硼鐵中硼的測定方法的改進與應用

程文章，陳德凱

山鋼集團股份有限公司萊蕪分公司，山東 萊蕪 271104

0 引言

近幾年來，在煉鋼技術的不斷提高下，對新鋼種的開發應用中，硼鐵合金作為主要的合金添加劑在生產中得到廣泛的應用，硼在鋼中多以固溶體、氧化物、碳化物及其它硼化物形式存在，鋼中加入微量硼可增強鋼的淬透性、提高鋼的強度，耐磨性、可塑性等。目前硼鐵合金中的硼的測定一般參考文獻（1）的分析方法進行測定，存在著分析時間長，操作繁瑣，終點觀察不明顯等現象，為此我們在此分析方法的基礎上做了大量的試驗論證工作，從樣品的粒度，稱樣量、熔劑、指示劑、溶液酸度的選取，干擾離子的分離和消除等方面入手，對操作過程進行了合理的改進，用對硝基酚指示劑代替甲基紅指示劑調節溶液的PH值，效果非常理想， 在消除干擾離子方面，避免了因加入碳酸鈣加熱時，引起激烈反應放出二氧化碳氣體，導致溶液濺失等因素的影響，通過調節溶液的酸堿度，使氫氧化鋁沉淀消除其干擾。該方法經優化改進后，具有操作簡便、快速，滴定終點清晰等優點，有較高的準確度和精密度，并在生產中得到應用。

1 試驗部分

1.1 樣品的制備

將所取樣品全部置于破碎機內粉碎，經四分法分取后，置于研磨機內磨制粒度全部通過200目篩，把樣品裝入袋中封好，保存于干燥皿中備用。

1.2 主要試劑

1）堿性混合熔劑:過氧化鈉3份與碳酸鈉1份研細，混勻；

2）鹽酸 :（1+1），0.05mol/L ；

3）氫氧化鈉標準溶液:0.05mol/L；

4）無水乙醇:95% ；

5）對硝基酚指示劑:1%， 稱取1g指示劑溶解于80ml乙醇中，用水稀釋至100ml混勻；

6）酚酞指示劑:1%，稱取1g指示劑溶解于60ml的乙醇中，用水稀至100ml混勻；

7）甘露醇:（固體）。

1.3 實驗方法

稱取0.3000g試樣于盛有堿性混合熔劑5.0000g的鐵坩堝中，混勻后再覆蓋2.0000g混合熔劑，在低溫處加熱至熔劑變色后，再移入700℃～800℃的馬弗爐中，熔融至透明（約10min）后取出，稍冷在500mL 的燒杯中，用 100mL的熱水浸出熔塊，洗出坩堝加入2mL乙醇溶液，加熱煮沸2min后取下，冷卻后移入250mL的容量瓶中，以水稀至刻度搖勻。

待沉淀下降后，干過濾于沒有水分的塑料燒杯中，吸取濾液50mL于300mL的錐形瓶中，滴加對硝基酚指示劑2滴，用HCL（1+1）中和至黃色消失，然后再用0.05000mol/L的NaOH中和至剛出現黃色，并過量2滴，加熱至沸，如黃色消失，可繼續滴加0.05000mol/L的NaOH數滴，至出現黃色，取下稍冷用快速濾紙過濾，用熱水洗燒杯及沉淀各4次，棄去沉淀，濾液以HCL（0.05000mol/L）標準溶液中和至黃色消失，并過量2滴，將溶液加熱至沸約15min～20min后，取下流水冷卻至室溫，用 NaOH（0.05000mol/L）中和至出現微黃色，加入酚酞指示劑4滴，甘露醇2.0000g搖至溶解后，用NaOH（0.05000mol/L）的標準溶液滴定至出現微紅色不消失，再加入甘露醇1.0000g搖至溶解后，繼續用NaOH（0.05000mol/L）的標準溶液滴定至再加入甘露醇后，微紅色不消失為終點，根據所消耗的NaOH（0.05mol/L）標準溶液的體積（V），計算出試樣中硼的百分含量。

