碳酸鈉與硝酸鉀混合熔劑測高碳鉻鐵中的硅

王利利（天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

碳酸鈉與硝酸鉀混合熔劑測高碳鉻鐵中的硅

王利利
（天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

[摘要]采用無水碳酸鈉與硝酸鉀混合熔劑代替過氧化鈉等強堿性熔劑測定高碳鉻鐵中硅的含量，樣品在鎳坩堝中860℃熔融10min，能夠完全熔解，無殘余，熔塊易于浸取。采用鉬藍法進行硅的測定，解決了氫氧化鈉、氫氧化鉀、過氧化鈉等熔劑因含有空白值對低含量硅測定結果造成的不良影響。

[關鍵詞]無水碳酸鈉；高碳鉻鐵；混合熔劑；鉬藍法；硅

spectrophotometeric method

1　引言

高碳鉻鐵通常是碳含量為6.00%~10.00%，鉻含量在50%以上的合金。由于高碳鉻鐵中的碳和氮與鉻形成了非常穩定的碳化物與氮化物，所以高碳鉻鐵不易被硝酸、鹽酸、硫酸溶解[1]。氫氟酸對高碳鉻鐵有較強的分解能力，但是用于測定硅，如過程控制不好，會造成硅的揮發損失。為了能使試樣分解完全，同時提高測定結果的準確度，通常采用堿熔法分解高碳鉻鐵。常用的堿性熔劑有NaOH、KOH和Na2O2等，但市售的試劑通常含有一定的空白值，影響測定結果。無水碳酸鈉的熔點為852℃，分解溫度在900℃左右，對硅酸鹽是很有效的熔劑，而且容易提純，廉價，可滿足一般熔樣要求[3]。經試驗驗證，加入KNO3不但可以降低其熔點與反應的劇烈程度，還可以防止飛濺，比單獨使用無水碳酸鈉更有利試樣的熔融，在860℃的條件下試樣完全可以分解，故選用無水Na2CO3與KNO3混合熔劑[4-5]。

2　分析測定

2.1所用試劑（分析純）

無水碳酸鈉；硝酸鉀；硫酸：1+1；亞硫酸鈉溶液：100 g/L；鉬酸銨溶液：50 g/L；草酸溶液：50 g/L；硫酸亞鐵銨溶液：60 g/L，稱取6g硫酸亞鐵銨于燒杯中，加1 ml硫酸（1+4）潤濕，加適量水溶解，用水稀釋至100 ml，過濾后使用；硅標準溶液[6]，0.500 mg/ml，稱取0.534 8 g二氧化硅（質量分數大于99.9%，預先在1 000℃灼燒1 h）置于鉑坩堝中，加5 g無水碳酸鈉，混勻，于1 000℃高溫爐中熔融15~20 min，冷卻后將坩堝置于塑料燒杯中，用沸水浸取融塊，用水洗凈坩堝，冷卻至室溫，移入500 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，于塑料瓶中保存；標準樣品：高碳鉻鐵標樣GSB 2011-4（中信錦州金屬股份有限公司）。

2.2分析步驟

2.2.1試料處理

稱取試料0.100 0 g（隨同試料做空白試驗）置于已裝好4 g無水碳酸鈉與1 g硝酸鉀的鎳坩堝中，攪拌均勻，再覆蓋2 g無水碳酸鈉，由低溫開始逐漸室溫至86 0℃，熔融10 min，至試料完全熔解[7-8]。冷卻于塑料燒杯中，用熱水浸出熔塊，洗凈坩堝，用硫酸（1+1）中和溶液呈中性，并過量8 ml，滴加亞硫酸鈉溶液（100 g/L）將六價鉻還原成三價鉻，煮沸2 min，除去過量亞硫酸，冷卻至室溫，移入250 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

2.2.2顯色

分取10.00 ml試液2份于100 ml容量瓶中，一份做顯色溶液，一份做參比溶液。顯色溶液：加20 ml水和5 ml鉬酸銨（50 g/L）溶液，混勻。放置15~20 min，加10 ml草酸溶液（50 g/L）和5 ml硫酸亞鐵銨溶液（60 g/L），用水稀釋至刻度，混勻；參比溶液：加20 ml水和10 ml草酸溶液（50 g/L），混勻。加5 ml鉬酸銨（50 g/L）溶液和5ml硫酸亞鐵銨溶液（60 g/L），用水稀釋至刻度，混勻。

