氯磺酚S分光光度法測(cè)定鐵礦石中鈮量

趙希文 陸娜萍 朱春要 董禮男

(江蘇省沙鋼鋼鐵研究院 分析測(cè)試中心 江蘇 張家港：215625)

鋼中加入少量鈮能增加鋼的強(qiáng)度，改善鋼的性能。由于鈮很容易發(fā)生水解，所以分解試樣時(shí)需加氫氟酸、酒石酸、檸檬酸、草酸等使鈮生成絡(luò)合物，以防水解。對(duì)于品種鋼的冶煉需要控制鐵水中鈮的含量，鐵水中鈮的含量主要來(lái)自于鐵礦石，因此對(duì)鐵礦石中鈮量的定量分析是控制鈮量成分的有效手段?，F(xiàn)在鈮的測(cè)定主要用氯磺酚S光度法、二甲酚橙光度法、單寧酸沉淀分離-PAR光度法、苯砷酸共測(cè)定分離-PAR光度法等，且都是針對(duì)鋼鐵材料的。本方法試驗(yàn)了用氫氟酸、檸檬酸、草酸等混合酸溶解試樣氯磺酚S分光光度法測(cè)定鈮量的方法，測(cè)定范圍為0.005%～0.050%，擴(kuò)充了鐵礦石低鈮檢測(cè)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

本試驗(yàn)所用儀器為7230型可見光分光光度計(jì)(上海佑科儀器儀表公司)。

1.2 試劑

高純鐵粉(含量大于99.95%)：基準(zhǔn)試劑；鹽酸；硝酸；氫氟酸；高氯酸；酒石酸：60g/L，300g/L；EDTA：10g/L；無(wú)水乙醇；氯磺酚S：0.5g/L，配好過(guò)濾后備用；過(guò)氧化氫：1+30；焦硫酸鉀；硫酸：1+1；

鈮標(biāo)準(zhǔn)溶液(100μg/mL)：準(zhǔn)確稱取0.1431g預(yù)先在950℃灼燒30min冷卻后的基準(zhǔn)五氧化二鈮(含量大于99.95%)于鉑金坩堝中，與3g焦硫酸鉀混勻，于馬弗爐中700℃熔融15min，冷卻，再加5滴濃硫酸繼續(xù)熔融10min，冷卻。將坩堝移入250mL燒杯中，加50mL熱酒石酸溶液(300g/L)蓋上表面皿加熱浸取熔塊至完全溶解，稍冷，加100mL硫酸(1+1)，試液冷卻后轉(zhuǎn)入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻[1]；

鈮標(biāo)準(zhǔn)溶液(10μg/mL)：分取10mL鈮標(biāo)準(zhǔn)溶液(100μg/mL)于100mL容量瓶中，加酒石酸溶液(60g/L)至刻度，混勻。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 試樣的分解

稱取0.5g(精確至0.0002g)試樣，置于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加少許水潤(rùn)濕，加20mL鹽酸、5mL氫氟酸低溫溶解，溶液體積小于10mL時(shí)再加10mL鹽酸、3mL硝酸繼續(xù)低溫溶解，待溶液體積小于10mL時(shí)加5mL高氯酸，低溫加熱冒煙至近干，用20mL酒石酸溶液(60g/L)加熱至鹽類溶解，冷卻，移入50mL容量瓶中，再用酒石酸溶液(60g/L)稀釋至刻度備測(cè)。隨同試樣做空白試驗(yàn)。

1.3.2 殘?jiān)厥?/p>

試樣若分解完全這個(gè)步驟可以免去。

試樣分解完后若有少量肉眼可見不溶物，可用慢速濾紙過(guò)濾，用水洗殘?jiān)蜑V紙3遍，把殘?jiān)蜑V紙一并移入鉑金坩堝中，在電爐上高溫烤干，移入馬弗爐中700℃灰化，加0.7g焦硫酸鉀再熔融15min，取出冷卻。將濾液倒回原聚四氟乙烯燒杯中，再將鉑金坩堝放入其中，蓋上表面皿低溫浸取熔渣，取出洗凈坩堝，濃縮體積至小于30mL，冷卻后用酒石酸溶液(60g/L)稀釋于50mL容量瓶中備測(cè)。隨同試樣做空白試驗(yàn)。

1.3.3 比色測(cè)定

1.3.3.1 顯色液

準(zhǔn)確分取10mL試液于50mL容量瓶中，加5mL EDTA(10g/L)、10mL鹽酸、5mL無(wú)水乙醇、3.0mL氯磺酚S(0.5g/L)，用水稀釋到刻度，在高于20℃室溫下存放40min。

1.3.3.2 參比液

在1.3.3.1已發(fā)好色的剩余部分顯色液(約30mL)中，滴加0.5mL氫氟酸(1+3)，充分混勻，至藍(lán)色絡(luò)合物褪色。

2、110KV高壓斷路器在合與分的過(guò)程中很容易出現(xiàn)各種異?，F(xiàn)象，而異?，F(xiàn)象數(shù)據(jù)和故障都要經(jīng)過(guò)分析，對(duì)故障及時(shí)處理，才能確定由于斷路器滅弧室的熱膨脹出現(xiàn)氣缸抱死，導(dǎo)致 110KV斷路器合分的過(guò)程中發(fā)生異常。

1.3.3.3 比色

將參比液和顯色液分別裝入1cm比色皿中，于分光光度計(jì)上650nm處比色計(jì)吸光度，再根據(jù)工作曲線校準(zhǔn)溶液的吸光度計(jì)算出鈮含量。

