锰铁成分中锰和硅的化学分析

纪建华

(汉中职业技术学院，陕西汉中723000)

锰铁成分中锰和硅的化学分析

纪建华

(汉中职业技术学院，陕西汉中723000)

主要对锰铁中的锰以及硅的含量的化学检测方法进行研究，分别采用硫酸亚铁铵滴定法以及硅钼蓝光度法对锰铁中锰的含量和锰铁中硅的含量进行了检测。文章简要概述了这两种方法的主要方法以及相关的试验步骤，以期为提升锰铁的化学成分检测水平提供理论依据。

锰铁;硫酸亚铁;化学分析

锰铁是钢铁冶炼中非常重要的一种脱氧原料，其中所包含的元素的含量会影响到最终成钢以后的钢材质量。随着对于钢铁冶炼要求的逐渐提高，不仅对于钢铁的种类与品质的要求更高，同时也对钢铁冶炼过程的控制提出了更高的要求，这就必须要对锰铁中的各种元素含量进行快速准确的分析，以便在后续的钢铁冶炼中控制钢铁中的各元素成分。通常可以采用ICAP法、硅钼蓝光度法、对锰铁中的磷、铁、硅元素进行快速准确的测定，可以采用硫酸亚铁铵滴定法对锰铁中的锰进行测定，对于锰铁中的硫的测定一般采用X-射线荧光光谱法与红外线吸收法进行测定。本文主要对锰铁中的锰、硅的元素含量测定进行研究分析［1］，作如下阐述。

1 锰铁当中锰(Mn)的含量化学分析方法

一般来说，市场中常见的锰铁产品的锰含量一般在30%～60%，而许多试验所需要的锰铁中锰的含量要求较高，质量较好的锰铁的锰含量应当在65%以上［2］。因此在进行锰产品选择的时候应当对所需的锰铁当中的锰含量有所了解，同时也应当明确锰铁当中的硅的含量、磷的含量等，从而为后续的使用做好充足的准备。而对锰铁进行化学成分测定的分析方法有很多，本文主要采用较为常用的硫酸亚铁铵滴定法以及ICP分析法分别对锰铁当中的锰与硅的含量进行测定。

1．1主要试剂的制备与选择

硫酸的制备:采用(5+59)，N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂，主要采用用量为每升0．2 g的N-苯代邻氨基酸溶液，再加入0．2 g的碳酸钠进行加热溶解，稀释至100 mL水中进行待用［3］。

硫酸亚铁铵滴定液的制备:每升为0．04 mol，采用15．68 g的硫酸亚铁铵用(5+59)的硫酸进行溶解，稀释至1 000 mL摇匀待用。

重铬酸钾溶液的制备:每升为0．04 mol，在试剂制备之前先取1．96 g的基准重铬酸钾进行制备前准备，在150℃的左右的温度下进行一小时的热烘干，再将其置于干燥器中进行冷却，直到其温度下降到标准室温，将其用水进行溶解稀释至1 000 mL待用。

硫酸亚铁铵标准滴定液的标定:将3份重铬酸钾溶液分别放入到250 mL的烧杯中，分别加入磷酸与(1+4)的硫酸，其中磷酸加入5 mL，硫酸加入40 mL，在使用硫酸亚铁铵进行滴定直到橙色消失。再使用滴管滴入2滴N-苯代邻氨基苯甲酸指示液进行滴定，直到溶液变为亮绿色。3份溶液所消耗的滴定液的量差应当控制在0．05 mL以内，取平均值。然后按照以下公式进行锰的质量浓度ρ的计算。

式中C——溶液重铬酸钾溶液的浓度，mol/L;

25．0——移取的重铬酸钾标准溶液的体积，mL;

54．94——锰的摩尔质量，g/mol;

V1——在滴定过程当中所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL;

V2——滴定空白时所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL。

1．2试样的预加工和干燥

第一是对试样的加工环节，本文的试验主要采用GB/T2011对于试验的相关规定进行试验样品的制备，试验样品的直径应当小于0．08 mm。第二是对试验样品的预干燥过程，本次试验对样品的干燥是在100～105℃的温度下置于称量瓶当中进行干燥，干燥时间为2 h，在确定试样干燥以后将其放置到干燥器中保存。

1．3试验分析

称取0．2 g的试验样品放置到250 mL的烧杯中使用少量水进行湿润，摇匀，再加入10 mL的盐酸溶液，使用滴管滴入10滴氢氟溶液进行低温加热，直到试样完全溶解，再在溶液当中加入20 mL的磷酸溶液，进行加热并用滴管滴入硝酸溶液进行氧化反应，直到冒烟，停止加热，让溶液稍微进行冷却，加入2 g的硝酸铵，摇匀，此时会产生黄色的氧化氮气体，使用吹耳球将黄烟吹散，加入(5+59)的硫酸60 mL，摇匀，计入尿素，摇匀，将溶液放置在常温的环境下进行冷却直到与室温相同。使用硫酸亚铁铵溶液进行滴定直到溶液变为浅红色，再进行N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂的滴定，直到溶液变为明黄色为止。

