碳酸钠与硝酸钾混合熔剂测高碳铬铁中的硅

王利利（天津冶金集团轧三钢铁有限公司，天津301606）

碳酸钠与硝酸钾混合熔剂测高碳铬铁中的硅

王利利
（天津冶金集团轧三钢铁有限公司，天津301606）

[摘要]采用无水碳酸钠与硝酸钾混合熔剂代替过氧化钠等强碱性熔剂测定高碳铬铁中硅的含量，样品在镍坩埚中860℃熔融10min，能够完全熔解，无残余，熔块易于浸取。采用钼蓝法进行硅的测定，解决了氢氧化钠、氢氧化钾、过氧化钠等熔剂因含有空白值对低含量硅测定结果造成的不良影响。

[关键词]无水碳酸钠；高碳铬铁；混合熔剂；钼蓝法；硅

spectrophotometeric method

1　引言

高碳铬铁通常是碳含量为6.00%~10.00%，铬含量在50%以上的合金。由于高碳铬铁中的碳和氮与铬形成了非常稳定的碳化物与氮化物，所以高碳铬铁不易被硝酸、盐酸、硫酸溶解[1]。氢氟酸对高碳铬铁有较强的分解能力，但是用于测定硅，如过程控制不好，会造成硅的挥发损失。为了能使试样分解完全，同时提高测定结果的准确度，通常采用碱熔法分解高碳铬铁。常用的碱性熔剂有NaOH、KOH和Na2O2等，但市售的试剂通常含有一定的空白值，影响测定结果。无水碳酸钠的熔点为852℃，分解温度在900℃左右，对硅酸盐是很有效的熔剂，而且容易提纯，廉价，可满足一般熔样要求[3]。经试验验证，加入KNO3不但可以降低其熔点与反应的剧烈程度，还可以防止飞溅，比单独使用无水碳酸钠更有利试样的熔融，在860℃的条件下试样完全可以分解，故选用无水Na2CO3与KNO3混合熔剂[4-5]。

2　分析测定

2.1所用试剂（分析纯）

无水碳酸钠；硝酸钾；硫酸：1+1；亚硫酸钠溶液：100 g/L；钼酸铵溶液：50 g/L；草酸溶液：50 g/L；硫酸亚铁铵溶液：60 g/L，称取6g硫酸亚铁铵于烧杯中，加1 ml硫酸（1+4）润湿，加适量水溶解，用水稀释至100 ml，过滤后使用；硅标准溶液[6]，0.500 mg/ml，称取0.534 8 g二氧化硅（质量分数大于99.9%，预先在1 000℃灼烧1 h）置于铂坩埚中，加5 g无水碳酸钠，混匀，于1 000℃高温炉中熔融15~20 min，冷却后将坩埚置于塑料烧杯中，用沸水浸取融块，用水洗净坩埚，冷却至室温，移入500 ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，于塑料瓶中保存；标准样品：高碳铬铁标样GSB 2011-4（中信锦州金属股份有限公司）。

2.2分析步骤

2.2.1试料处理

称取试料0.100 0 g（随同试料做空白试验）置于已装好4 g无水碳酸钠与1 g硝酸钾的镍坩埚中，搅拌均匀，再覆盖2 g无水碳酸钠，由低温开始逐渐室温至86 0℃，熔融10 min，至试料完全熔解[7-8]。冷却于塑料烧杯中，用热水浸出熔块，洗净坩埚，用硫酸（1+1）中和溶液呈中性，并过量8 ml，滴加亚硫酸钠溶液（100 g/L）将六价铬还原成三价铬，煮沸2 min，除去过量亚硫酸，冷却至室温，移入250 ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

2.2.2显色

分取10.00 ml试液2份于100 ml容量瓶中，一份做显色溶液，一份做参比溶液。显色溶液：加20 ml水和5 ml钼酸铵（50 g/L）溶液，混匀。放置15~20 min，加10 ml草酸溶液（50 g/L）和5 ml硫酸亚铁铵溶液（60 g/L），用水稀释至刻度，混匀；参比溶液：加20 ml水和10 ml草酸溶液（50 g/L），混匀。加5 ml钼酸铵（50 g/L）溶液和5ml硫酸亚铁铵溶液（60 g/L），用水稀释至刻度，混匀。

