硅钼蓝光度法测定铁矿石硅的含量条件的研究

刘姗

（徐州工业职业技术学院，江苏徐州 221140）

硅在铁矿石及钢铁中比较常见，在矿石中主要以FeSi、Fe2Si、FeMnSi的形式存在，是炼钢中常用的脱氧剂，因此在钢铁中也较常见[1]，其量一般小于0.5%。

硅固溶于铁素体和奥氏体中，能够提高钢的强度和硬度。在常见元素中，硅的这种作用仅次于磷，而较钒、镍等强，能显著提高钢的弹性极限、屈服强度、屈服比，对于冶炼弹簧钢十分有利[2]。

硅的测定方法有重量法、滴定法、光度法。重量法有无机酸脱水法（不同酸的选择是关键）、有机凝聚剂法（动物胶或阳离子表面活性剂）等，滴定法主要有氟硅酸钾法，比色法主要是硅钼杂多酸法、三元离子缔合物法、倍增反应法、置换反应法等。

重量法操作复杂，分析流程长且硅酸凝胶不稳定；仪器分析具有精密度好、敏度高、方法选择性优等优点，通过大量实验和研究，总结出改良的硅钼蓝光度法测定硅：试样用碱熔融，稀盐酸浸取，使硅成硅酸状态。在弱酸性溶液中，硅酸与钼酸铵生成可溶性黄色硅钼杂多酸，此杂多酸能被硫酸亚铁铵还原成硅钼蓝，在650 nm处测定[3]。

1 实验方法与原理

1.1 实验方法

将样品在碱性条件下熔融，在酸性条件下测定，生成硅钼黄（正硅酸与钼酸铵生成），调节酸度加入草酸作为掩蔽剂，用硫酸亚铁铵还原硅钼黄为硅钼蓝，测量其在可见光部分吸光度，得出相应的SiO2含量[4]。

1.2 硅钼蓝法测定二氧化硅的方法原理

在一定浓度范围内生成的产物硅钼蓝，与硅的量成正比，测定其在波长650 nm的吸光度，求得其中硅的含量。

各步化学反应式如下：

2 实验部分

2.1 实验仪器

UV-2000型分光光度计（上海尤尼科仪器有限公司），ALC110-4型电子天平(赛多利斯科学仪器有限公司)，HH-S4数显恒温水浴锅，其他实验室常用仪器。

2.2 实验材料与试剂

材料：铁矿石。

试剂：0.1 mg/mL二氧化硅标准储备液，盐酸溶液（1+2），6%硫酸亚铁铵溶液，5%草酸溶液，5%钼酸铵溶液。

2.3 单因素实验

2.3.1 选择最大吸收波长

在50 mL容量瓶中准确加入1.5 mL的硅标准液，加入（1+2）HCl 0.5 mL，加入5%钼酸铵溶液5.0 mL，在沸水水浴中加热30 s，放冷到室温。再加入草酸10.0 mL，加入6%的硫酸亚铁铵溶液10.0 mL作显色液。以试剂空白做参比，测定其在600～800 nm处的吸光度，绘制吸收曲线。可以看出，硅钼蓝的最大吸收波长810 nm，但在810 nm处不稳定，在650 nm处稳定，所以选择650 nm处作为吸收波长。

2.3.2 溶液酸度的影响

溶液的酸度对形成硅钼酸络离子十分重要，过大或过小均使结果偏低。酸度过大，钼酸铵与硅不起反应；酸度过小，会生成大量钼酸铁沉淀，使硅钼酸生成不完全。硅钼杂多酸的形成必须确保全部硅呈单分子硅酸存在。因此应以较稀的酸溶解样品，采用较常用的盐酸、硫酸、硝酸来调节酸度，结果发现硝酸的用量对测定结果影响大，因此选用1+2的盐酸或硫酸来调节酸度，以加入量为横坐标，吸光度为纵坐标作图1。

