鈦鐵中硅元素測定方法的改進

于真 王傳芳(石橫特鋼有限公司理化檢測中心，山東 石橫 271612)

0 引言

鈦鐵是指含鈦量為65%～75%的鈦鐵，主要是由鈦和鐵構(gòu)成的鐵合金，通常作為煉鋼脫氧劑、脫硫劑和合金劑使用。鈦鐵在煉鋼過程中作為合金元素加入鋼中，能夠起到細化晶粒度、固定間隙元素、提高鋼材強度和耐腐蝕性等作用。鈦鐵中還含有硅、碳、硫、錳、磷、鋁等雜質(zhì)，其中硅是主要的雜質(zhì)之一。由于在煉鋼過程中，硅含量的高低對鋼材的性能影響較大，對于作為冶煉原材料之一的鈦鐵，必須嚴格控制硅元素的含量。因此，準(zhǔn)確測定鈦鐵中的硅，就顯得極為重要。

目前，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4701.2—2009 采用硫酸脫水重量法進行鈦鐵中硅元素的測定。試驗方法為將試樣用硫酸、鹽酸分解，以過氧化氫氧化，加熱至硫酸冒煙使硅酸脫水。用鹽酸浸取，過濾、灼燒、稱重，不純的二氧化硅用氫氟酸-硫酸處理，再次灼燒、稱量，以氫氟酸處理前后的質(zhì)量差計算硅的質(zhì)量分數(shù)。整個操作過程耗時較長，至少需要2 天才能完成，并且，在加熱至硫酸冒煙使硅酸脫水過程中，試液極易發(fā)生飛濺，易對操作人員造成傷害。

現(xiàn)研究一種新的檢測方法替代重量法，以縮短檢測時間，降低檢測過程的危險性。

1 試驗過程

1.1 試驗前準(zhǔn)備

鈦鐵中硅元素含量大約在3.0%～5.0%之間，可考慮采用光度法進行測定。

在約0.15～0.2mol/L 的酸度下，單分子的正硅酸與鉬酸銨生成黃色的硅鉬雜多酸(也可稱為硅鉬黃)，然后用還原劑將硅鉬黃還原成藍色的還原性硅鉬雜多酸(也可稱為硅鉬藍)，用光度法測定。與硅鉬黃相比，硅鉬藍具有更高的靈敏度和選擇性。

顯色時的還原劑可選擇硫酸亞鐵銨、抗壞血酸、氯化亞錫等。用硫酸亞鐵銨還原速度較快，氯化亞錫穩(wěn)定性較差，抗壞血酸還原速度慢，但穩(wěn)定性好。本試驗考慮采用硫酸亞鐵銨作為還原劑。

硅鉬藍光度法測定規(guī)定主要干擾來自磷、砷，在分析方法中，利用加入草酸后雜多酸穩(wěn)定性的時間差來消除磷、砷對硅鉬藍顯色的干擾。此外，加入的草酸與鐵、鉬形成相應(yīng)的絡(luò)離子，降低了溶液中Fe3+的濃度，提高了亞鐵的還原能力，促使硅鉬藍顯色完全。

1.2 試驗原理

試樣用碳酸鈉—硼酸混合熔劑熔融，稀鹽酸浸取。在約0.15mol/L 的酸度下，鉬酸銨與硅酸形成黃色的硅鉬雜多酸，以無水乙醇為穩(wěn)定劑，加入草—硫混酸，消除磷、砷元素的干擾，然后用硫酸亞鐵銨將硅鉬黃還原成硅鉬藍，于分光光度計680nm 處，測量吸光度，以此計算硅的質(zhì)量分數(shù)。

1.3 試劑及材料

(1)鹽酸：1+3；

(2)無水乙醇；

(3)鉬酸銨溶液：5%；

(4)草—硫混酸溶液：稱取35g 草酸，溶于1000 mL 硫酸溶液(1+8)中；

(5)硫酸亞鐵銨溶液(6%)：稱取6g 硫酸亞鐵銨溶于少量水中，加3～5 滴硫酸(ρ1.84g/mL)，用水稀釋至100mL；

(6)碳酸鈉—硼酸混合熔劑：1 份碳酸鈉+2 份硼酸；

(7)AL104 型電子天平；

(8)722 型可見分光光度計。

1.4 分析步驟

1.4.1 樣品分解

稱取試樣0.1000g 試樣，置于盛有4g 混合熔劑的鉑坩堝中，混勻，蓋上鉑坩堝蓋(留一縫隙)，置于920℃的高溫爐中熔融20min，取出，搖勻、冷卻。用水沖洗坩堝外壁，放入預(yù)先置有75ml 熱鹽酸(2.2.1)的300ml 燒杯中，低溫加熱浸出熔融物至溶液清亮，用水洗出坩堝及蓋，冷卻至室溫。移入250ml 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

1.4.2 工作曲線的繪制

選取同品種不同硅含量的鈦鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品4～5 個，隨試樣一起按分析步驟操作，以硅的百分含量為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制工作曲線。

1.4.3 顯色、測量

分取2.00mL 母液于100mL 容量瓶中，加25ml 水，8mL 無水乙醇(2.2.2)，5mL 鉬酸銨溶液(2.2.3)，搖勻，放置10～40min(室溫4～12℃，放置40min；12～20℃，放置20min； 20℃以上，10min)。加入20mL 草-硫混酸溶液，搖勻，接著加入5mL 硫酸亞鐵銨溶液(2.2.5)，用水稀釋至刻度，搖勻。

將部分顯色溶液移入適當(dāng)比色皿中，以相應(yīng)的試樣空白作參比，在分光光度計680nm 處測量吸光度。從工作曲線上查出相應(yīng)硅含量。

2 實驗結(jié)果

利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，進行了檢測方法的精密度試驗，對試驗結(jié)果統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1(%)。

利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，進行了檢測方法的準(zhǔn)確度試驗，對試驗結(jié)果統(tǒng)計分析，結(jié)果如表2(%)。

表1

表2

從表2 試驗數(shù)據(jù)可以看出，精密度及準(zhǔn)確度均符合要求，可確定該檢測方法的可行性。

3 試驗探討

(1)樣品熔融時間要達到20 分鐘以上，用鹽酸浸取熔融物時溫度要低，以免浸取液飛濺造成損失。

(2)移取母液時要準(zhǔn)確，每加一種藥品后一定要混勻。

(3)由于硅鉬絡(luò)離子形成速度較慢，所以加入堿性鉬酸銨后，要搖動l0s，否則顯色不完全，結(jié)果偏低。

(4)加入鉬酸銨形成硅鉬黃后，加入草-硫混酸，應(yīng)迅速加入硫酸亞鐵銨，否則結(jié)果偏低，因為速度慢了草-硫混酸也可以破壞硅鉬黃。

(5)硅鉬雜多酸形成速度與溫度有關(guān)，在室溫條件下，隨溫度不同需放置不同時間，室溫低時可將顯色液在沸水浴上加熱30s。

4 結(jié)語

通過試驗驗證，鈦鐵中硅的測定，可以利用鉑坩堝熔融后，用鹽酸浸取，測定鈦鐵中的鈦以后的母液，利用硅鉬藍光度法進行鈦鐵中硅的測定。整個操作過程耗時大約4～5 個小時，縮短了檢測時間，提高了檢測效率；所用藥品較少，降低了試驗成本，減少了環(huán)境污染，且降低了實驗危險性。