2.2.3測量

將顯色液移入1 cm比色皿中，在分光光度計上于810 nm處測量吸光度，減去空白實驗的吸光度，從工作曲線查得硅的含量。

2.2.4標準曲線的繪制

稱取7份與試料中含鐵相近的低硅純鐵按照上述方法進行熔融分解，并制成相應的母液，依次加入0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00和12.00 ml的硅標準溶液，移入250 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。測量吸光度，以硅的含量為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制工作曲線。

2.2.5結果計算

按下式計算硅的含量，以質量分數表示：

式中，w（Si）為硅的質量分數，%；V為試液的總體積，ml；V1為分取試液的體積，ml；m為試樣質量，g；m1為從工作曲線查得的硅的質量，mg/ml。

3　熔劑的選擇

3.1不同熔劑空白值的比較

分別取天津某化學試劑廠生產的不同批次的分析純試劑NaOH（NaOH%≥96）、KOH（KOH%≥ 92）、Na2O2（Na2O2%≥92）、Na2CO3（Na2CO3%≥99.5）與KNO3（KNO3%≥99.0）按照上述方法做空白實驗，所得結果見表1、圖1。

表1　不同熔劑的空白值

由表1、圖1可知，NaOH、KOH、Na2O2的含硅空白值明顯大于Na2CO3與KNO3，尤其Na2O2空白值最為明顯，所以對于低硅高碳鉻鐵硅的測定選用無水Na2CO3與KNO3混合熔劑。

3.2熔融溫度與時間的選擇

稱取0.100 0 g高碳鉻鐵標樣GSB 2011-4（w （Si）=4.89%），選取不同熔融溫度和時間，按照分析方法進行試驗，所得結果見圖2、表2、表3、圖3。

4　結果與討論

圖1　不同熔劑的空白值

圖2　不同熔融溫度的影響

表2　不同熔融溫度的影響

由上述實驗結果可以發現，當熔融溫度偏低時，樣品分解不完全，造成測定結果偏低，原因是溫度沒有達到無水碳酸鈉的熔點，復分解反應發生不完全，造成樣品殘余。當熔融溫度過高時，熔劑對坩堝有嚴重的腐蝕，雜質增多，熔塊不宜浸取，而且還容易噴濺，反應過程很難控制，造成測量結果偏差

表3　不同熔融時間的影響

圖3　不同熔融時間的影響

較大。綜和以上因素考慮，選定熔融溫度為860℃，所得測定值與標準值在誤差范圍內，而且熔融效果比較理想（見表2、圖2）。在此溫度條件下，按照上述方法進行時間試驗的選擇，據所得結果（見表3、圖3）來看，熔融時間為10~15 min比較滿意。綜合節省時間，減小對坩堝的腐蝕，節約能源等方面的原則，選取熔融溫度為10 min。

參考文獻

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[2]丁振東,杜浩,鄧金玲.高碳鉻鐵中的鉻的快速分析方法[J].理化檢驗（化學分冊）, 2003（8）：51- 52.

[3]顧明通.實用冶金分析[M].沈陽:遼寧出版社，1990：68- 70.

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[5]高華.賀曉東.鉬藍光度法測定硅鐵中硅[J].冶金分析，2005（2）: 91- 92.

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[7]張杰，田秀梅，戚淑芳，等.氟硅酸鉀滴定法測高碳鉻鐵中的硅[J].冶金分析，2011，31（10）：70- 73.

[8]李京.堿熔—氟硅酸鉀滴定法測定鐵合金中硅[J].冶金分析，2004（3）：72- 74.

Measurement of Silicon in High Carbon Ferrochrome with Sodium Carbonate and Potassium Nitrate Mixed Flux

WANG Li-li (Tianjin Metallurgy Group Zhasan Steel Company Limited, Jinghai County, Tianjin 301606, China)

AbstractWater free sodium carbonate and potassium nitrate mixed flux was adopted to substitute strong

alkaline flux such as sodium peroxide for measuring the silicon content of high carbon ferrochrome. The

sample was heated to 860℃in nickel crucible for 10 minutes so that it could melt down completely without

any residue, and easily picked up. The silicomolybdate blue spectrophotometeric method was taken to

measure silicon content which eliminated the bad effect on the measurement result caused by blank value in

fluxes such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and sodium peroxide.

Key wordswater free sodium carbonate; high carbon ferrochrome; mixed flux; silicomolybdate blue

作者簡介：王利利（1988—），男，主要從事鋼鐵冶金原材料化學分析工作。

收稿日期：2014- 11- 10修回日期：2014- 11- 28

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.02.016