重量法測(cè)定鈮鐵中鈮的含量探討

唐 芳

（華菱衡陽(yáng)鋼管有限公司技術(shù)中心，湖南 衡陽(yáng) 421001）

鈮鐵合金在鋼鐵冶煉中主要是作為一種合金化原材料被加入煉鋼過(guò)程，是一種稀有金屬合金材料。鋼中加入鈮，能顯著提高鋼的強(qiáng)度和抗腐蝕性，改善鋼的焊接性能，使鋼有極好的抗氧化性能并降低鋼的堿脆性，可用于制造無(wú)磁鋼。在鑄鐵中添加鈮能析出堅(jiān)硬耐磨的碳氮化鈮相，從而提高強(qiáng)度和延長(zhǎng)使用壽命。鈮鐵合金價(jià)格昂貴，因此精確分析鈮的含量對(duì)原材料結(jié)算、加入量和成本控制有著重要的意義。在目前的現(xiàn)狀下，關(guān)于判定鈮含量的具體實(shí)踐操作已經(jīng)能夠靈活運(yùn)用多種測(cè)定方法。鈮鐵合金中鈮的化學(xué)分析方法主要有國(guó)標(biāo)GB/T3654.1-1983鈮鐵化學(xué)分析方法：紙上色層分離重量法測(cè)定鈮、鉭量。該法操作步驟繁瑣，消耗大量的化學(xué)藥品同時(shí)還需要使用甲基異丁基酮、丁酮等有機(jī)試劑，不夠環(huán)保。也有采用儀器分析電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）同時(shí)測(cè)定鈮鐵中多組成的報(bào)道，但由于溶樣過(guò)程加入大量的氫氟酸，容易腐蝕貴重儀器，檢測(cè)成本較高。本文提出采用氫氟酸、硝酸溶解，冒硫酸煙。在稀鹽酸溶液中加入單寧酸讓鈮完全沉淀，經(jīng)過(guò)濾、灼燒、稱量得到的五氧化二鈮，計(jì)算鈮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該方法操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度及精密度高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑與材料

除非另外說(shuō)明，在分析中僅使用確認(rèn)為分析純的試劑和蒸餾水或與其純度相當(dāng)?shù)乃?。其中主要包含硝?ρ約 1.42 g/mL)、氫氟酸(ρ 約 1.15 g/mL)、單寧酸、硼酸、鹽酸、硫酸溶液、酒石酸以及焦硫酸鉀等。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

稱取約0.25g試樣，精確至0.0001 g（隨同試樣做空白試驗(yàn)）將試樣置于聚四氟乙烯燒杯（或鉑皿）中，加入5 mL氫氟酸，并滴加5 mL硝酸，劇烈作用停止后，加熱至試樣完全溶解。加10mL硫酸（1+1），加熱蒸發(fā)至冒硫酸煙。冷卻，加30mL鹽酸（1+1），加熱至可溶性鹽溶解。將試液轉(zhuǎn)入500 mL燒杯中，加20 mL硼酸飽和溶液，用水稀釋至250 mL，加熱，加入100 mL單寧酸溶液及少量紙漿，加熱煮沸，靜置。用慢速濾紙加紙漿過(guò)濾，沉淀用單寧酸—鹽酸洗液洗至無(wú)鐵離子。

將沉淀連同濾紙置于事先相同溫度灼燒稱重的鉑坩堝中，干燥、灰化，于1000℃灼燒，冷卻至室溫稱重，反復(fù)灼燒至質(zhì)量恒定。

1.3 結(jié)果計(jì)算

按下式計(jì)算Nb%：

式中：m1—鉑坩堝和沉淀的質(zhì)量，g；m2—鉑坩堝的質(zhì)量，g；m—試樣的質(zhì)量，g；0.6991—五氧化二鈮換算為鈮的系數(shù)

1.4 注意事項(xiàng)

