硅铝铁合金中铝和铁的联合快速分析

陆 松

(四川工业环境监测研究院冶金质检所,四川成都 610046)

硅铝铁合金中铝和铁的联合快速分析

陆 松

(四川工业环境监测研究院冶金质检所,四川成都 610046)

用硝酸和氢氟酸溶解试样,加高氯酸冒烟除去硅和氟。用氢氧化钠调节溶液p H值至12以上,过滤,分离铜、铁和钛等。取滤液以铅标液滴定,氟盐置换EDTA络合法分析铝;取滤纸和沉淀,高温硫磷混酸环境下加硝酸分解滤纸,氯化亚锡还原重铬酸钾法分析铁。按此方法对两种硅铁铝标样中的铝和铁进行了6次分析,测得结果与标准值一致。其中铝的相对标准偏差为0.19%和0.14%,铁的相对标准偏差为0.19%和0.18%。该方法准确度高,重现性良好,能满足日常生产的分析要求。

硅铝铁合金;EDTA络合法;铝;重铬酸钾氧化还原法;铁

1 引言

作为一种高效的复合型脱氧剂,硅铝铁合金被广泛地应用于钢铁冶炼生产过程。铝的收得率相对于金属铝高出10%左右,且能更好地稳定钢中酸溶铝含量[1]。然而,对硅铝铁合金中的主元素铝和铁联合分析的报告较少,亦无国家标准可循。传统的方法主要是对元素进行单独分析,操作较为繁琐费时。参考相关文献[2-3],探索了一种硅铝铁合金中铝和铁连续分析的途径。降低了分析成本,缩短了分析时间,能更好地满足日常生产需要。

2 实验部分

2.1 药品试剂

硝酸：65.0%～68.0%;

氢氟酸：≥40%;

盐酸：36.0%～38.0%;

硫酸：95.0%～98.0%;

磷酸：≥85.0%;

1+1盐酸：取盐酸与水等体积混合;

10%氢氧化钠溶液：称取10 g氢氧化钠溶于100 ml水中;

2.0 %EDTA：称取2.0 g EDTA二钠溶于100 ml水中;

硝酸铅滴定液：准确称取优级纯硝酸铅13.2484 g溶于200 ml水中,定容于2000 ml容量瓶,摇匀,放置过夜,此溶液硝酸铅含量为0.020 00 mol/L;

50%乙酸铵：称取100 g乙酸铵置于500 ml烧杯,加水至150 ml,加热至样品溶解,冷却至室温,定容于200 ml容量瓶;

乙酸-乙酸钠缓冲溶液：称取200 g乙酸钠,溶于水后加入9 ml冰乙酸,稀释至1000 ml;

0.25 %二甲酚橙：称取0.25 g二甲酚橙溶于100 ml水中;

0.2 %二苯胺磺酸钠：称0.2 g二苯胺磺酸钠溶于100 ml水中;

10%氯化亚锡：称取10 g氯化亚锡溶解于10 ml热盐酸后加水至100 ml;

40 g/L高锰酸钾溶液：称取4 g高锰酸钾溶于100 ml水中;

氯化汞饱和溶液：于100 ml水中加入氯化汞至过量,充分搅拌后静置过夜;

重铬酸钾滴定液：准确称取优级纯重铬酸钾2.941 9 g,溶于200 ml事先已煮沸30 min且冷却至室温的水中,并以此水定容至2000 ml,摇匀,静置过夜,此溶液中重铬酸钾含量为0.005 000 mol/L;

1%氢氧化钠溶液：取10%氢氧化钠溶液稀释10倍。

2.2 样品处理

精确称样0.20 g左右于400 ml聚四氟乙烯烧杯,随同做空白实验。加入10 ml硝酸,摇匀,加入10 ml氢氟酸,于电炉低温加热至样品完全溶解。加入15 ml高氯酸,低温冒烟15 min后煮至尽干,取下稍冷。加入10 ml1+1盐酸和100 ml水,低温加热至盐类溶解。滴加10%氢氧化钠溶液至稳定氢氧化铁沉淀出现并过量10 ml,小火微沸5 min,中速滤纸过滤至200 ml容量瓶,用1%氢氧化钠溶液冲洗烧杯和沉淀各5次。待溶液冷却后定容,同时保留沉淀。

2.3 铝分析

分取2.2中所得溶液40 ml于300 ml三角瓶,滴加盐酸至稳定氢氧化铝沉淀析出,继续滴加1+1盐酸至沉淀刚好溶解并过量3～4滴。加入15 mlEDTA(视铝含量而定,一般过量5～6 ml),加入3 ml乙酸铵,煮沸3 min,控制溶液体积在50 ml以内。取下,加入10 ml乙酸-乙酸钠缓冲溶液,7～8滴二甲酚橙指示剂,以硝酸铅滴定液滴至红色,不记读数。加入1 g氟化钾,煮沸2 min。再补加3滴指示剂,继续滴至溶液由黄色变红色为终点。

铝含量的计算公式为：

式中：C(Pb)—硝酸铅滴定液的浓度,mol/L;

V(Pb)—第二次滴定时消耗硝酸铅滴定液的体积,ml;

V1—空白消耗硝酸铅滴定液的体积,ml;

