不锈钢中的铬含量测定及影响因素的研究

姚广利

摘要：对不锈钢中的铬元素进行了酸溶法的测定，采用盐酸、硝酸等分解试样，经催化氧化，以硫酸亚铁铵标准溶液滴定，将六价铬还原为三价铬，根据消耗滴定液体积计算试样中铬含量。并分析了产生误差的几种主要原因和干扰因素，确定了此方法的最佳反应条件。并对相对标准偏差进行了检验和探讨。

关键词：不锈钢 酸溶法 滴定 影响因素

铬是合金钢中最重要的合金元素之一。铬在钢中能提高钢的机械强度，增加钢的淬透性，提高高碳钢的耐磨性。当铬含量超过12%时，使钢产生良好的高温抗氧化性和在氧化性介质中的耐腐蚀作用，并增加钢的热强性，这种合金钢称为不锈钢。

现行钢中铬的分析方法主要为电感耦合等离子体发射光谱法，但此方法一般用以测定铬含量较低的钢铁产品，而本实验中不锈钢的铬含量超过12%，含量较高，用电感耦合等离子体发射光谱法测定会产生一定的偏差。因此采用化学分析方法。不锈钢中铬常以碳化物和氧化物的形式存在，铬的碳化物要以浓硫酸或者高氯酸加热至冒硫酸烟和高氯酸烟才能破坏。检测过程中温度、溶解酸、过硫酸铵溶液、酸度都会对实验结果造成影响。

1 实验部分

1.1 主要试剂及药品

盐酸（ρ约1.19g/ml）;硝酸（ρ约1.42g/ml）;磷酸（ρ约1.69g/ml）;硫酸（ρ约1.84g/ml）;过硫酸铵溶液，300g/L;

硝酸银，10g/L（称取1.0g硝酸银溶于100ml水中，滴加几滴硝酸，贮于棕色瓶中）;

硫酸锰，40g/L（称取硫酸锰4.0g，溶于水中，以水稀释至100ml，混匀）;

N-苯基代邻（位）氨基苯甲酸指示剂：0.2%。（称取此指示剂0.2克，加入30ml水，0.2g无水碳酸钠，煮至沸腾，冷却，以水稀释至100ml，混匀。）;

硫酸亚铁铵标准溶液：0.1000mol/L。称取39.2120g硫酸亚铁铵于300ml烧杯中，以硫酸（5+95）溶解。并于1000ml容量瓶中以此酸稀释至刻度摇匀。

硫酸亚铁铵标准溶液的标定：移取20.00ml重铬酸钾标准溶液（0.1000mol/L）三份，分别置于300ml錐形瓶中，加入8ml硫酸和5ml磷酸，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，临近终点时加入4滴N-苯基代邻（位）氨基苯甲酸指示剂，继续滴定至紫红色转变为亮绿色为终点。三份溶液所消耗硫酸亚铁铵标准溶液毫升数的极差至不超过0.05ml，取平均值。

硫酸亚铁铵标准溶液的浓度为

式中：T—单位体积硫酸亚铁铵标准滴定溶液相当于铬的质量单位为克每毫升（g/ml）;

V—移取重铬酸钾标准溶液的体积，单位为毫升（ml）;

V1—滴定所消耗硫酸亚铁铵标准滴定溶液体积的平均值，单位为毫升（ml）;

C—重铬酸钾标准溶液浓度，单位为克每毫升（g/ml）。

1.2 操作步骤

称取试样0.5000g于500ml锥形瓶中，加入1：1的盐酸20ml，低温处溶解后，滴加3ml硝酸破坏碳化物，继续煮沸至无硝酸烟，取下冷却。加入8ml硫酸、5ml磷酸，摇匀，加热至冒浓烈的硫酸烟2分钟后取下冷却。加水至200ml刻度线处，加入硫酸锰2滴、硝酸银5ml、过硫酸铵溶液20ml，加热煮沸至溶液成高锰酸的红色。继续加热至冒大泡，以分解过量的过硫酸铵，待溶液平稳后，缓慢加入5ml盐酸，溶液煮沸至红色消失，氯化银沉淀凝聚，用流水冷却至室温。用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，加入4～5滴N-苯基邻氨基苯甲酸，继续用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液由紫红色转变为亮绿色为终点。

2 分析结果

式中：T—单位体积硫酸亚铁铵标准滴定溶液相当于铬的质量单位为克每毫升（g/ml）;

V2—消耗硫酸亚铁铵标准溶液的毫升数，单位为毫升（ml）;

m—试样重，单位为克（g）;

实验结果如表1

3 影响因素研究

3.1 发硫酸烟时间

加入硫酸发烟冒白烟的时间不宜过短或过长。若时间过短，溶解酸不能完全消去，使分析结果偏低;若冒烟时间过长，则六价铬在高温下易被还原，且溶液易析出沉淀。

3.2 加入催化剂和氧化剂后，溶液仍为绿色不变成红色的原因分析

由于锰比铬的氧化势高，溶液不变红色说明二价锰没有被氧化成六价锰，即三价铬没有被氧化成六价铬，过硫酸铵对三价铬的氧化反应失败，氧化反应失败经多次试验总结两点原因：

（1）硫酸烟发烟时间过短，盐酸中氯离子没有完全被除去（或外界因素导致参杂了氯离子杂质），加入的硝酸银与剩余的氯离子结合，没有起到催化剂的作用，致使过硫酸铵氧化反应失败。

（2）过硫酸铵溶液配置时间过早，已失效，起不到氧化作用，所以过硫酸铵溶液应当现用现配。

3.3 酸度的影响

盐酸还原高锰酸时煮沸时间应在2-3min内，若时间太短氧化剂未除，会使结果偏高;若时间过长，溶液体积减小，酸度增加，六价铬又会被还原成三价铬，导致结果偏低。

3.4 温度的影响

盐酸还原高锰酸时，当高锰酸还原分解完成后，用流水迅速降低溶液温度，防止六价铬被氯离子还原的概率。

3.5 指示剂的影响

邻苯氨基苯甲酸指示剂具有还原性，消耗亚铁，故不能多加，并且加入量需保持一致，否则易产生偏差。

不锈钢中铬含量的氧化滴定法操作简单，耗时低，稳定性好，熟练掌握此方法后仅需两小时即可得到准确的数据，准确度符合国家标准。此方法完善了国标方法对不锈钢中铬检测结果的不稳定部分，滴定度计算便捷可靠，适用于工厂实验室的实际工作，保证了工厂不锈钢产品的质量。

参考文献

[1]《化学分析》，机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会，北京：中国计量出版社。2008年

[2]张锦柱《工业分析化学》北京：冶金工业出版社。2008年

[3]王智平《新编钢铁与铁合金化学分析及质量控制标准使用手册》北京：中国科技文化出版社。2012年

[4]王海舟《合金钢分析》北京：科学出版社。2003年