此时按照以下公式进行锰铁中锰(Mn)的含量计算:

式中V3——在滴定过程当中所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL;

V4——滴定空白时所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL;

M——称样量，g;

A——试样中水的质量分数，w/%。

1．4试验要点分析

1．4．1冒烟时间的控制

试验证明，硫酸冒烟时间会对锰的含量分析造成较大的影响，因此需要对冒烟时间进行控制。通过研究显示，磷酸是一种效果较好的稳定剂，能够为锰铁氧化反应提供较为良好的反应温度环境，在加热到磷酸烟刚刚出现，并且液体表面稳定时氧化效果最好。

1．4．2氧化剂的选择

试验需要将锰铁中的锰氧化到三价，一般常用的氧化剂有3种，分别为硝酸、高氯酸、以及碘酸盐。采用硝酸只能氧化少量的锰;采用高氯酸需要注意的是要对其温度进行严格控制，加热温度不能太高，同时在加热时要注意冒烟时间，如果时间过长有可能会对测定结果造成影响;采用碘酸盐会造成溶液发生胶结，影响到测定的顺利进行。本实验最终选用硝酸铵作为氧化剂［4］。

1．4．3氧化剂的用量控制

通过对硝酸铵与锰的氧化比率进行试验分析，结果显示，在本试验中采用2～3 g的硝酸铵就可以实现对锰的氧化。

1．4．4氧化温度的控制

在本次课题研究试验中按照试验步骤进行操作，在溶液中加入磷酸后放入温度计，需要注意在放入温度计进行温度测量的过程中温度计不要直接接触瓶底，避免影响到测量准确度。当溶液的温度加热到限定温度时停止加热，在溶液中加入2～3 g硝酸铵，然后继续进行后续的试验。通过研究表明，在溶液温度达到200～500℃的时候对锰的氧化效果最好，高于或者低于该水平时均会导致试验结果出现偏差。

1．4．5干扰因素的控制

由于锰铁中含有的钒、铈等元素在氧化反应中会被过氯酸、硝酸铵等氧化剂与锰一起被氧化，所以应当作为试验干扰因素进行考虑与扣除。可以按照相关洗漱进行干扰消除，一般认定1%的钒等比于1．08%的锰，1%的铈等比于0．39%的锰。

2 锰铁当中硅成分的化学分析方法

对于锰铁中硅的化学分析法的国家标准法GB/T4333．1～4333．8－84当中所采用的分析方法相对较为复杂，且试验时间较长，因此本文主要使用硅钼蓝光度法进行分析研究，该方法对于锰铁中硅的含量的检测方法较为简便，且准确率较高，目前在实际应用当中获得了较为广泛的应用和普及。

2．1试验仪器与试剂

仪器:主要采用的是TU-1901分光光度计、光电分析天平

试剂:主要用到的试剂包括有无水碳酸钠、100 g/L的硫酸铝、200 g/L的氟化钾、60 g/L的硫酸亚铁铵、草酸、过氧化氢、5 mg/mL的基体溶液等。

2．2溶液制备

主要进行硅储备溶液的制备，先称取1．069 g的高纯度二氧化硅进行高温灼烧处理，温度控制在1 100℃持续1 h，灼烧1 h以后进行冷却直至室温。将灼烧后的二氧化硅放到坩埚中加入10 g无水碳酸钠搅拌均匀，再在1 100℃的环境下进行0．5 h的熔融处理，取出放置在聚乙烯烧杯中用清水取溶融物。将浸取液倒入容量瓶进行稀释，然后转移到聚四氟乙烯瓶中盖紧保存，获得0．5 mg/mL的溶液。

其次是对硅标准溶液的制备，将20 mL的硅储备溶液倒入容量瓶中，用清水进行稀释摇匀，然后倒入聚四氟乙烯瓶当中，获得10．0 μg/mL的溶液。

2．3试样的制备

取0．1 g的试样放到250 mL的聚乙烯烧杯当中，取(1+3)硝酸共10 mL倒入烧杯中，表面加盖，然后对其进行加热，进行溶解，并且无黄烟散出时停止加热。在其中进行大约0．7 mL过氧化氢的滴加，待其反应1 min以后取出进行冷却，1 min以后去掉盖子，继续进行溶解，用清水冲洗杯壁，加入1 mL的20%的氟化钾，再加入10 mL的10%的硫酸铝，冷却定容于100 mL。

2．4工作曲线

取0．05 g锰铁和0．05 g纯铁，将其放到250 mL的聚乙烯烧杯当中，以试样制备的方法溶解然后定容于100 mL，充分摇匀。在50 mL的容量瓶中加入5份溶液，每1份均为5 mL，然后加入硅标准液，再分别进行吸光度检测，再根据检测结果绘制出实验工作曲线。