图1 溶液酸度对测定的影响

由图1可见，将1+2的盐酸体积控制在0.4～0.8 mL时，显色液稳定，吸光度变化不大。

2.3.3 显色液的显色时间及稳定性

准确量取1.5 mL的硅标准液于50mL容量瓶中，加入0.5mL的HCl（1+2），再加入5.0 mL的5%钼酸铵，在沸水水浴中加热30 s，流水冷却室温再加入10.0 mL草酸，加入10.0 mL 6%硫酸亚铁铵溶液作显色液。以空白作参比，显示硅显色液在24h内是稳定的。

2.3.4 硫酸亚铁铵的用量

在相同实验条件下，分别加入不同量的6%硫酸亚铁铵溶液作显色液。由图2的结果表明硫酸亚铁铵的加入量不宜过多，过多就会使显色体系不稳定。

图2 硫酸亚铁铵的用量

综合考虑，硫酸亚铁铵的最佳用量为10.0 mL。

2.3.5 草酸的用量

草酸除迅速破坏磷钼酸外，亦能逐步分解硅钼酸，故加入草酸后，应于1 min内加硫酸亚铁铵，而且草酸还能提高二价铁离子的还原能力。但过量的草酸就会破坏硅酸与钼酸铵所形成的杂多酸。

分别加入0～14 mL不同量的草酸，由图3发现其吸光度稳步上升，且在加入10.0～14 mL吸光度达到最大，且较稳定，当草酸少于5 mL时，试样溶解不完全，超过14 mL时，溶液颜色发绿，影响测定，不正常。

图3 草酸的用量

2.3.6 钼酸铵的用量

加入钼酸铵的量会影响钼蓝的色泽强度。钼酸铵过多，会与铁生成钼酸铁沉淀。但也不可加得太少，否则会降低硅的色泽强度，吸光度测定不灵敏，在其他条件固定的情况下，加入不同体积的钼酸铵(5%)溶液。

图4 钼酸铵的用量

从图4中可以看出，钼酸铵用量在3～5 mL时，吸光度较为稳定，钼酸铵用量大于5 mL时，生成了钼酸铁沉淀，会影响测定结果。

2.3.7 形成硅钼蓝最佳温度和所需时间

取一定量的硅标液，依次加入5%钼酸铵溶液，加入HCl(1+2)溶液，在沸水水浴中加热不同的时间，流水冷却到室温考量吸光度。

图5 形成硅钼蓝最佳温度和所需时间

由图5的实验证明：在90 ℃的水浴中加热30～90秒适合硅钼蓝的生成。不宜长时间煮沸，并需适当吹入水，以防止温度过高，酸度过大，使部分硅酸聚合。

3 讨论及结果分析

3.1 工作曲线的绘制

分别准确量取0.0、0.5、1.0、1.5、2.0 mL和2.5 mL的硅标准溶液于50 mL容量瓶中，按上述步骤测定吸光度，以标准硅浓度为纵坐标，吸光度为横坐标，绘制工作曲线。

表1 工作曲线的绘制

图8 工作曲线的绘制

该标准曲线的回归方程为y=0.378 9x+0.007 8，相关系数R=0.99952。

3.2 硅的含量

准确称取一定量的铁矿石。按上述最佳条件测定吸光度，如表2所示。

表2 硅的含量

4 结论

试验主要研究用硅钼蓝光度法测定铁矿石中二氧化硅的最佳条件。在乙醇存在下，于0.1mol/L盐酸介质中，正硅酸与钼酸生成稳定的硅钼黄，用硫酸亚铁铵还原硅钼黄为硅钼蓝，测得吸光度。按上述条件在650nm处测定铁矿石中二氧化硅的含量为3.77%。该方法快速、准确，适用于铁矿石及钢材中硅的含量的测定，具有实际应用价值。

[1]任芳萍.合金钢中硅的测定[J].机电元件,2004,24(2):22-23.

[2]许凤霞,陈宇.如何测定钢铁产品中的硅含量[J].产品可靠性报告,2006(3):65-65.

[3]张先才,胡郑毛.钼蓝光度法测定钢铁中的硅含量[J].现代矿业,2005(4):11-12.

[4]岳军.矾铁中硅的测定-硅钼蓝光度法[J].大型铸锻件,2002(3):39-40.