钛铁中硅元素测定方法的改进

于真 王传芳(石横特钢有限公司理化检测中心，山东 石横 271612)

0 引言

钛铁是指含钛量为65%～75%的钛铁，主要是由钛和铁构成的铁合金，通常作为炼钢脱氧剂、脱硫剂和合金剂使用。钛铁在炼钢过程中作为合金元素加入钢中，能够起到细化晶粒度、固定间隙元素、提高钢材强度和耐腐蚀性等作用。钛铁中还含有硅、碳、硫、锰、磷、铝等杂质，其中硅是主要的杂质之一。由于在炼钢过程中，硅含量的高低对钢材的性能影响较大，对于作为冶炼原材料之一的钛铁，必须严格控制硅元素的含量。因此，准确测定钛铁中的硅，就显得极为重要。

目前，国家标准GB/T 4701.2—2009 采用硫酸脱水重量法进行钛铁中硅元素的测定。试验方法为将试样用硫酸、盐酸分解，以过氧化氢氧化，加热至硫酸冒烟使硅酸脱水。用盐酸浸取，过滤、灼烧、称重，不纯的二氧化硅用氢氟酸-硫酸处理，再次灼烧、称量，以氢氟酸处理前后的质量差计算硅的质量分数。整个操作过程耗时较长，至少需要2 天才能完成，并且，在加热至硫酸冒烟使硅酸脱水过程中，试液极易发生飞溅，易对操作人员造成伤害。

现研究一种新的检测方法替代重量法，以缩短检测时间，降低检测过程的危险性。

1 试验过程

1.1 试验前准备

钛铁中硅元素含量大约在3.0%～5.0%之间，可考虑采用光度法进行测定。

在约0.15～0.2mol/L 的酸度下，单分子的正硅酸与钼酸铵生成黄色的硅钼杂多酸(也可称为硅钼黄)，然后用还原剂将硅钼黄还原成蓝色的还原性硅钼杂多酸(也可称为硅钼蓝)，用光度法测定。与硅钼黄相比，硅钼蓝具有更高的灵敏度和选择性。

显色时的还原剂可选择硫酸亚铁铵、抗坏血酸、氯化亚锡等。用硫酸亚铁铵还原速度较快，氯化亚锡稳定性较差，抗坏血酸还原速度慢，但稳定性好。本试验考虑采用硫酸亚铁铵作为还原剂。

硅钼蓝光度法测定规定主要干扰来自磷、砷，在分析方法中，利用加入草酸后杂多酸稳定性的时间差来消除磷、砷对硅钼蓝显色的干扰。此外，加入的草酸与铁、钼形成相应的络离子，降低了溶液中Fe3+的浓度，提高了亚铁的还原能力，促使硅钼蓝显色完全。

1.2 试验原理

试样用碳酸钠—硼酸混合熔剂熔融，稀盐酸浸取。在约0.15mol/L 的酸度下，钼酸铵与硅酸形成黄色的硅钼杂多酸，以无水乙醇为稳定剂，加入草—硫混酸，消除磷、砷元素的干扰，然后用硫酸亚铁铵将硅钼黄还原成硅钼蓝，于分光光度计680nm 处，测量吸光度，以此计算硅的质量分数。

1.3 试剂及材料

(1)盐酸：1+3；

(2)无水乙醇；

(3)钼酸铵溶液：5%；

(4)草—硫混酸溶液：称取35g 草酸，溶于1000 mL 硫酸溶液(1+8)中；

(5)硫酸亚铁铵溶液(6%)：称取6g 硫酸亚铁铵溶于少量水中，加3～5 滴硫酸(ρ1.84g/mL)，用水稀释至100mL；

(6)碳酸钠—硼酸混合熔剂：1 份碳酸钠+2 份硼酸；

(7)AL104 型电子天平；

(8)722 型可见分光光度计。

1.4 分析步骤

1.4.1 样品分解

称取试样0.1000g 试样，置于盛有4g 混合熔剂的铂坩埚中，混匀，盖上铂坩埚盖(留一缝隙)，置于920℃的高温炉中熔融20min，取出，摇匀、冷却。用水冲洗坩埚外壁，放入预先置有75ml 热盐酸(2.2.1)的300ml 烧杯中，低温加热浸出熔融物至溶液清亮，用水洗出坩埚及盖，冷却至室温。移入250ml 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

1.4.2 工作曲线的绘制

选取同品种不同硅含量的钛铁标准样品4～5 个，随试样一起按分析步骤操作，以硅的百分含量为横坐标，吸光度为纵坐标绘制工作曲线。

1.4.3 显色、测量

分取2.00mL 母液于100mL 容量瓶中，加25ml 水，8mL 无水乙醇(2.2.2)，5mL 钼酸铵溶液(2.2.3)，摇匀，放置10～40min(室温4～12℃，放置40min；12～20℃，放置20min； 20℃以上，10min)。加入20mL 草-硫混酸溶液，摇匀，接着加入5mL 硫酸亚铁铵溶液(2.2.5)，用水稀释至刻度，摇匀。

将部分显色溶液移入适当比色皿中，以相应的试样空白作参比，在分光光度计680nm 处测量吸光度。从工作曲线上查出相应硅含量。

2 实验结果

利用标准物质，进行了检测方法的精密度试验，对试验结果统计分析，结果如表1(%)。

利用标准物质，进行了检测方法的准确度试验，对试验结果统计分析，结果如表2(%)。

表1

表2

从表2 试验数据可以看出，精密度及准确度均符合要求，可确定该检测方法的可行性。

3 试验探讨

(1)样品熔融时间要达到20 分钟以上，用盐酸浸取熔融物时温度要低，以免浸取液飞溅造成损失。

(2)移取母液时要准确，每加一种药品后一定要混匀。

(3)由于硅钼络离子形成速度较慢，所以加入碱性钼酸铵后，要摇动l0s，否则显色不完全，结果偏低。

(4)加入钼酸铵形成硅钼黄后，加入草-硫混酸，应迅速加入硫酸亚铁铵，否则结果偏低，因为速度慢了草-硫混酸也可以破坏硅钼黄。

(5)硅钼杂多酸形成速度与温度有关，在室温条件下，随温度不同需放置不同时间，室温低时可将显色液在沸水浴上加热30s。

4 结语

通过试验验证，钛铁中硅的测定，可以利用铂坩埚熔融后，用盐酸浸取，测定钛铁中的钛以后的母液，利用硅钼蓝光度法进行钛铁中硅的测定。整个操作过程耗时大约4～5 个小时，缩短了检测时间，提高了检测效率；所用药品较少，降低了试验成本，减少了环境污染，且降低了实验危险性。