2．5实验分析

试样准备:取两份试样，每份5 mL，将其放置在50 mL的容量瓶中，各自再加入1 mL的铁基体溶液。

显色液制备:加入5 mL的4%钼酸铵溶液，充分摇匀以后将其放置到100℃的沸水当中静置1 min，取出，在其中加入10 mL 5%的草酸，再加入5 mL的5%硫酸亚铁铵溶液，加入清水稀释摇匀。

参比液制备:加入10 mL 5%草酸，再加入5 mL 4%钼酸铵溶液，再加入5 ml 5%硫酸亚铁铵溶液，加入清水稀释摇匀。

吸光度的测量:主要选择在波长680 nm，1 cm的比色皿中对显色液的吸光度进行测量，用试样的显色液的吸光度将随同试料的空白的吸光度减去，算出吸光度，然后将其与校准曲线进行比较，在上边查出该吸光度所对应的硅含量值。

2．6试验要点分析

1)基体的影响

硅钼蓝光度法主要是采用的是对钢铁中硅的含量的测定原理，通过测定吸光度来对含量进行检测。本次试验研究表明，如果铁含量超过60%，生成的硅钼蓝的颜色会相对稳定，且颜色显示完全。因此试验中增加铁量，使其与钢铁样品趋于平衡，从而保证硅钼蓝的显色与稳定性。而在对工作曲线进行制定时，加入等量的纯铁或者锰，用以消除基体所带来的影响。

2)显色温度与时间的控制

试验研究显示，在试验温度环境的不同会使硅钼酸的形成时间发生变化，硅钼酸成型的时间以及稳定下来的时间与硅钼酸溶液的温度变化呈反比，温度越低，硅钼酸成型与稳定所需要的时间越长，如果温度低至一定程度，硅钼酸的时间会比常温反应下所需的时间长将近1倍。

3)共存离子的干扰分析

锰铁中所包含的磷会在测定时发生反应，从而影响到测定结果的准确性。一般情况下，Ⅰ、Ⅱ级锰铁中所包含的磷应当低于0．4%，本次试验中所采用的锰铁试样中的磷含量约为0．21%。为了降低磷对于测定结果的干扰，采用草酸来分解溶液中存在的磷钼络离子。

4)精密度判定

取国家标准物质采用硅钼蓝光度法进行试验操作，然后与本研究试验中的数据进行对比，验证试验的准确性与精密度，通过试验，本课题研究的方法具有较好的精密度，值得在金属含量测定中广泛应用。

3 结语

本文通过对硫酸亚铁铵滴定法测定锰铁中锰的含量，以及对硅钼蓝光度法测定锰铁中硅的含量分别进行了研究，基本解决了对于锰铁中锰、硅元素的快速测定要求。其中，采用硫酸亚铁铵滴定法进行测定时需要对冒烟时间进行关注，如果对其掌握不够准确容易导致测定结果发生异常甚至测定失败的现象发生;采用硅钼蓝光度法是目前测定锰铁中硅元素含量较为理想的一种测定方法，能够较为准确、快速地得出测定结果，相较于以往采用的重量法、氟硅酸钾容量法等，不仅适应性更强，检测准确度也更高;如果要同时对两种元素的含量进行测定可以采用X-射线荧光光谱法，这种方法不仅能够同时测定锰、硅元素的含量，还可以同时检测出合金中十多种原色，是目前金属元素测定中较为实用的办法。

［1］杨芬，卢业友．氢醌滴定法测定锰铁中锰［J］．冶金分析，2012(2):73－75．

［2］金献忠，应海松，林力．电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锰铁中锰含量［J］．理化检验(化学分册)，2014(2):180－183．

［3］吴迎红，曾波，段清国，等．锰烧结矿试样化学成分稳定性分析［J］．中国锰业，2005，23(1):44－45．

［4］许定胜，梅光贵，谭柱中，等．四氧化三锰对锰锌铁氧体生产过程的影响［J］．中国锰业，2003，21(3):17－20．

An Analysis of Chemical Components of Ferrosilicon and Ferromanganese

JI Jianhua
(College of Hanzhong Vocational and Technical，Hanzhong，Shanxi 723000，China)

In this paper，the chemical detection methods of manganese and silicon in ferromanganese were studied．The ferrous ammonium titration method and the molybdenum blue photometric method were used to determine the content of manganese．The content of silicon in ferromanganese was measured．In this paper，the main two methods and the related experimental steps are briefly summarized to provide theoretical basis for improving the chemical composition of ferromanganese．

Ferromanganese;Ferrous sulfate;Chemical analysis

O657．3

A

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．030

2016－12－21

国家自然科学基金项目(51374139)

纪建华(1982－)，男，陕西汉中人，讲师，研究方向:化学，手机:13474301212，E-mail:jjh0916@qq．com．