鑄造碳鋼、低合金鋼的多元素爐前高速分析

段平昌，黃濤

(中建材凱盛重工有限公司，安徽淮南 2320 08）

鑄造碳鋼、低合金鋼的多元素爐前高速分析

段平昌，黃濤

(中建材凱盛重工有限公司，安徽淮南 2320 08）

充分利用過(guò)硫酸銨對(duì)各被測(cè)元素的氧化作用，先測(cè)定錳，然后分取錳顯色試液進(jìn)行S i、P、C r、M o等元素的測(cè)定，試驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單，采用試劑品種少，分析速度快，分析成本低，結(jié)果準(zhǔn)確，生產(chǎn)實(shí)用性很強(qiáng)。

碳鋼；低合金鋼；M n、P、S i、C r、M o元素；高速分析

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.019

對(duì)于鋼鐵的多元素聯(lián)合快速分析，一般做法是稱樣溶解后制備母液,然后分別取母液進(jìn)行各元素的測(cè)定[1-4]。我們通過(guò)對(duì)這種方法進(jìn)行改進(jìn)，并充分利用過(guò)硫酸銨對(duì)各被測(cè)元素的氧化作用，在稱樣快速溶解后，直接氧化進(jìn)行鋼中錳的發(fā)色，然后再分取錳顯色試液進(jìn)行其他元素的測(cè)定。該方法省去了許多重復(fù)步驟，避開(kāi)了繁瑣的實(shí)驗(yàn)程序，簡(jiǎn)化了分析方法，改變了一些方法中要求放置一定時(shí)間的操作，節(jié)省了大量實(shí)驗(yàn)時(shí)間和試劑，凸顯了本方法溶樣速度快、分析元素多、分析時(shí)間短、分析成本低、操作簡(jiǎn)便、結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，非常適合于化驗(yàn)員少而又無(wú)光譜儀的機(jī)械行業(yè)化驗(yàn)室，尤其是中小型鑄造企業(yè)爐前化驗(yàn)室的日?；瘜W(xué)分析工作。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

溶解酸：每升HNO3(1+3)中溶解硝酸銀0.5 g;

過(guò)硫酸銨溶液:250 g/L;

磷酸溶液(1+25);

二苯偕肼溶液:2.5 g/L,溶解2g苯二甲酸酐于200 mL熱乙醇中,再溶解0.5 g二苯偕肼,存貯于棕色瓶中放于暗處,有效期1～2個(gè)月;

鉬酸銨溶液:50 g/L;4 g/L;

硅混合還原劑:每100 mL此液中含草酸4.5 g、抗壞血酸2g;

硝酸鉍溶液:8 g/L,HNO3(1+3)溶液;

磷混合還原劑:每100 mL此液中含抗壞血酸1.5 g、亞硫酸鈉0.5 g、硝酸鉍溶液25 mL、無(wú)水乙醇25 mL;

鉬混合顯色劑:使用前將H2SO4(1+3)、硫氰酸銨溶液(100 g/L)、抗壞血酸溶液(50 g/L)按1∶1∶1體積比混合。

HXS-3A微機(jī)高速分析儀

1.2 分析方法

⑴錳的測(cè)定（母液制備）

稱樣200 mg于150 mL錐形瓶中,加入溶解酸20 mL,于電爐上加熱溶解并驅(qū)盡氧化氮黃煙,加過(guò)硫酸銨溶液10 mL,加熱煮沸至試液冒大氣泡,取下加水72mL,搖勻,在微機(jī)高速分析儀第一通道上測(cè)定錳含量。

⑵磷的測(cè)定

分取錳顯色試液20 mL于125 mL高型燒杯中,加入磷混合還原劑10 mL,鉬酸銨溶液(4 g/L)20 mL,搖勻,在微機(jī)高速分析儀第三通道上測(cè)定磷含量。

