生鐵中硅的快速分析

王 霞

生鐵中硅的快速分析

王 霞

對(duì)生鐵中硅的含量測(cè)定方法進(jìn)行改進(jìn)，選用稀硫酸和稀硝酸混合酸溶解試樣，采用硅鉬藍(lán)光度法測(cè)定，有良好的靈敏度、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。

生鐵；硅鉬藍(lán)光度法；快速分析

1 引言

硅是生鐵中最主要的元素之一，主要以固溶體FeSi，F(xiàn)e2Si或FeMnSi等形式存在，有時(shí)也會(huì)有少量的硅酸鹽夾雜物存在。在生鐵中，硅則是重要的石墨化元素，承擔(dān)著維持碳含量的重要職責(zé)。硅含量的高低既是判定生鐵牌號(hào)的主要指標(biāo)，也是判定高爐冶煉狀況的主要依據(jù)。所以，硅的準(zhǔn)確測(cè)定，對(duì)及時(shí)有效地指導(dǎo)高爐生產(chǎn)和生鐵牌號(hào)的準(zhǔn)確判定都具有重要的意義。

生鐵中硅含量的測(cè)定方法主要有重量法、滴定法和光度法。

重量法測(cè)定硅含量是基于在酸性溶液中蒸發(fā)使硅生成不溶性氧化物，從而與其他各種元素分離。滴定法測(cè)定硅含量時(shí)，最常見(jiàn)的方法是使硅在氫氟酸、鉀鹽存在狀態(tài)下形成沉淀析出，從而與其他元素分離。重量法和滴定法這兩種方法因其操作過(guò)程過(guò)于繁瑣，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)很少使用。

硅的光度測(cè)定法在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。光度測(cè)定法中最常用的分析方法有硅鉬黃和硅鉬藍(lán)兩種光度法。這兩種方法都是以硅酸與鉬酸鹽作用生成硅鉬雜多酸反應(yīng)為基礎(chǔ)的，再用還原劑將硅鉬雜多酸還原成硅鉬黃或硅鉬藍(lán)。由于硅鉬藍(lán)比硅鉬黃具有更高的靈敏度，所以應(yīng)用更廣泛，特別適用于微量硅的測(cè)定。在采用硅鉬藍(lán)光度法測(cè)定硅的含量時(shí)，特別要注意酸度的控制，溫度的影響，以及還原劑的選擇。酸度對(duì)硅酸和鉬酸的存在狀態(tài)以及其硅鉬酸的形成等都具有重大的影響。硅的光度法測(cè)定中都是以單硅酸與鉬酸銨的反應(yīng)為基礎(chǔ)的。硅鉬雜多酸形成后，要將其還原為硅鉬藍(lán)，這一步需提高酸度，所以必須對(duì)酸度有要求。溫度選擇在沸水浴中加熱30 s，反應(yīng)即能達(dá)到完全 (加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免影響吸光度的測(cè)定)。還原劑常選用亞鐵，因其還原速度較快，30 s即可完全還原，而且適合在硝酸溶液中進(jìn)行。

通過(guò)大量的試驗(yàn)，選用稀硝酸和稀硫酸的混合酸對(duì)不同含量的硅選用同樣的方法測(cè)定，結(jié)果證實(shí)硅鉬藍(lán)光度法的靈敏度、準(zhǔn)確度、精密度均良好。

2 試驗(yàn)部分

2.1 原理

試樣通過(guò)稀酸稀硫酸和稀硝酸混合酸溶解，用過(guò)硫酸銨氧化偏硅酸變?yōu)檎杷?，并且破壞碳化物，然后在恰?dāng)?shù)乃岫认录尤脬f酸銨溶液，與硅酸生成硅鉬雜多酸，并用草酸配位鐵元素，使溶液變?yōu)橥该鞑⑵茐牧住⑸榈仍嘏c鉬酸銨生成的雜多酸的干擾，再用硫酸亞鐵銨還原為硅鉬藍(lán)進(jìn)行測(cè)定。

