第六章-钢铁分析.ppt

1、2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,1,第六章 钢铁分析,6.1 概述 6.2 碳的测定 6.3 硫的测定 6.4 磷的测定 6.5 锰的测定 6.6 硅的测定 6.7 其它测定法介绍,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,2,6.1 概述,了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素在钢中的作用，证明测定的意义 。钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素 是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。,钢铁的分类常见钢铁材料：1 生铁：铁矿石、焦炭、石灰石高温煅烧（含碳量2.5%4%)灰口铁（碳以游离态存在）-铸造生铁白口铁（碳以化合态存在）-炼钢生铁

2、2 钢：白口铁进一步冶炼，降低碳的含量（0.05%1.7%）并使其他元素含量达到规定要求。碳素钢（以铁、碳为主）合金钢（加入其它金属元素以改变性能）如不锈钢（镍铬钢），抗蚀性强，不易氧化 3 铁合金：含有各种合金元素的特种生铁,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,4,焦炭还原铁矿石 铁矿石被焦炭还原生,石灰石CaCO3除SiO2 成粗制铁成生铁,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,5,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,6,铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他金属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大部分杂质转化成炉渣，分离除

3、去，有少量杂质C、Mn、Si、S、P等残存在生铁中。如果将生铁的其他辅助材料配合，进一步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制含碳量降至一定限度，硅锰等元素含量很低，硫磷等杂质降至0.05%以下，则成为铁及碳的合金碳素钢。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,7,特种钢： 若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,8,加Ni、Cr、W、Ti等又分别称为Ni钢、Cr钢、W钢、Ti钢。加Ni增强钢的强度及韧性多用于承受冲击或强大压力的制件；

4、含Ni 36%铸钢受热时几乎不膨胀可制精密仪器。加Cr耐热耐腐蚀性较强多用于制造多用于制造滚珠轴承或工具。含Cr 12.5 18%的铬钢或含铬 0.6 1.75%、Ni 1.25%的镍铬钢，又称不锈钢，可制高压锅。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,9,加W有极强的耐热性，受热至白热化仍不软化常制运转的机件或刀具。高速切削钢：含W 1518% V 13% Cr 25%合金钢含Mo、V、Ti等合金钢和钨钢性能相似。各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。含有一定量V、Ti，而C又是以球状存在的，称“球墨铸铁”。具有和某些合金钢类似的特殊性能，可代替合金钢使用。,201

5、8/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,10,二、钢铁产品牌号表示方法（根据GB/T221-2000）,钢铁产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。 采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一产品所取字母重复时，选取第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。 采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不超过两个。 产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表1。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,11,现就普通质量非合金钢，普通

6、质量低合金钢和普通质量优质非合金钢以及硅钢、工具钢等牌号表示方法分述如下：,1、普通质量非合金钢碳素结构钢牌号表示方法普通质量非合金钢牌号表示方法是参照ISO和其他国家标准，用屈服点数值或抗拉强度值作为牌号的主要表示方法。其优点是从牌号中可以反映强度级别、质量、特性和用途。比较科学和方便。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,12,具体来说，碳素结构钢牌号表示方法由代表屈服点数值的字母、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四部分顺序组成。例如：Q235AF Q215B Q255A Q275 Q表示钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母； 阿拉伯数字屈服点数值。单位为MP

7、a(兆帕) ABCD分别为质量等级。表示是否做冲击功和在什么条件下做冲击功。 A级不做冲击功性能试验，只做常规拉力和冷弯。 B级在常温(20)做冲击试验，冲击功为27J。 C级在0做冲击试验，冲击功为27J。 D级在20做冲击试验，冲击功为27J。 A、B、C、D冲击试样为V型缺口纵向冲击。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,13,FbZTZ表示脱氧方法。其中： F沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母，是不脱氧钢。 b半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母，是不完全脱氧钢。 Z镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母，是完全脱氧钢。 TZ特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母，是特殊脱氧