1.4 工作曲線校準(zhǔn)溶液的配制

本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制工作曲線。稱取0.30g 高純鐵粉(含量大于99.95%)8份，按上述方法(1.3.1)分解后冷卻，移入50mL容量瓶，按表1移取定量的鈮標(biāo)準(zhǔn)溶液。若試樣采用了殘?jiān)厥辗纸?1.3.2)，工作曲線校準(zhǔn)溶液中每個(gè)都還要加入0.7g焦硫酸鉀打底。

表1 工作曲線校準(zhǔn)溶液的配制

2 結(jié)果與討論

2.1 基體的干擾

一般鐵礦石的主要基體是鐵，含量在60%左右，因此在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)要加入相當(dāng)量的高純鐵0.30g打底，以消除基體干擾。

2.2 溶樣酸和熔劑的選擇

鐵礦石成分含量比較復(fù)雜，除主要含鐵外，還含少量的硅、鋁、鈣、鎂、錳、鈦、鉀、鈉等氧化物。對(duì)于易分解試樣，方法中先用大量鹽酸低溫加熱，可以把大部分鐵等溶解，用氫氟酸溶解硅，加少量硝酸后形成王水溶解剩余少量難溶的氧化物，再加高氯酸冒煙趕走氫氟酸。一般含鐵品位較高的鐵礦石采用上述四種混合酸都能溶解完全，而鋁、鈦、釩等氧化物含量較高的試樣，酸類溶解很難分解完全，四種混合酸溶解后會(huì)有少量肉眼可見不溶物。本方法對(duì)不溶殘?jiān)?jīng)過(guò)濾后加入少量焦硫酸鉀熔劑，在馬弗爐中高溫熔融，再用鹽酸浸取熔渣合并回原溶液待測(cè)。

2.3 條件試驗(yàn)

2.3.1 比色波長(zhǎng)的選擇

在9個(gè)50mL容量瓶中準(zhǔn)確加入鈮標(biāo)準(zhǔn)溶液(100μg/mL)4mL，該溶液中含鈮40μg，按1.3.3.1顯色操作，在610nm～690nm范圍處進(jìn)行比色，結(jié)果見表2[2]。

表2 顯色波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)

圖1 吸收曲線

由表2可見，鈮與氯磺酚S絡(luò)合物在650nm處吸光度最大，因此本法選擇波長(zhǎng)為650nm。

2.3.2 顯色酸度的選擇

取一礦石試樣，按1.3.3.1顯色操作時(shí)加入不同量的鹽酸，結(jié)果見表3。

表3 顯色酸度實(shí)驗(yàn)

由表3可見，顯色時(shí)鹽酸的加入量大于10mL時(shí)，吸光度最大且基本一致，因此本法選擇顯色鹽酸加入量為10mL。

2.3.3 顯色劑用量的選擇

取一礦石試樣，按1.3.3.1顯色操作時(shí)加入不同量的氯磺酚S(0.5g/L)，結(jié)果見表4。

表4 顯色劑用量實(shí)驗(yàn)

由表4可見，顯色時(shí)顯色劑氯磺酚S(0.5g/L)加入量大于3mL時(shí)，吸光度最大且基本一致，因此本法選擇氯磺酚S(0.5g/L)加入量為3mL。

2.3.4 酒石酸用量的影響

鈮很容易發(fā)生水解，方法中浸溶劑酒石酸的用量，會(huì)直接影響氯磺酚S與鈮的絡(luò)合物的穩(wěn)定性[3]。本方法實(shí)驗(yàn)表明，酒石酸含量大于60g/L時(shí)才能保證鈮在這個(gè)濃度下不水解，從而不影響測(cè)定。

2.3.5 焦硫酸鉀用量的選擇

取一難溶礦石試樣，按1.3.2操作，分別加入0.5g、0.6g、0.7g、0.8g、0.9g、1.0g焦硫酸鉀，浸取熔渣后0.5g和0.6g的加入量有少許不溶物，而0.7g、0.8g、0.9g、1.0g的加入量都溶解完全。由于ICP測(cè)定鹽分不宜太高，以免堵塞中心矩管，造成測(cè)量結(jié)果波動(dòng)，影響測(cè)量的精度[4]。再者鉀鹽過(guò)多會(huì)降低顯色劑的溶解度，影響顯色效果，需要控制鉀鹽的用量，盡量最少。因此本法選擇焦硫酸鉀用量為 0.7g。

2.4 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

鐵礦石標(biāo)樣中就沒(méi)有鈮的定值，但鋼樣標(biāo)樣有鈮的定值。本實(shí)驗(yàn)選取了與鐵礦石基體相似的三個(gè)管線鋼標(biāo)樣減少稱樣量(0.3000g)，以到達(dá)與鐵礦石的基體基本一致，再用試驗(yàn)方法(1.3)測(cè)定，分析結(jié)果見表5。

表5 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 精密度實(shí)驗(yàn)

選取兩個(gè)鐵礦石試樣，按試驗(yàn)方法(1.3)平行測(cè)定6次進(jìn)行精密度試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

2.6 回收實(shí)驗(yàn)

選一個(gè)試樣和一個(gè)管線鋼標(biāo)樣(稱樣量0.3000g)，按試驗(yàn)方法(1.3)并加入標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定，分析結(jié)果及回收率見表7。

表6 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7 回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.7 檢出限的確定

按照實(shí)驗(yàn)方法(1.3)對(duì)空白試劑測(cè)定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算出方法的檢出限為0.002%，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算出方法的檢出下限為0.005%。

3 結(jié)論

通過(guò)以上各種試驗(yàn)，采用混合酸及焦硫酸鉀分解鐵礦石樣品，氯磺酚S光度法測(cè)定鈮量，在0.005%～0.050%的測(cè)定范圍內(nèi)，具有較好的可操作性。本方法操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確可靠，可以在實(shí)際工作中應(yīng)用。