⑶硅的測(cè)定

分取錳顯色試液5 mL于125 mL高型燒杯中,在電爐上加熱至試液剛冒泡,取下,立即加鉬酸銨溶液(50 g/L)10 mL,搖動(dòng)15 s,加硅混合還原劑15 mL,搖勻,在微機(jī)高速分析儀第三通道上測(cè)定硅含量。

⑷鉻的測(cè)定

分取錳顯色試液5 mL于125 mL高型燒杯中,加入磷酸溶液40 mL,二苯偕肼溶液5 mL,搖勻,在微機(jī)高速分析儀第一通道上測(cè)定鉻含量。

⑸鉬的測(cè)定

分取錳顯色試液20 mL于125 mL高型燒杯中,在電爐上加熱至約40 ℃左右，取下加入鉬混合顯色劑30 mL，搖勻,在微機(jī)高速分析儀第二通道上測(cè)定鉬含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 硝酸銀和過(guò)硫酸銨的用量及氧化煮沸時(shí)間

關(guān)于用過(guò)硫酸銨氧化光度法測(cè)錳，原上材所吳繼祖教授的研究證明，如果采用加熱煮沸0.5～1min氧化，加0.17 g/L的硝酸銀溶液0.5 mL，能使2.5 g/100 mL錳完全氧化。在此試驗(yàn)條件下，加過(guò)硫酸銨0.5 g已能滿足分析要求，考慮到鉻（Ⅲ）等其他共存離子的氧化，常增加用量到1g。本法選用硝酸銀溶液(0.5 g/L)20 mL和2.5 g過(guò)硫酸銨。在方法條件下煮沸15 s，已氧化完全，方法選擇煮沸至試液冒大氣泡，錳的吸光度保持穩(wěn)定。若煮沸時(shí)間過(guò)短，或硝酸銀加入量過(guò)少，或試液的酸度太高，都會(huì)使錳的吸光度偏低。

2.2 硅、磷的顯色與干擾

本法測(cè)硅，采用加熱的方法促進(jìn)硅鉬雜多酸的快速形成，用草酸-抗壞血酸還原形成硅鉬藍(lán)。同時(shí)，高價(jià)錳也被還原，磷、砷生成的雜多酸也被草酸破壞，消除了對(duì)硅的干擾。而磷的測(cè)定，在室溫、低酸度和低鉬酸銨濃度下，用抗壞血酸使鉬磷鉍三元雜多酸快速還原成鉬磷鉍雜多藍(lán)。本法中，低酸度和低鉬酸銨濃度是高速的關(guān)鍵[5]，顯色酸度在0.5 mol/L左右時(shí)，顯色即刻趨于完成，高于0.7 mol/L時(shí)，酸度越高，需放置的時(shí)間越長(zhǎng)。考慮到快速還原高價(jià)錳和提高還原能力，加入適當(dāng)?shù)膩喠蛩徕c，并輔以少量乙醇，在溫度超過(guò)20 ℃時(shí)，1min內(nèi)可顯色完全。磷顯色時(shí)，先加還原劑后加鉬酸銨可消除硅的干擾；磷、砷共存時(shí)，可加入少量硫代硫酸鈉選擇性地還原砷（Ⅴ）；鉻（Ⅵ）干擾測(cè)定，被還原至三價(jià)降低影響，必要時(shí)可做底液空白以消除其干擾；銀鹽在本法中不干擾硅、磷的測(cè)定。

2.3 鉻顯色劑的用量及干擾的消除

試驗(yàn)加入2.5 g/L二苯偕肼溶液4～7 mL,吸光度變化極其微小，方法選取加5 mL。鉬（Ⅵ）與二苯偕肼生成紫紅色絡(luò)合物形成干擾，但其靈敏度極低；釩（Ⅴ）與二苯偕肼也生成棕黃色絡(luò)合物，但其色澤不穩(wěn)，易消退，且普通鋼中鉬、釩的含量很低，不影響鉻的測(cè)定；高錳酸也與二苯偕肼生成棕黃色絡(luò)合物，但其吸光度很低，且方法僅采用錳顯色試液5 mL測(cè)定鉻，其影響很小，可不加亞硝酸鈉還原；鐵(Ⅲ)的共存量很高，且與二苯偕肼生成棕黃色絡(luò)合物，常加入磷酸絡(luò)合掩蔽，抑制其干擾，但磷酸不能完全消除鐵（Ⅲ）的影響，吸光度會(huì)逐漸升高，且溫度高于30 ℃時(shí)，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重，要求在顯色后快速完成吸光度的測(cè)定。