2.2.3测量

将显色液移入1 cm比色皿中，在分光光度计上于810 nm处测量吸光度，减去空白实验的吸光度，从工作曲线查得硅的含量。

2.2.4标准曲线的绘制

称取7份与试料中含铁相近的低硅纯铁按照上述方法进行熔融分解，并制成相应的母液，依次加入0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00和12.00 ml的硅标准溶液，移入250 ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。测量吸光度，以硅的含量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。

2.2.5结果计算

按下式计算硅的含量，以质量分数表示：

式中，w（Si）为硅的质量分数，%；V为试液的总体积，ml；V1为分取试液的体积，ml；m为试样质量，g；m1为从工作曲线查得的硅的质量，mg/ml。

3　熔剂的选择

3.1不同熔剂空白值的比较

分别取天津某化学试剂厂生产的不同批次的分析纯试剂NaOH（NaOH%≥96）、KOH（KOH%≥ 92）、Na2O2（Na2O2%≥92）、Na2CO3（Na2CO3%≥99.5）与KNO3（KNO3%≥99.0）按照上述方法做空白实验，所得结果见表1、图1。

表1　不同熔剂的空白值

由表1、图1可知，NaOH、KOH、Na2O2的含硅空白值明显大于Na2CO3与KNO3，尤其Na2O2空白值最为明显，所以对于低硅高碳铬铁硅的测定选用无水Na2CO3与KNO3混合熔剂。

3.2熔融温度与时间的选择

称取0.100 0 g高碳铬铁标样GSB 2011-4（w （Si）=4.89%），选取不同熔融温度和时间，按照分析方法进行试验，所得结果见图2、表2、表3、图3。

4　结果与讨论

图1　不同熔剂的空白值

图2　不同熔融温度的影响

表2　不同熔融温度的影响

由上述实验结果可以发现，当熔融温度偏低时，样品分解不完全，造成测定结果偏低，原因是温度没有达到无水碳酸钠的熔点，复分解反应发生不完全，造成样品残余。当熔融温度过高时，熔剂对坩埚有严重的腐蚀，杂质增多，熔块不宜浸取，而且还容易喷溅，反应过程很难控制，造成测量结果偏差

表3　不同熔融时间的影响

图3　不同熔融时间的影响

较大。综和以上因素考虑，选定熔融温度为860℃，所得测定值与标准值在误差范围内，而且熔融效果比较理想（见表2、图2）。在此温度条件下，按照上述方法进行时间试验的选择，据所得结果（见表3、图3）来看，熔融时间为10~15 min比较满意。综合节省时间，减小对坩埚的腐蚀，节约能源等方面的原则，选取熔融温度为10 min。

参考文献

[1]易兵.工业分析[M].北京：化学工业出版社，2009：2.

[2]丁振东,杜浩,邓金玲.高碳铬铁中的铬的快速分析方法[J].理化检验（化学分册）, 2003（8）：51- 52.

[3]顾明通.实用冶金分析[M].沈阳:辽宁出版社，1990：68- 70.

[4] GB/T 223.5—2008，酸溶硅和全硅含量的测定还原型硅钼酸盐分光光度法[S].

[5]高华.贺晓东.钼蓝光度法测定硅铁中硅[J].冶金分析，2005（2）: 91- 92.

[6]郝玉林，刘冬霓，王素芳，等.化学试剂标准滴定溶液的制备[M].北京:中华人民共和国国家质量监督检检疫总局出版社，2002:105.

[7]张杰，田秀梅，戚淑芳，等.氟硅酸钾滴定法测高碳铬铁中的硅[J].冶金分析，2011，31（10）：70- 73.

[8]李京.碱熔—氟硅酸钾滴定法测定铁合金中硅[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

作者简介：王利利（1988—），男，主要从事钢铁冶金原材料化学分析工作。

收稿日期：2014- 11- 10修回日期：2014- 11- 28

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