸溶液（50＋10＋940）低溫加熱使試樣溶解后，再加入2 mL過硫酸銨溶液（15 %）煮沸2 min，滴加過氧化氫（3 %）使溶液變清亮，煮沸1 min～2 min，冷卻后移入250 mL容量瓶以水定容備用。

3.2 鉬的測(cè)定

3.2.1 原理

樣品經(jīng)硫硝混酸溶解后，經(jīng)硫酸冒煙趕盡硝酸，再以氫氧化鈉沉淀分離鐵、鋁等干擾元素，在硫酸介質(zhì)中 Mo5+被硫脲還原為Mo4+，Mo4+與硫氰酸鉀作用生成與鉬含量成正比的琥珀色的絡(luò)合物。

3.2.2 樣品測(cè)定

干過濾25 mL母液于250 mL燒杯，加入1 mL硫酸、1 mL高氯酸，在電熱板加熱蒸干至冒盡SO3白煙，稍冷，加入10 mL氫氧化鈉溶液（15 %），加熱煮沸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 %酚酞指示劑，用（1＋1）硫酸溶液滴至無色，加入10 mL硫酸——硫酸銅混合溶液（0.06 %），4 mL硫脲溶液（5 %）搖勻，10 min后加4 mL硫氰酸鉀溶液（25 %），以水定容，室溫下顯色20 min，以工作曲線的“零”標(biāo)準(zhǔn)為參比，在λ＝460 nm處用721分光光度計(jì)測(cè)定吸光度并根據(jù)工作曲線計(jì)算鉬的百分含量。

3.3 鎳的測(cè)定

3.3.1 原理

樣品經(jīng)硫硝混酸溶解后，經(jīng)硫酸冒煙趕盡硝酸，再以氫氧化鈉沉淀分離鐵、鋁等干擾元素，在硫酸介質(zhì)中 Mo5+被硫脲還原為Mo4+，Mo4+與硫氰酸鉀作用生成與鉬含量成正比的琥珀色的絡(luò)合物［MoO（CNS）5］2－，借以進(jìn)行比色。反應(yīng)如下：

3.3.2 樣品測(cè)定

分別吸取兩份2.2.2的清液10 mL于100 mL容量瓶中，一份為顯色液，另一份為參比液（參比液不加丁二酮肟溶液，改加無水乙醇2 mL）。加10 mL酒石酸鉀鈉（30 %），10 mL氫氧化鈉（10 %），2 mL丁二酮肟（1 %），5 mL過硫酸銨溶液（4 %），以水定容，放置10 min后，在λ＝530 nm處用721分光光度計(jì)測(cè)定吸光度，根據(jù)工作曲線計(jì)算鎳的百分含量。

3.4 錳的測(cè)定

3.4.1 原理

以硝酸銀作催化劑，用過硫酸銨定量將Mn2+氧化為Mn6+，有色溶液24 h很穩(wěn)定，以此測(cè)定Mn的含量。其主要反應(yīng)式如下：

3.4.2 樣品測(cè)定

吸取母液10 mL于100 mL容量瓶中，加10 mL過硫酸銨（15 %），5 mL硝酸銀溶液（1 %），搖勻，水浴加熱幾分鐘，冷卻后以水定容，在λ＝530 nm用721分光光度計(jì)測(cè)定吸光度，并根據(jù)工作曲線計(jì)算百分含量。

3.5 硅的測(cè)定

3.5.1 原理

鋼鐵試樣經(jīng)稀硝酸分解，其中的硅轉(zhuǎn)化為可溶性硅酸。在弱酸性條件下，硅酸與鉬酸銨作用生成硅鉬雜多酸（硅鉬黃）。在草酸存在的條件下用硫酸亞鐵銨還原硅鉬黃為硅鉬藍(lán)。硅鉬藍(lán)與硅含量成正比，由此，可用光度法測(cè)定鋼鐵中硅含量。反應(yīng)方程如下：

3.5.2 樣品測(cè)定

吸取母液5 mL～10 mL于預(yù)先裝水50 mL，硫硝混酸2 mL的100 mL容量瓶中，加2 mL鉬酸銨溶液（5 %），放入沸水浴加熱1 min，加5 mL草酸溶液（5 %）后立即加入5 mL硫酸亞鐵銨（6 %）溶液，冷卻，以水定容搖勻，在λ＝650 nm用721分光光度計(jì)測(cè)定吸光度后根據(jù)工作曲線計(jì)算硅的百分含量。

3.6 磷的測(cè)定

3.6.1 原理

在鐵中磷主要以金屬磷化物的形式存在，經(jīng)硫硝酸分解后，大部分轉(zhuǎn)化為磷酸，少部分轉(zhuǎn)化為亞磷酸，用過硫酸銨處理后全部轉(zhuǎn)化為磷酸，在1/100 H2SO4的酸度下，加入鉬酸銨、抗壞血酸等組成的顯色劑，抗壞血酸還原Mo（Ⅵ）為Mo（Ⅳ）即可生成與磷成正比的藍(lán)色的絡(luò)合物磷鉬藍(lán)。借此，可利用光度法測(cè)定磷含量。主要反應(yīng)方程式如下：

3.6.2 樣品測(cè)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顯色劑［顯色劑：（1＋5）H2SO410 mL，抗壞血酸（2.5 %）15 mL，鉬酸銨（2.5 %）10 mL三者混合稀釋至100 mL］，以水定容，水浴加熱2 min，冷卻后，在λ＝680 nm用721分光光度計(jì)測(cè)定吸光度并由工作曲線計(jì)算待測(cè)樣品中磷的百分含量。

3.7 工作曲線的繪制

分別吸取與樣品測(cè)定相對(duì)應(yīng)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液0 μg、5 μg、10 μg、15 μg、20 μg、25 μg、30 μg、35 μg、40 μg、50 μg 于與樣品測(cè)定的相同容器中，按照樣品測(cè)定相同步驟進(jìn)行顯色后，以“零”標(biāo)準(zhǔn)為參比，測(cè)定吸光度并以濃度C為縱坐標(biāo)，吸光度A為橫坐標(biāo)作出對(duì)應(yīng)元素的工作曲線，此工作曲線每月校正一次。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）用本方法對(duì)BH0719－1（冶金工業(yè)部鋼鐵研究所）標(biāo)樣進(jìn)行了分析，分析結(jié)果與參考值比較見表1。

表1 BH0719－1分析結(jié)果與參考值

（2）大量實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：當(dāng)樣品中鉬：0.10 μg/mL～10.00 μg/mL；鎳：0.020 μg/mL～10.00 μg/mL；錳：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范圍內(nèi)符合比爾定理，樣品分析中，其濃度超出上述范圍時(shí)，可采用增、減稱樣量或改變分液體積等，使其符合比爾定理的適用范圍。