2.4 鉬的顯色與干擾

在0.75～1.4 mol/L的硫酸介質(zhì)中，不引人催化劑直接顯色，鉬與硫氰酸胺生成橙紅色絡(luò)合物，在20 ℃～30 ℃只需1min,反應(yīng)即可完成，顯色液可穩(wěn)定約1h。鉻（Ⅲ）與硫氰酸鹽反應(yīng)在460 nm波長(zhǎng)處也有吸收，在方法條件下，鉻含量小于2%時(shí)，可不考慮其影響；銅含量若大于0.5%時(shí)，可加少量硫脲掩蔽，微量的銅能催化加速鉬（Ⅵ）和鐵（Ⅲ）的還原，對(duì)測(cè)定鉬有利；鐵（Ⅲ）與硫氰酸鹽反應(yīng)生成橙紅色的硫氰酸鐵絡(luò)離子，方法中加入抗壞血酸除了起將鉬（Ⅵ）還原為鉬（Ⅴ）的主要作用外，還可將鐵（Ⅲ）還原為鐵（Ⅱ），消除其影響，其他常見(jiàn)元素不干擾鉬的測(cè)定。

2.5 樣品分析結(jié)果

分別稱取5個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)樣品按照分析方法進(jìn)行測(cè)定，樣品分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的對(duì)照見(jiàn)表1。由表中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本法分析結(jié)果的誤差完全符合GB/T223系列標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家有關(guān)文件的規(guī)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性都很高。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于無(wú)光譜儀的中小型鑄造企業(yè)化驗(yàn)室，采用本法可大幅提高鑄造碳鋼和低合金鋼的分析速度，短時(shí)間內(nèi)即可快速得出Mn、P、Si、Cr、Mo元素的分析結(jié)果，有效地縮短熔煉時(shí)間，節(jié)能降耗。而且方法采用試劑少，分析成本低，操作簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確，生產(chǎn)實(shí)用性很強(qiáng)。

[1] 徐盤明,趙祥大.實(shí)用金屬材料分析方法[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，199 0.3:232-237.

[2] 鄢國(guó)強(qiáng).工廠實(shí)用化學(xué)分析手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199 5.5:35 2-35 9.

[3] 沈俊健.高鉻合金鑄鐵中鉻、銅、鉬、鎳、錳的快速聯(lián)合測(cè)定[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，200 7,43(1):70-71.

[4] 陳必友,李啟華.工廠分析化驗(yàn)手冊(cè)(第二版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200 8.6:145-156.

[5] 吳誠(chéng).高速分析及其應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，200 0.4:268-269.

Casting of carbon steel and low alloy steel before furnace multielement analysis at a high speed

DUAN PingChang ，HUANG Tao
(CNBM Kaisheng zhonggong Co.,Ltd.,huainan 232008, Anhui,China)

this work makes full use of the after ammonium sulfate for the oxidation of element to be measured and disjunctive manganese significantly color solution Si,determination of P,Cr,Mo,test process is simple,less use of reagent species,fast analysis,analysis of the low cost,accurate results,production practical strong.

cast carbon steel;low alloy steel;Mn,P,Si,Cr,Mo elements;high speed analysis.

T G 115.3；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 61-03

2017-04-10

稿件編號(hào):170 4-174 6

段平昌（196 7—），男，工程師，主要從事鋼鐵和鑄造原輔材料的分析檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)室的管理工作.