8、钢，如真空处理的钢。 在牌号组成的表示方法中，“Z”与“TZ”代号可以省略。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,14,2、普通质量优质非合金钢优质碳素结构钢牌号表示方法,牌号是用阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分之几计）。 沸腾钢和半镇静钢在牌号后边加符号“F和“b”，镇静钢不标符 号。如08F，表示含碳量0.050.11。平均含碳量0.08； 15F表示含碳量0.120.19，平均含碳量0.15等。 较高锰含量的优质碳素钢，在阿拉伯数字后标出锰元素符 号，如15Mn，碳含量为0.120.19，锰含量0.71.00%。而 65Mn和70Mn，如含锰量1.00，就不属于

9、非合金优质钢， 而应为低合金优质钢。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,15,3、普通质量低合金钢低合金高强度结构钢牌号表示方法,低合金高强度结构钢的牌号由代表钢的屈服点的汉语拼音的字母(Q)，屈服点的数值(阿拉伯数字)和质量等级符号(A，B，C，D，E)三个部分按顺序排列而成。 例如Q345A，其中： Q钢材屈服点的“屈”字汉语拼音的首位字母； 345屈服点的数值，单位MPa；A、B、C、D、E分别为质量等级符号，且A、B、C、D级冲击试验条件与普通质量非合金钢相同，冲击功较普通质量非合金钢高，规定冲击功34J；而E级为在40做冲击试验，冲击功为27J。该低合金高

10、强度钢，除了含普通质量非合金钢的五种常规元素外，还可根据性能要求，加入V、Nb、Ti、Cr、Ni、A1等细化晶粒的元素。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,16,4、专门用途的优质非合金钢和优质低合金钢牌号的表示方法 钢材的牌号采用阿拉伯数字，化学元素符号和代表产品用途的符号表示。其中阿拉伯数字表示平均含碳量的万分之几。元素符号表示添加的合金元素含量，一般以百分之几表示。当其平均含量小于1.0时，在牌号中只标元素符号而不标明含量。用途的符号是指该钢种使用用途的汉语拼音首字母。如20g(锅炉板 )、14MnNbq(桥梁用钢板 )、16MnR(压力容器用钢板 )。,20

11、18/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,17,5、碳素工具钢牌号表示方法 钢号冠以“T”代表碳素工具钢，含碳量以千分之几表示，如T9，锰含量较高者在钢号后标出“Mn”。如T8Mn。高级碳素优质工具钢，在牌号尾部加符号A，如T12A等。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,18,6、合金工具钢牌号表示方法 平均含碳量大于1.0时不标出含C量，小于1.0以千分之几表示，对铬量较低的钢，其含铬量以千分之几表示并在含量前加“0”字以示区别，如平均含铬量为06的低铬工具钢，钢号应表示为“Cr06“。高速工具钢钢号一般不标出碳含量，只标出合金元素平均含量百分之几

12、。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,19,7、滚珠轴承钢牌号表示方法 含碳量在钢号中不予标出。铬含量以千分之几表示，并冠以“G”表示滚珠轴承钢，平均含铬量为1.5的轴承钢、钢号表示为“GCrl5”。 8、不锈耐酸钢，耐热钢牌号表示方法 一般用一位数字表示平均含碳量，以千分之几计。平均含碳量小于1的用“0”表示，含碳量小于0.03的用“00”表示。钢中主要合金元素以百分之几表示，其他微量元素也应标出。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,20,三、各元素在钢中的形态和作用 主要讲述C 、S 、Si 、Mn 、P （一）碳 1 钢铁中的C来源

13、：碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。,形态：两种,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,21,碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。 对存在状态的影响灰口生铁，石墨C多，软而韧白口生铁，化合物C多，硬而脆碳素钢据C 含量分三类，低、中、高碳素钢,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,22,（二）硅 1、来源 由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入 2、形态 主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi

14、存在 在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,23,（二）硅 3、性能 (1)增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性(2) 促使C以游离态石墨状态，使钢高于流动性，易于铸造,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,24,3、性能 (3) 、类型 a 一般生铁或碳素钢Si含量1%b 电器用硅钢Si含量可达4%c 特殊用途的硅铁、硅钢等合金，Si含量 高达12 95% 如： 含Si 12 14%的铁合金称硅铁含Si 12%，Mn 20%的铁合金称硅镜铁，主要用于炼钢脱氧剂,2018/1