1.4 結果計算

硼的質量百分數按下式進行計算:

式中:C為NaOH標準溶液的濃度( mol/L ) ；

V為滴定所消耗NaOH標準溶液的體積(mL)；

G為稱取試樣的質量(g)；

T為NaOH標準溶液對硼的滴定度(g/mL)。

2 結果與討論

2.1 稱樣量的選擇

經試驗對試樣的稱樣量進行了適當的調整，由原來的0.5000g改為現在的0.3000g，這樣更容易使樣品能夠在高溫下熔融完全，同時有利于過濾和洗滌。

2.2 熔劑的選擇

如果樣品單獨使用過氧化鈉熔融，低溫加熱時反應劇烈、條件難以控制，易出現火星飛濺，導致分析失敗。而使用過氧化鈉和無水碳酸鈉混合熔劑進行熔融，可以減緩反應的劇烈程度，在700℃～800℃時使樣品熔融完全。注意熔融樣品時不可直接放在高溫處，應先低溫后高溫。

2.3 共存元素干擾的消除

利用具有氧化性的強堿性溶液沉淀分離鐵、錳等干擾元素，若試樣中含錳高，可在浸出熔融物時先加入2ml乙醇破壞，否則分離后溶液中的顏色影響調節酸堿度。將部分干過濾后的濾液，用鹽酸和氫氧化鈉調到弱堿性，加熱、過濾除去氫氧化鋁沉淀，消除其干擾。由于碳酸鹽也能被滴定，因此酸化后的溶液必須加熱煮沸予以除去。

2.4 酸度的影響

實驗表明，用對硝基酚指示劑調節溶液的酸堿度，溶液顏色變化明顯易于判斷。

2.5 加入甘露醇的用量及目的

由于硼酸是一種很弱的酸，電離常數Ka=6.4×10-10，在水溶液中不能用堿直接進行滴定，而硼與甘露醇形成的配合物其離解常數比硼酸大1萬倍以上，所以在分離干擾元素后的濾液中，調好酸度后，加入甘露醇與硼酸作用生成較強的配位酸，分析時一般需反復加甘露醇共4g～6g為宜，然后以酚酞為指示劑，用氫氧化鈉標準溶液直接進行滴定。其反應式如下:

2.6 滴定時試液體積的控制

要求滴定過程中，試液的體積不應過大，最好控制在100ml以內，否則試液中甘露醇的濃度降低，影響甘露醇-硼酸配合物的形成。

分析過程中，應注意強堿性試液不能在玻璃容器中放置過久，以免玻璃中的硼侵入，使分析結果偏高。如果樣品中鋁的含量小于0.10%時，可不必進行二次分離。

配制NaOH標準溶液和分析樣品所用水最好用煮沸后，經冷卻不含有CO2的分析用水。有利于用標準溶液直接計算分析結果，消除了水中CO2的干擾。

2.7 方法的準確度和精密度

用硼鐵合金標樣及試樣按上述試驗方法進行操作，所測硼的結果如表1。

表1 樣品中硼的測定結果

3 結論

實驗數據表明，硼鐵合金中硼的測定方法的優化改進，不僅分析速度有所提高，而且操作簡便，試劑和標樣用量少，降低了檢驗成本，具有較高的準確度和精密度，能滿足生產急需，現以應用于實際工作中。

[1]鞍山鋼鐵研究所.實用冶金分析[M].沈陽:遼寧科學技術出版社，1990.

[2]信息標準研究院標準研究所.礦產品、原料及其實驗方法標準匯編[S].北京:中國標準出版社，2003.

[3]杭州大學·分析化學手冊（第二分冊）[M].北京:化學工業出版社，1982，332.

[4]冶金部信息標準研究院編.鋼鐵及鐵合金化學分析方法標準匯編（上）.北京:中國標準出版社，1988，89.