如所得沉淀含雜質(zhì)則需要進(jìn)行二次沉淀；當(dāng)試樣中含有鉭和鈦時(shí)，精密分析時(shí)需進(jìn)行鉭、鈦的校正。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣條件的選擇

鈮是一種非常穩(wěn)定的元素，常溫下鈮對(duì)許多酸和鹽的溶液都是穩(wěn)定的，但是鈮鐵卻易溶于氫氟酸和硝酸的混合酸中。硫酸冒煙對(duì)其完全溶解能起促進(jìn)作用。本文做了一下試樣前處理的方法摸索，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試樣溶解方法試驗(yàn)

由表1可知，方案3都使鈮鐵溶解完全且清亮，故選擇了簡(jiǎn)單、快速且使用試劑最少的方案3加熱溶解試樣。

2.2 沉淀?xiàng)l件的選擇

由于鈮易在酸性液中水解成鈮酸沉淀，當(dāng)煮沸鈮的無(wú)機(jī)酸溶液，在溶液中加入飽和硼酸時(shí)使得鈮與其他雜質(zhì)初步分離。本法在1mol/L稀鹽酸溶液中使鈮充分水解，加入單寧酸溶液讓鈮完全沉淀，并使鈮（鉭）與鐵、錳、鋁等元素分離。沉淀時(shí)的溫度和沉淀時(shí)間對(duì)測(cè)定分析結(jié)果有一定的影響。不同沉淀?xiàng)l件下測(cè)定結(jié)果見(jiàn)下表2所示。

表2 不同沉淀?xiàng)l件下分析結(jié)果

由表2可知，加熱至70～80℃，加熱煮沸10 min并靜置1 h后在過(guò)濾獲得的檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值比較接近故選擇為最佳沉淀?xiàng)l件。

2.3 灼燒溫度和時(shí)間

沉淀后五氧化二鈮的灼燒溫度和時(shí)間，對(duì)測(cè)定結(jié)果有重要的影響。本文通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)同一樣品在不同灼燒條件下的檢測(cè)結(jié)果如表3。

表3 不同灼燒條件下的檢測(cè)結(jié)果

由表3可知，沉淀于1000℃灼燒30 min基本已經(jīng)達(dá)到恒重，故選擇此條件為最佳灼燒溫度和時(shí)間。

2.4 精密度試驗(yàn)

稱取6份鈮鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品，按本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)量分析，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表4。

表4 精密度實(shí)驗(yàn)

2.5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

為檢驗(yàn)試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性，采用測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)值的方法進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，對(duì)兩個(gè)鈮鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW（E）010357和GBW（E）010414進(jìn)行測(cè)定，并將測(cè)定值與認(rèn)定值相比較，結(jié)果表明二者吻合較好，數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

2.6 對(duì)比試驗(yàn)

采用不同鈮含量的樣品，按本實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行操作，并與其他實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)重量法分析結(jié)果進(jìn)行比較。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 對(duì)比分析

由表6可見(jiàn)，使用本法與傳統(tǒng)的國(guó)標(biāo)法及標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，其偏差滿足國(guó)家化學(xué)分析中的標(biāo)準(zhǔn)允許偏差。

3 結(jié)語(yǔ)

此此次實(shí)驗(yàn)相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)流程與實(shí)驗(yàn)材料而言，其主要選擇了氫氟酸以及硝酸作為實(shí)驗(yàn)材料。經(jīng)過(guò)溶解處理以后，對(duì)于沉淀物進(jìn)行相應(yīng)的過(guò)濾處理，然后對(duì)于濾渣物質(zhì)進(jìn)行灼燒與鑒定。因此相比而言，重量法的含量測(cè)定方法具有快速與簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)操作優(yōu)勢(shì)，并且改進(jìn)了原有的水解重量法。從測(cè)量誤差的角度來(lái)講，運(yùn)用重量法可以保證達(dá)到更小的實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差，對(duì)于常規(guī)分析的基本要求能夠予以有效的滿足。