化學(xué)分析方法測(cè)定鈦合金中Zr

孫巧寅

（撫順特殊鋼鐵股份有限公司，遼寧 撫順113006）

1 引言

鈦是一種金屬結(jié)構(gòu)，也是在21 世紀(jì)發(fā)展迅速的一種材料。由于鈦合金的耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度等物理屬性，而被各個(gè)行業(yè)廣泛使用。在現(xiàn)代材料中，由于各個(gè)國(guó)家逐漸認(rèn)識(shí)到鈦合金的重要性，不斷地對(duì)鈦合金的屬性及用途進(jìn)行研究，并逐步將其投入實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，為科技的進(jìn)步帶來(lái)了積極影響，促使生活更加便利。作為Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si 系鈦合金中的合金化元素，鋯（Zr）是鈦合金中較為重要的元素之一，因?yàn)槠淦行郧以阝伜辖鹬械娜芙舛雀撸砸彩亲罘€(wěn)定的元素之一。

測(cè)定鋯含量的方法很多，如分光光度法、電化學(xué)分析法、ICP-AES，原子熒光光譜法以及質(zhì)譜分析法等。但是由于上述測(cè)定鋯含量的方法均經(jīng)過(guò)要多次稀釋試樣，因而產(chǎn)生的誤差較大，且測(cè)量結(jié)果容易出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況。測(cè)定鋯含量時(shí)，EDTA 容量法和苦杏仁酸重量法相較于以上方法更為精確。本文對(duì)這兩種方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要地介紹。

EDTA 絡(luò)合滴定法是一種容易操作的測(cè)定鈦合金中鋯元素的方法，但是由于EDTA 標(biāo)定物的改變，其分析結(jié)果也相差較大，且由于鋯元素本身的水解作用和聚合作用，如果試驗(yàn)條件不精確，則容易造成EDTA 的消耗和反色現(xiàn)象的出現(xiàn)。相較于苦杏仁酸重量法，EDTA 滴定法的準(zhǔn)確度較低?？嘈尤仕嶂亓糠m然有較高的準(zhǔn)確度，但是過(guò)程煩瑣，不易掌握和操作，且過(guò)程中需要消耗多種大量的酸性溶液，其他的試劑一般也有毒或有氣味。因此，相較于EDTA 滴定法，苦杏仁酸重量法的安全性較低，且耗時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法滿足快速分析的要求[1]。

2 EDTA 容量法測(cè)定鈦合金中的鋯元素

2.1 試驗(yàn)?zāi)康暮褪褂梅秶?/h3>

EDTA 容量法是一種快速測(cè)定的試驗(yàn)方法，運(yùn)用此方法測(cè)定鈦合金中所含的鋯元素，過(guò)程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，容易操作。

2.2 儀器設(shè)備

①一支50mL 酸式滴定管；②一個(gè)滴定臺(tái)和一個(gè)滴定管夾；③十支10mL 大肚移液管；④一只200mL 錐形瓶；⑤一只2000mL（或1000mL）或十只300mL 燒杯；⑥一只1000mL 容量瓶；⑦一根玻璃棒；⑧100mL 和5mL 量筒各一個(gè)，50mL 量筒兩個(gè)；⑨大于1200mL 的搪瓷杯一個(gè)；⑩毛刷、吸水管、塑料勺、特種鉛筆；1○一只500mL 塑料洗瓶。

2.3 試驗(yàn)試劑

①0.1mL/m3乙二胺四乙酸二鈉（即EDTA 二鈉）標(biāo)準(zhǔn)液的配制：使用稱量?jī)x器準(zhǔn)確稱取37.266g 固體EDTA 二鈉，用有余溫的無(wú)二氧化碳蒸餾水將其溶解，當(dāng)其全部溶解后，待其溫度降至與室溫平衡，用容量瓶將其定容至1000mL。②鹽酸溶液：配制1.19g/mL 的鹽酸溶液。③固體鹽酸羥胺。④二甲酚橙（0.2%）。⑤鋯的標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.5mg/mL）的配制：用蒸餾水溶化適量的硫酸亞鐵，然后加入濃硫酸，待其冷卻后用水稀釋，最后用重鉻酸鉀的標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)定該液體。

2.4 試驗(yàn)步驟

2.4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

首先準(zhǔn)備兩份試驗(yàn)樣品，然后分別稱取0.5g 鋯含量不同的試樣，再準(zhǔn)備適量的1：1 鹽酸待用。

2.4.2 試驗(yàn)方法

①將多份適量的鹽酸（50mL 左右）加入裝有相同重量試樣的錐形瓶中，將錐形瓶放在低溫爐中進(jìn)行加熱，待其中的試樣完全溶解后，加入200mL 的水繼續(xù)加熱至溶液沸騰。②在取出煮沸后的溶液試樣后，立即加入鹽酸羥胺0.5g，再加入0.5mL 0.2%二甲酚橙試液，用EDTA 標(biāo)準(zhǔn)液對(duì)該溶液進(jìn)行試樣滴定，當(dāng)試液由紅變黃時(shí)停止滴定，并記錄EDTA 標(biāo)準(zhǔn)液的消耗量。

