氟硅酸鉀容量法測定硅鈣合金中硅的含量

安志勇

（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣 056404）

氟硅酸鉀容量法測定硅鈣合金中硅的含量

安志勇

（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣 056404）

在國標的基礎上，根據不同形態的硅均能溶于強堿溶液中，生成可溶性的硅酸鹽原理，采用氟硅酸鉀容量法測定脫氧劑中硅的含量，通過改變熔樣方法、標液滴定濃度和采用不同的指示劑等，排除了其他雜質對硅測定的干擾。經過重復對比和驗證，表明該方法準確度高，精密度好，速度快，能夠為生產單位及時提供準確可靠的數據。

脫氧劑；氟硅酸鉀；滴定；檢測

1 引言

硅在自然界的豐度位于氧之后，廣泛地以石英、硅酸鹽、硅鋁酸鹽等形式存在。硅是鋼鐵及冶金材料中最常見而又重要的元素之一，元素硅的化學性質不活撥，不溶于單一的酸（包括氫氟酸）。硅鈣合金在煉鋼生產中起到脫氧、脫硫和還原劑作用。現階段硅鈣合金中硅的測定方法中，最常用的有經典分析方法（重量法）、儀器分析方法（ICP光譜法和硅鉬藍光度法）和酸堿中和滴定方法（氟硅酸鉀堿滴定法）等，但由于經典方法分析周期冗長、操作過程繁瑣，數據報出時間慢，影響生產實際需要；儀器分析方法中的比色法主要使用常規實際生產中的低含量硅元素測定，當酸中有大量水存在時，所生成的四氟化硅迅速水解為硅酸和氟硅酸，在酸性溶液中硅濃度太高易發生聚合而影響定量測定。現在很多企業常用酸對試樣溶解，經研究發現，不溶性硅酸鹽和單質狀態的硅不溶于常見的酸或者溶解后（包括氫氟酸）呈四氟化硅揮發，要求溫度控制準確，導致結果偏低[1]。

我廠購進的硅鈣合金硅含量高低不一，成分復雜，給分析帶來了很大困難。根據現有的國家標準很難滿足我廠生產需要，本文在國標的基礎上，根據不同形態的硅均能溶于強堿溶液中，生成可溶性的硅酸鹽原理，試驗中通過改變熔樣方法、標液滴定濃度和采用不同的指示劑等，該方法經過長時間驗證得知，是一種比較符合實際生產的，而且準確度和精密度都比較高、周期速度快的使用生產測定方法（氟硅酸鉀沉淀法），為生產單位及時提供準確可靠的數據。

2 實驗部分

2.1 方法原理

試料以氫氧化鉀共融，硅轉化為氟硅酸，與鉀鹽生成氟硅酸鉀沉淀，過濾、洗滌，洗去游離酸后以熱水使其水解，游離出等物質的量的氫氟酸，在熱溶液中以酸堿中和指示劑（硝氮黃指示劑），以標準氫氧化鈉溶液滴定酸消耗體積，間接計算出硅的含量。

2.2 主要試劑

氯化鉀；

氫氧化鉀（鈉）；

鹽酸，ρ 約 1.19 g/ml；

硝酸，ρ 約 1.42 g/ml；

硝氮黃指示劑，0.2%；

氟化鉀溶液，150g/L，在塑料器皿中配制并保存；

氫氧化鈉標準溶液C（NaOH）=0.15 mol/L；

氯化鉀-乙醇洗液，乙醇和水的體積比為1：2并加KCl至飽和。

2.3 實驗步驟

2.3.1 試料量

準確稱取0.10g，粒度不大于0.125 mm的試樣，精確至0.0001 g。

2.3.2 試料分解

將試樣置于鉑坩堝中，隨同試樣做空白試驗，加入4 g氫氧化鉀，于低溫加熱驅除水分至氫氧化鉀熔融。移入600～650℃馬弗爐中繼續熔融10min，取出冷卻至室溫。

將坩堝置于塑料燒杯中，加20ml鹽酸、10ml硝酸和50ml水使其試料完全溶解。

2.3.3 沉淀分離

加濾紙漿少許，在塑料棒攪拌下加15 ml氟化鉀溶液（150g/L），攪拌 1 min，在 25 ℃靜止 5 min，使氟硅酸鉀沉淀完全。沉淀用中速濾紙加紙漿在塑料漏斗上抽濾，用氯化鉀-乙醇洗液洗塑料燒杯和沉淀6～7次。

2.3.4 滴定

將沉淀連同濾紙置于原燒杯中，加15 ml氯化鉀-乙醇洗液，5滴硝氮黃指示劑，在充分攪拌下，滴加氫氧化鈉標準溶液中和濾紙上的余酸，直至出現穩定的純藍色，不計體積數，加150～200ml的中性熱水，攪拌，補加數滴指示劑溶液，立即用氫氧化鈉標準溶液滴定至紫藍色為終點。