15、2/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,25,(三)锰 1、来源少量由原料矿石中引入，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入。2 、形态 钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,26,3、性能 增强钢的硬度，减弱延展性。 4、类型 生铁Mn 0.5% - 6% 锰钢中Mn0.8% 碳素钢 Mn 0.3 0.8% 高锰钢高达13% - 14%,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,27,如含锰0.8% - 14%为各种型号的

16、高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。 含Mn 12% - 20%的铁合金为镜铁 含Mn 60% - 80%的铁合金为锰铁 上两种主要用于炼钢做脱硫剂,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,28,（四）硫 1 来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁 2 形态 主要以MnS或FeS状态存在 若：,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,29,3 性能 使钢产生“热脆性”有害成分 原因：为什么产生热脆性？FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。,2018

17、/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,30,（五）磷 1 来源 ：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入 2 形态：以Fe2P或Fe3P状态存在 3 性能：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性”也是有害杂质作用(事物都有其另一面) P 流动性 易铸造 并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合 在特殊情况下常有意加入一定量P达此目的。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,31,4. 类型 : 生铁 P0.3% 一般碳素钢0.06% 优质钢0.03%特殊用途：轧辊钢高达 0.4 0.5%炼钢或铸钢用的磷铁 15 20%之间. 以上归纳成如下表：

18、,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,32,各元素在钢中的形态和作用表,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,33,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,34,三 、 检测意义,综上所述，C是确定钢铁型号及用途主要指标Si、Mn直接影响钢铁性能(有益的)控制一定量 S、P有害成分 严格降至一定量因此，对于生铁和碳素钢：C、Si、Mn、S、P等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控制的重要指标.,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,35,6.2 碳的测定,钢铁中碳的作用：区别铁和钢的标志，

19、一般随着碳含量的增 加，钢铁的硬度和强度增加，韧性和塑性降低。碳的存在形式：不易与酸作用的游离碳（如铁碳固溶体，无 定形碳、石墨碳等）和易与酸作用的化合碳（如金属碳化物 MC，M代表金属元素）。碳的测定：成分分析中一般要求测定总碳量，个别情况需要 测定游离碳或者化合碳含量。 测定各种形态的碳属于相分析；在成分分析中，一般钢样只测定总碳量。生铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和化合碳的含量。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,36,总碳量的测定方法,方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法测定。归纳起来可分为三大类：物理法、

20、化学法物理化学法,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,37,燃烧-气体容积法(气体容量法),燃烧-气体容积法是目前国内外广泛采用的标准方法。本法成本低，有较高的准确度，测得结果是总碳量的绝对值。其缺点是要求有较熟练的操作技巧，分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,38,（一）方法原理,试样在12001300的高温O2气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成CO2:C + O2 = CO24Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O3FeS +5O2 = F

21、e3O4 +3SO23MnS + 5O2= Mn3O4 + 3SO2,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,39,（一） 方法原理,生成的CO2与过剩的O2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有KOH溶液的吸收器，吸收其中的CO2CO2十2KOH = K2CO3十H2O剩余的O2再返回量气管中，根据吸收前后容积之差，得到CO2的容积，据此计算出试样中碳的质量分数。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,40,（二）主要试剂,1.氢氧化钾吸收剂溶液(400g/L)； 2.除硫剂 活性二氧化锰(粒状)或钒酸银。2.1 钒酸银； 2.2 活性氧化锰；

22、 3. 酸性氯化钠溶液（250g/L）；4.助熔剂 锡粒(或锡片)、铜、氧化铜、纯铁粉。5.高锰酸钾溶液（40g/L）；6.甲基橙指示剂（2g/L）。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,41,图1 气体容量法定碳装置 l.氧气瓶，2.氧气表，3.缓冲瓶，4、5.洗气瓶，6.干燥塔，7.玻璃磨口塞,8.管式炉，9.燃烧管，10.除硫管,11.容量定碳仪(包括: 冷凝管a 、量气管b、水准瓶c、吸收瓶d、小旋塞e、三通旋塞f、），l2.球形干燥管，13.瓷舟,14.温度自动控制器. 15. 供氧旋塞,（三）仪器,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学