2.2 儀器和試劑

用721光度計(jì)測(cè)定。

溶解酸 (硫酸混酸)：將硫酸 (密度1.84 g/mL)50 mL徐徐注入942 mL水中，冷卻后加入硝酸 (密度1.42)8 mL。

過(guò)硫酸銨15%。

亞硝酸鈉1%。

鉬酸銨5%。

草酸5%。

硫酸亞鐵銨6% (每1 000 mL溶液加濃硫酸5 mL)。

2.3 操作步驟

稱(chēng)取試樣0.100 g于100 mL燒杯中加溶解酸25 mL，過(guò)硫酸銨5 mL，低溫加熱后，若有棕色出現(xiàn)，可滴加亞硝酸鈉1滴～3滴，使棕色退去，除去氧化物，用濾紙過(guò)濾于50 mL量瓶，冷卻至室溫，用水稀釋至刻度，搖勻備用。

吸水上述溶液5 mL于50 mL量瓶中，用滴定管準(zhǔn)確加入鉬酸銨5 mL，搖勻后，水浴加熱30 s，流水冷卻，立即加入草酸10 mL，邊搖邊加硫酸亞鐵銨10 mL，搖勻稀釋至刻度，用0.5 cm比色皿，用水作參比，在650 mm波長(zhǎng)下測(cè)取吸光度，在工作曲線上查得其含量值。

2.4 工作曲線的繪制

分別取7個(gè)不同硅含量的生鐵標(biāo)準(zhǔn)以同樣步驟作顯色反應(yīng)并繪制曲線。

3 結(jié)果討論

3.1 干擾元素的消除

磷、砷為其主要干擾元素。硅鉬酸在適合的酸度下形成具有較高的穩(wěn)定性的硅鉬雜多酸后，加入有機(jī)酸草酸后，由于磷、砷絡(luò)離子屬于五價(jià)絡(luò)離子，存在狀態(tài)較不穩(wěn)定，其迅速分解，干擾元素得以消除干擾。

由于草酸仍能緩慢分解硅鉬黃，因此在實(shí)際操作過(guò)程中，需邊搖邊立即加入還原劑硫酸亞鐵銨，以避免其分解。

3.2 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表1可知，該方法測(cè)定的相對(duì)誤差的絕對(duì)值均小于1.00%，其絕對(duì)誤差都小于國(guó)標(biāo)GB223-81規(guī)定的允許誤差范圍，其試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度高。

3.3 精密度試驗(yàn)

精密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表2可知，該方法測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于0.013%，精密度均良好。

3.4 穩(wěn)定性試驗(yàn)

穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果 %

由表3可知，該方法測(cè)定的結(jié)果在10 min內(nèi)穩(wěn)定不變化，結(jié)果穩(wěn)定性高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，所采用的生鐵中硅的分析方法，其準(zhǔn)確度、精密度、穩(wěn)定性均高，更重要的是解決了原方法中對(duì)不同含量的硅需采用不同方法的矛盾，實(shí)現(xiàn)了不同含量硅測(cè)定方法的一致。

［1］ 全國(guó)標(biāo)樣會(huì)冶金分技術(shù)委員會(huì).冶金標(biāo)樣樣品實(shí)施指南.北京：全國(guó)標(biāo)樣冶金分技術(shù)委員會(huì)，1977.

［2］ 武漢大學(xué)，吉林大學(xué).分析化學(xué).第二版.北京：高等教育出版社，1982.

［3］ 鞍鋼鋼鐵研究所，沈陽(yáng)鋼鐵研究所.實(shí)用冶金分析.遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

Speed-Analyzing of Silicon in Pig Iron

Wang Xia

The measure method of silicon content in pig iron has been improved,selects the mixed acid with dilute vitriol and dilute nitric acid to dissolve the sample,uses silicon molybdenum blue photometry,has a good sensitiveness,accuracy and stability of the result.

pig iron;silicon molybdenum blue photometry;speed-analyzing

O657.32

A

1000-4866（2011）04-0032-02

王霞，1977年7月出生，畢業(yè)于大同煤炭工業(yè)學(xué)校，現(xiàn)任職于大同煤礦集團(tuán)公司中央機(jī)廠，助理工程師。

2011-09-01

2011-09-22