2.4 分析結果的計算

按下式計算硅的質量分數：式中：C為氫氧化鈉標準滴定濃度，mol/L；V1為滴定試樣所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積，ml；V2為滴定空白所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積，ml；m為試料量，g；28.086為硅的摩爾質量，g/mol。

3 實驗條件選擇與數據處理

3.1 方法的選擇

重量法是現在階段最準確的分析方法，仲裁試驗還一直使用此方法，但周期長，在操作中，一次硅酸脫水總不完全，隨著硅含量的減少，脫水率降低，在精確分析中需要進行兩次脫水。硅酸沉淀需要用稀釋酸洗滌以洗去夾雜在沉淀中的金屬離子，如果用熱水洗，則可能產生膠溶現象，硼和氟是干擾重量法的兩元素；不溶性硅酸鹽以及單質狀態下的硅不能完全溶解，甚至包括氫氟酸等常見的酸，由于分解時硅一部分以四氟化硅揮發，所以要求溫度控制準確，導致結果偏低。

本實驗用KOH或者NaOH熔融，能完全分解樣品，分解樣品速度周期加快，使試樣中的硅不至于呈四氟化硅揮發損失，而且可以提供足夠多的鉀離子（同離子效應），以排除鋁、錳以及鈦等干擾元素的影響。

3.2 滴定NaOH標準溶液濃度的選擇

試驗中分別選取不同的NaOH標準溶液濃度進行滴定，試驗過程中濃度越大，滴定消耗體積越小，產生誤差也比較大，而且終點不易控制，滴定濃度越小，消耗體積越大，滴定終點時出現拖尾現象，不易控制終點顏色，最后采用氫氧化鈉標準滴定濃度為0.15 mol/L，消耗體積在20～40ml之間，系統誤差比較小，終點顏色比較易觀察。

3.3 實驗溫度的控制

同時選取了 15、20、25、30、35 ℃的溫度進行試驗，結果發現在25℃溫度沉淀最完全，而且溫度符合國家實驗室規定的操作溫度范圍，在試驗過程中為加快試驗進度，本方法采用了冰水浴來提高分析周期，達到了預期的效果，最終選擇25℃為該方法的試驗溫度。

3.4 指示劑的選擇

該試驗屬于酸堿滴定，通常采用常規用酚酞指示劑，但pH變色8.6～10之間，滴定終點呈堿性，滴定出現了較大的滴定誤差，消耗的NaOH標準滴定溶液較多，本實驗采用pH變色6.8～7.2之間變色的硝氮黃指示劑，該指示劑終點顏色由黃色變為紫藍色，顏色突變比較明顯而且易控制，所以選用硝氮黃指示劑作為最終滴定指示劑。

3.5 氟硅酸鉀滴定法測定硅方法過程注意事項

沉淀過濾時采用抽濾法，盡快過濾，防止沉淀水解，為加速抽濾速度，在沉淀濾紙下面墊一層綢布，防止濾紙抽破。

洗滌液中加乙醇，以降低氟硅酸鉀的溶解度，并加快游離酸洗去的速度，中和時加洗滌液是防止局部沉淀遇NaOH而發生水解。

3.6 實驗結果數據處理

應用該方法對國家標準樣品進行驗證試驗，計算分析結果的精密度和準確度，結果數據見表1。

4 試驗結果

由表1得知，該方法測定的數值和標準值比較接近，準確度和精密度都高，長時間驗證本方法在實際生產中可以代替重量法，最終得出該方法有以下特點：數據報出周期快，人工操作方便，在實驗室間可以推廣；測量精密度和準確度好，便于掌握；操作安全，危險系數小，使用的試劑和器具均是化驗室常用。

表1 準確度精密度試驗

經過長時間驗證可知，該方法是一種比較符合實際生產的，而且準確度和精密度都比較高、周期速度快的使用生產測定方法（氟硅酸鉀沉淀法）。經過長時間認證，該方法比較適用于硅鈣合金中硅含量的測定，可滿足實際生產要求，現在已作為硅鈣合金推廣的標準滴定方法。

[1] 曹宏燕.冶金材料分析技術與應用[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[2] 夏玉宇.化驗員實用手冊[M].2版.北京：工業出版社，2005.

Determination of Silicon Content in Silicocalcium with Potassium Fluosilicate Volumetric Method

AN Zhi-yong

(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co.,Ltd.,She County,Hebei Province056404,China)

On basis of national standard,according to the principle that silicon in different forms can be soluble in strong alkali solution and generate soluble silicate,potassium fluosilicate volumetric method was adopted to determine the content of silicon in deoxidizer.Disturbance caused by other impurities on silicon determination was ruled out by changing sample melting method,titrating concentration by standard solution and using different indicator and etc.Repeated comparison and proof showed that this method gave high accuracy and precision,fast speed and could timely provide accurate and reliable data for production plant.

deoxidizer;potassium fluosilicate;titration;inspection

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.03.019

2014-01-05

2014-01-30

安志勇（1980—），男，工程師，主要從事科技科技項目管理工作。