稀土镁硅铁合金中硅含量的分析方法

姜均涛，陈祥凤

(临沂科技职业学院 智能制造系，山东 临沂 276000)

稀土镁硅铁合金是铸造行业里一种非常重要的合金材料，也叫做球化剂[1]，一般球化剂的含硅量在35%～47%之间，在铸造后期加入稀土镁硅铁合金能显著提高铸铁强度，在钢、铁生产中用作合金添加剂，在铸造生产中作为球化剂。球化剂在冶金及铸造行业中是必不可少的，其中镁是主要的球化元素，对石墨的球化效果有直接的影响[2]。在钢、铁生产中用作合金添加剂，在铸造生产中作为球化剂，可有效改善铸铁的组织结构和力学性能[3]。硅是其中的主要元素，含量可达到35%～47%，因此，如何快速、准确地检测稀土镁硅铁合金中的硅含量具有极其重要的意义[4]。

稀土镁硅铁合金中硅的测定方法主要有重量法、分光光度法和酸碱滴定法。由于高氯酸脱水重量法操作起来比较复杂，分析周期长，而分光光度法偶然误差大，受环境、温度等因素影响较大[5]，所以本实验室采用操作简单、分析结果准确且重现性好的氟硅酸钾容量法。

1 试验材料、设备与方法

1.1 选取标准样品

本分析方法拟选取冶金类标准样品，列表见表1。

表1 标准样品名称及硅含量

1.2 试验装置

本文采用的试验装置为抽气过滤装置(见图1)。

图1 抽气过滤装置

1.3 化学反应机理

标准样品使用硝酸和氢氟酸溶解，使硅转化为硅氟酸的形式存在，氟硅络合离子在过量K+存在的情况下，会形成氟硅酸钾沉淀，然后沉淀以沸水水解，产生硅当量的氢氟酸[6]，此氢氟酸用标准酸碱溶液滴定，化学反应式如下：

K2SiF6+3H2O=2KF+H2SiO3+4HF

HF+NaOH=NaF+H2O

1.4 氢氧化钠溶液的实验室标定方法

1)方法1：用邻苯二甲酸氢钾进行标定。称取2.000 0 g经105～110 ℃干燥2 h的邻苯二甲酸氢钾固体粉末置于250 mL锥形瓶中，加入100 mL亚沸水中溶解，在加入5滴混合指示剂，用氢氧化钠溶液滴定，直至溶液呈现鲜明的紫色，记下所消耗标准溶液的体积V。按下述计算式计算氢氧化钠溶液的浓度：

式中，m是邻苯二甲酸氢钾的质量，单位为g；V是滴定总共消耗氢氧化钠的标准溶液体积，单位为mL。

2)方法2：用硅铁标准试样进行标定。计算氢氧化钠溶液对硅的滴定度如下：

式中，T是氢氧化钠溶液对硅的滴定度，单位为g/mL；X是硅铁标准试样中的硅含量；m是硅铁标准试样的质量，单位为g；V是滴定所耗氢氧化钠溶液的体积，单位为mL。

2 分析方法

称取0.100 0 g试样(精确至0.000 2 g)，将试样置于400 mL聚四氟乙烯烧杯中，加10 mL的HNO3，滴加5 mL的HF，用塑料棒搅拌使试样完全溶解。用15 mL水吹洗杯壁，在搅拌下加KNO3溶液20 mL，继续搅拌0.5 min，放置20 min，置于冷水或冰水中。试液及沉淀用中速定量滤纸于抽气过滤装置上抽气过滤，用KNO3洗液洗涤烧杯和沉淀各3次，每次不超过5 mL，将沉淀连同滤纸移到原烧杯之中，加KF保护液15 mL，滴加混合指示剂10滴，用氢氧化钠溶液中和残余酸，边中和边仔细擦洗杯壁并将滤纸捣成糊状，当用氢氧化钠溶液中和至溶液出现鲜明紫色时[7-9]，迅速加入200 mL沸水，马上用氢氧化钠标准溶液进行滴定，在接近终点淡紫色时补加指示剂5滴，继续滴定至出现鲜明紫色即为终点[10]。

3 试验结果与讨论

3.1 硅含量计算

按照上述方法1标定氢氧化钠溶液时，计算硅含量如下：

式中，V1是滴定试样所耗氢氧化钠溶液的体积，单位为mL；V0是空白试验所耗氢氧化钠溶液的体积，单位为mL；c是氢氧化钠溶液的浓度，单位为mol/L；0.007 023是与1.00 mL氢氧化钠溶液[CNaOH=1.00 mol/L]相当的硅的质量，单位为g；m是试样的质量，单位为g。

按照上述方法2标定氢氧化钠溶液时，计算硅含量如下：

式中，T是氢氧化钠溶液对硅的滴定度，单位为g/mL；V1是所耗氢氧化钠溶液的体积，单位为mL；V0是空白试验所耗氢氧化钠溶液的体积，单位为mL；m是试样的质量，单位为g。

3.2 氟硅酸钾容量法测定结果

按照上述分析方法，每一个标样分别测试3次，结果见表2。

由表2可以看出，REMg-1的偏差为-0.08%，REMg-2的偏差为-0.01%，REMg-3的偏差为+0.01%，REMg-4的偏差为-0.02%，与标准值偏差很小，都在允许的误差范围之内，而且3次结果也在标准值附近，准确性很高，平均值也具有很高的准确性。结果证明，本方法简单、可靠，具有较高的准确性与重现性。

表2 试验数据与偏差

3.3 3种分析方法结果比较

选取REMg-1标准样品分别用高氯酸脱水重量法、分光光度法和氟硅酸钾容量法测定，从分析时间和准确性2个方面进行对比。

由表3可以看出，高氯酸脱水重量法单次结果和平均值与标准值偏离都比较大；分光光度法虽然平均值与标准值比较一致，但是单次结果与标准值偏差比较大，可信度一般；氟硅酸钾容量法的单次结果和平均值都与标准值一致性高，表明氟硅酸钾容量法测定稀土镁硅铁合金中硅含量具有较高的准确性、重现性和时效性。

表3 3种分析方法结果比较

4 结语

通过上述研究可以得出如下结论。

1)氟硅酸钾容量法测定稀土镁硅铁合金标准试样，与标准值基本一致，具有较高的准确性。

2)氟硅酸钾容量法与高氯酸脱水重量法、分光光度法相比，平均时间为6 h，而且单次结果与平均值与其他2种方法相比与标准值更接近，所得结果准确，重现性高，分析时间也短，能够快速准确地分析稀土镁中间合金中的硅，更好地服务于生产。