重量法測定硅鈣合金中硅含量的研究

杜莎

摘要：試樣經碳酸鈉-過氧化鈉混合熔劑熔融后，使硅轉化成硅酸鹽，用鹽酸酸化，以高氯酸發煙使硅酸脫水。經過濾洗滌后，將沉淀于1050～1100℃灼燒至恒量，由氫氟酸處理前后的質量差，計算硅的百分含量。用ICP測濾液中殘余硅含量，兩部分合并得到硅鈣合金中硅總量。此分析方法能夠滿足常規分析要求。

關鍵詞：硅鈣合金 硅 重量法 高氯酸 ICP-OES

1 前言

硅鈣合金在冶金、鑄造等行業中應用廣泛，它是煉鋼的優質復合脫氧劑，具有脫氧、脫硫、脫磷等重要作用，被廣泛應用于優質鋼、低碳鋼、不銹鋼等鋼種和鎳基合金、鈦基合金等特殊合金的生產當中。硅鈣合金主要是由硅、鈣和鐵組成的復合合金，因大量含有硅成分，硅含量可達50%-60%，因此性質較為活潑。所以準確測定硅鈣合金中硅的含量尤為重要，對于后續煉鋼投料以及產品質量影響較大。本文主要研究了高氯酸脫水重量法來測定硅鈣合金中的硅。

2 實驗用試劑

實驗中所用酸應為分析純，試劑均為分析純，水為二次水。

2.1 實驗用酸分別為：氫氟酸，ρ=1.15g/mL; 高氯酸，ρ=1.768g/mL;硫酸，1+1;鹽酸，ρ=1.19g/mL;

2.2碳酸鈉-過氧化鈉熔劑：1：2;

2.3 硅標準溶液，500μg/mL[1]。

3 實驗步驟

3.1準確稱取0.2000g（記為m）試料置于預先盛有8g碳酸鈉-過氧化鈉混合熔劑的鎳坩堝中，攪拌均勻，再覆蓋2g混合熔劑，將坩堝置于酒精噴燈上熔融，待樣品出現焦黃色時，停下稍冷（防止樣品局部高溫崩濺），再繼續加熱，直至完全熔清，繼續熔融2min，冷卻。

3.2 坩堝外壁用水沖洗后，置于250ml聚四氟乙烯燒杯中，加100ml熱水，蓋上表皿，待反應停止后，加熱水沖洗凈坩堝及蓋并取出。將浸出液緩慢移入盛有35ml鹽酸的500ml玻璃燒杯中，用水洗凈聚四氟乙烯燒杯及表皿，洗液并入玻璃燒杯中，攪拌至溶液澄清。

3.3將試液蒸發至約100mL時，加入80ml高氯酸，蓋上表皿，留有縫隙，置于電熱板上加熱至冒高氯酸白煙，直至殘留物呈粘稠狀，取下，冷卻。沿杯壁加入20ml鹽酸（1+1），用少許熱水沖洗表皿及杯壁，加入100ml熱水（80℃以上），攪拌使鹽類溶解。

3.4趁熱用中速定量濾紙過濾于500ml錐形瓶中，將沉淀移入濾紙上，用擦棒仔細擦洗玻璃棒及杯壁，用熱鹽酸（5+95）洗凈燒杯及玻璃棒，洗滌沉淀至無鐵離子，用硫氰酸銨溶液（50g/L）檢查，然后用熱水洗至無氯離子，用硝酸銀溶液（20g/L）檢查。保留濾紙及沉淀。

3.5 將沉淀連同濾紙，置于鉑坩堝中，置于電熱板上烘至近干。在500～600℃處小心加熱使濾紙碳化，逐漸升溫至碳完全氧化，加蓋，將其置于1050～1100℃高溫爐中灼燒30min，取出，置于干燥器中，冷卻至室溫稱量，反復灼燒至恒量m1。

3.6 將不純的二氧化硅用數滴水潤濕，加入4滴硫酸（1+1），5mL氫氟酸，置于電熱板上，蒸發至冒硫酸煙。將坩堝置于1050～1100℃高溫爐中灼燒30min，取出，置于干燥器中，冷卻至室溫稱量，反復灼燒至恒量m2。[2]

3.7 濾液中硅含量的測定

將3.4中濾液轉移至500mL容量瓶中，定容。用500μg/mL的硅標準溶液配制含硅量為0.10%-1.00%的硅標準系列溶液（例如稱取0.020g高純鐵粉和0.125g碳酸鈣 6份，用20mL 1+1鹽酸溶解，移入500mL容量瓶中，依次加入硅標準溶液0mL，0.4 mL，1mL，1.4mL，2mL，3mL，4mL，用水稀釋至刻度，混勻，此標準系列溶液相當于0.00%，0.10%，0.25%，0.35%，0.50%，0.75%，1.00%的樣品），在ICP上建立工作曲線，測濾液中硅的含量WICP%，結果保留兩位小數。質量濃度點應不少于5個，工作曲線的線性通過計算相關系數來檢驗，相關系數應大于0.999 。選擇分析線時，必須仔細檢查干擾情況，并帶相應質控樣品進行校準。[3]推薦硅分析譜線為251.611nm。

3.8 Si的百分含量按下式計算：

Wsi%=（m2-m1）*0.4674*100%/m +WICP%

4.

4.1 結果準確性討論

4.1.1重復性的計算

采用上述方法對硅鈣合金標樣（GBW01431a，硅含量56.02%）進行分析，結果見表2。

4.1.2回收率的計算

采用上述方法對硅鈣合金標樣進行加標回收率實驗分析，結果見表3。

從上表可見，硅鈣合金中硅的回收率為99.82%-100.20%，滿足結果要求。

4.2 結果影響因素

在樣品熔融過程中，開始需要低溫加熱，使熔劑緩慢變焦黃色，然后局部呈黑色時，注意要勻速轉動坩堝，使坩堝底部受熱均勻，讓熔劑由固態緩慢變為液態，直至熔清。如果在熔劑還為固體狀態時就高溫加熱，會造成溶劑崩濺，樣品損失，結果偏低。

4.3 結論

本方法對硅鈣合金樣品處理方法進行研究，采用混合熔劑直接熔融，用高氯酸發煙的方法，測定了沉淀中硅含量;同時對濾液中的硅采用標準溶液繪制曲線，電感耦合等離子體發射光譜直接測定后計算，硅總含量為沉淀中硅和濾液中硅總和。經試驗證明本方法準確性好、具有良好的回收率，滿足常規分析需要。

參考文獻

[1]GB/T20125-2006 低合金鋼-多元素含量的測定-電感耦合等離子體原子發射光譜法[S].

[2]張鳳萍 一種硅鈣合金中硅鈣元素含量的測定，2011.10.12.

[3]趙容超，唐本玲.電感耦合等離子體光譜法測定鎳基高溫合金中的硅、錳、鉻[J]。化學分析計量，2011，20（4）：54-56.