M—称取的样品质量,g。

2.4 铁分析

取2.2中沉淀连同滤纸置于500 ml三角瓶,用少量1+1盐酸淌洗烧杯,并入三角瓶。加入10 ml盐酸、10 ml硝酸,加热至滤纸溶解。稍冷,加入8 ml磷酸、8 ml硫酸。加热至冒硫酸烟,迅速加入1滴管硝酸进行强氧化。重复3～4次至溶液澄清透明,待硝酸烟冒尽,取下稍冷。加入30 ml1+1盐酸,趁热滴加氯化亚锡至无色。取下,滴加高锰酸钾至黄色后煮沸。边加热边滴加氯化亚锡至溶液刚好由黄色变无色,过量2～3滴,流水冷却至室温。加入5 ml饱和氯化汞,充分震荡至出现白色丝状沉淀,静置3 min。加入5滴二苯胺磺酸钠指示剂,以重铬酸钾滴定液滴至紫色。

铁含量计算公式：

V2—空白消耗重铬酸钾滴定液的体积,ml;

M—称取的样品的质量,g。

3 结果与讨论

(1)硅铝铁合金中硅含量较高,一般无机酸难以彻底溶解。而碱熔法操作较为繁琐,熔样条件苛刻。实验用硝酸氢氟酸溶样,后加高氯酸冒烟。样品溶解彻底且操作简便,同时可以去除硅和氟,避免其产生胶状物吸附被测离子对实验结果造成影响。同时,应先加入氧化性的硝酸,再缓慢加入氢氟酸。以避免产生的覆盖单质硅而难以继续溶解。

(2)沉淀铁时,氢氧化钠溶液的滴加不宜过快。氢氧化铁溶度积比氢氧化铝的小。当有沉淀析出时,应缓慢滴加并不断搅拌。使前者先于后者析出,降低两种离子共同沉淀相互包裹,进而对后续氢氧化铝溶解造成影响。同时最终的碱浓度不宜过高,否则氢氧化铁会部分形成胶状物,以胶体形式进入溶液而降低分离效果,同时会堵塞滤纸使过滤困难。

(3)EDTA与金属离子络合时,由于其酸效应的存在,p H值过低会降低其络合能力,过高则铝离子沉淀析出。因此p H值的调节会直接影响实验的结果。实验中直接用1+1盐酸调节至氢氧化铝沉淀刚好溶解并过量3～4滴。相比于使用指示剂或者干果红试纸操作更简捷,引入误差因子更少。

(4)第二次用氯化亚锡还原时一定要稍微过量,即样品刚好变无色时一定要过量3～4滴以保证三价铁被完全还原。氯化汞可以氧化过量的氯化亚锡而其本身被还原为白色丝状的氯化亚汞。如若氯化亚锡过量太多,便会与氯化亚汞进一步反应产生黑色汞单质,结果偏高。因此观察氯化汞的颜色可以对实验的进程进行一定的把控。

(5)在用氯化亚锡还原三价铁的过程中,应保持一定的盐酸浓度。否则Fe3+易与磷酸络合生成无色[Fe(HPO4)2]-配离子而使铁还原不完全,结果偏低。

(6)实验对两种硅铁铝标样中的铝和铁分别进行了6次分析,结果见表1、表2。

表1 铝含量分析结果(%)

结果显示,该方法准确度高,重现性良好,能满足日常生产的分析要求。

表2 铁含量分析结果(%)

[1] 宋启年,陶再南,等.硅铝铁合金终脱氧的应用和研究[J].四川冶金,1992(4).

[2] 全国钢标准化技术委员会.锌―5%铝―混合稀土合金镀层钢丝、钢绞线：附录A钢丝镀层中铝含量的测定方法：GB/T20492-2006[S].北京：中国标准出版社, 2006：9.

[3] 程晶玮,殷新求,柴良梅.黑色金属化学分析方法选编[M].湖南冶金,1988.

The Method for Rapid Determination of the Aluminum and Iron Content in Ferro-silico-aluminium Alloy

LU Song
(Metallurgical Quality Inspection Institute,Industrial Environment Monitoring Institute of Sichuan,Chengdu 610046,Sichuan,China)

In this pepper,a new way to analyze the aluminum and iron content in ferro-silico-aluminium alloy has been studied.The sample totally dissolved by nitric acid and hydrofluoric acid,the fluorine and the silicon in the solution have been absolutely volatilized by the smoking perchloric acid.Then a superfluous sodium hydroxide is added to make a high p H environment,during which the iron and the aluminum are separated as iron hydroxide and partial aluminum.Based on that isolate,the filtrate is used to analyze the aluminum by EDTA with fluoride salt replacing the Al3+.The filter paper oxidized by nitric acid at a high temperature in a mixture of sulfuric acid and phosphoric acid,the iron is analyzed by potassium dichromate with stannous chloride being the reductant.By this method,two kinds of standard samples have been analyzed for 6 times,showing that the results are consistent with the standard values.The relative standard deviations of the aluminum are 0.19%and 0.14%,that of the iron are 0.19%and 0.18%.The result shows this method is quickly,reliable and accurate.

ferro-silico-aluminium alloy,aluminum,EDTA method,potassium dichromate method,iron

TF03

A

1001-5108(2017)04-0061-03

陆松,助理工程师,主要从事冶金产品的化学成分分析工作。