上述公式是計(jì)算鋯含量的公式，Vc 是滴定的EDTA 標(biāo)準(zhǔn)液的使用量，G 是試驗(yàn)樣品的重量。

2.5 試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

①在對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，要保證試樣溶解時(shí)的溫度為低溫，因?yàn)辂}酸容易揮發(fā)，所以要定時(shí)用水洗杯壁，防止蒸發(fā)過(guò)多。②滴定前，將試液加熱至沸騰，以便觀察溶液顏色的變化，找到滴定重點(diǎn)。③在試驗(yàn)過(guò)程中需要謹(jǐn)慎和小心，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)控制在誤差范圍內(nèi)，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)操作，確保試驗(yàn)人員和儀器的安全。

2.6 允許差

表1

3 苦杏仁酸重量法測(cè)定鈦合金中的鋯元素

3.1 試驗(yàn)原理

在鹽酸存在的條件下，鋯元素可與苦杏仁酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種白色沉淀，這種沉淀叫做苦杏仁酸鋯沉淀[2]。試液在經(jīng)過(guò)過(guò)濾、灼燒等操作后，可得到二氧化鋯。將二氧化鋯進(jìn)行稱重，然后用焦硫酸鉀熔融后，再運(yùn)用過(guò)氧化氫分光光度法對(duì)二氧化鈦的含量進(jìn)行測(cè)定，最后計(jì)算出鋯在其中的含量。

3.2 試驗(yàn)試劑和器材

在試驗(yàn)開始前，準(zhǔn)備鹽酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、苦杏仁酸溶液、過(guò)氧化氫溶液、二氧化鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液以及苦杏仁酸洗滌液。在試驗(yàn)的過(guò)程中，需要使用的儀器有：分光光度計(jì)、燒杯、坩鍋、濾紙、漏斗、玻璃棒、鐵架臺(tái)以及容量瓶等。

3.3 試驗(yàn)步驟

①首先獲取兩種鋯含量不同的試樣，并將其分別放入兩個(gè)燒杯中，向燒杯中加入鹽酸，保持低溫狀態(tài)防止鹽酸揮發(fā)，對(duì)其進(jìn)行加熱，使試樣完全溶解在溶劑中，然后再向燒杯中緩緩加入水，過(guò)濾此時(shí)的溶液后，放入另外的兩個(gè)燒杯中，最后用鹽酸對(duì)燒杯和濾紙進(jìn)行洗滌防止污染。②加熱約200mL 的濾液至沸騰，然后一邊攪拌，一邊加入步驟一中經(jīng)過(guò)過(guò)濾操作后的苦杏仁酸溶液，持續(xù)緩慢攪拌至有沉淀物析出，然后放置85℃左右的熱水中保溫40min。③放置較長(zhǎng)時(shí)間后，用濾紙對(duì)沉淀物進(jìn)行過(guò)濾，再使用苦杏仁酸溶液洗滌劑對(duì)沉淀物洗滌10 次左右，將沉淀物放入坩鍋中烘干，然后灰化，最后放在高溫爐中加熱至1000℃進(jìn)行灼燒操作，將沉淀物取出后放置干燥器中，待其冷卻至室溫。④向坩鍋中加入焦硫酸鉀，將坩鍋放置高溫爐中加熱至700℃左右，最終得到熔融物，取出后將該熔融物轉(zhuǎn)移至燒杯中冷卻，最后加入水[3]。⑤將溶液轉(zhuǎn)移至容量瓶中冷卻一段時(shí)間，然后加入硫酸并且滴入過(guò)氧化氫，用水稀釋后搖晃均勻。取出部分溶液后，在吸光池中測(cè)量吸光度，查詢得知二氧化鈦的質(zhì)量為m2。⑥根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果：Zr（%）=（m1-m2）×0.7403÷m×100，m1表示二氧化鋯和二氧化鈦的含量，單位為g，m2表示二氧化鈦的質(zhì)量，單位為g，0.7403 是二氧化鋯轉(zhuǎn)換成鋯的系數(shù)，m 表示試驗(yàn)樣品的總質(zhì)量，單位為g。

3.4 允許差

表2

鈦和鋯在多種礦物中共生，且化學(xué)性質(zhì)較為相似，因而對(duì)鋯鈦混合物的分離和測(cè)定都不容易操作。但是，采取上述方法將鈦和鋯分離成二氧化鈦和二氧化鋯并進(jìn)行測(cè)定，可以有效保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，由于鈦合金在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，促使各個(gè)國(guó)家的科學(xué)工作者對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)與研究。通過(guò)化學(xué)分析的方法來(lái)測(cè)量合金中的元素含量被廣泛地應(yīng)用，不僅測(cè)量結(jié)果精密、準(zhǔn)確，試驗(yàn)成本低且容易操作。