23、年,42,（四）分析步骤,将炉温升至12001350，检查管路及活塞是否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器及操作。称取适量试样置于瓷舟中，将适量助熔剂覆盖于试样上面，打开玻璃磨口塞，将瓷舟放入瓷管内，用长钩推至高温处，立即塞紧磨口塞。预热lmin，按照定碳仪操作规程操作，测定其读数(体积或含量)。打开磨口塞，用长钩将瓷舟拉出，即可进行下一试样分析。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,43,(五)测定条件,1试样的燃烧程度燃烧温度 ;助熔剂降低燃烧温度;通O2速度 2硫的干扰及消除在高温O2气流中燃烧时，试样中硫也转化为SO2：如果生成的SO2，在吸收前未能除

24、去，同样被KOH溶液吸收，干扰碳的测定。常用MnO2、AgVO3除去混合气体中的SO2,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,44,3.测定中应注意的问题 3.1 3.153.2 助熔剂中含碳量一般不超过0.005% ;3.3 样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中;3.4 定碳仪应装置在室温较正常的地方(距离高温炉约300500mm),2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,45,3.5 更换水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢氧化钾溶液后，均应作几次高碳试样，使二氧化碳饱和后，才可进行试样测定。 3.6 对测定含硫量较高的试样(大于0.2%)，应增加除硫

25、剂量或增加一个除硫管。 3.7 吸收器、水准瓶内溶液以及混合气体三者的温度应基本相同，否则将产生正负空白值。 3.8 如分析完高碳试样后，应空通一次，才可以接着做低碳试样分析。 3.9 当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变白时，说明已失效，应及时更换。 3.10 观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需重新分析。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,46,3.11 炉子升温应开始慢，逐步加速，以延长硅碳棒寿命。 3.12 分析前，应先检查仪器各部分是否漏气。工作开始前及工作中，均应燃烧标准样品，判定工作过程中仪器的准确性。 3.13 吸收前后观察刻度的时间应一致。吸收

26、后观察刻度时，量气管及水准瓶内液面与视线应处在同一水平线上。 3.14 吸收器中氢氧化钾溶液使用久后也应进行更换，一般在分析2000次后更换，否则吸收效率降低，使测定结果偏低。 3.15 测定中应记录温度与大气压力，以确定补正系数f。如附录八所示。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,47,分析结果计算,当固定称样量如0.2500g、0.5000g或1.000g时的含碳量，其结果可按下式计算：f 温度、压力补正系数,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,48,6.3 硫的测定,硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用于测定高硫试样。燃烧滴定法具有

27、简单、快速、准确及适应面广的特点，被广泛采用，它也是国内外的标准方法。 介绍燃烧滴定法中的燃烧碘酸钾容量法,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,49,(一) 原 理,将钢铁试样于12501350的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点:燃烧：4FeS + O2 = 2Fe2O3 + 4SO23MnS +5O2 = Mn3O4 + 3SO2吸收： SO2 + H2O= H2SO3 滴定： KIO3 +5KI +6HCl = 3I2 +6KCl + 3H2OH2SO3 + I2 + H2O = H2SO4

28、 + 2HI,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,50,(二)主要试剂及仪器,1碘酸钾标准滴定溶液c(1/6K103)=0.01000mol/L、0.001000mol/L、0.0002500mol/L；2淀粉吸收液(10g/L)； 3.助熔剂,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,51,（三）仪器装置,定硫仪的滴定部分装置 1.球形管 2.吸收杯 3.滴定管,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,52,(四)测定步骤,将炉温升至12001350C，检查装置是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液（硫小于0.01%用低硫吸

29、收杯，加20mL吸收液；硫大于0.01%用高硫吸收杯，加60mL吸收液），以6001500mL/min的流速通氧，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不褪，作为终点色泽，关闭氧气。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,53,(四)测定步骤,称取适量试样，置于瓷舟中，加入适量助熔剂，将瓷舟推至高温处，预热0.51.5min，通氧，控制氧速为15002000mL/min，燃烧后的混合气体导入吸收杯中，使淀粉吸收液蓝色开始消褪，立即用碘酸钾标准溶液滴定并使液面保持蓝色，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽相同，间歇通气后，色泽不变即为终点。,

30、2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,54,计算,T 碘酸钾标准溶液对硫的滴定度，g/mL；V 滴定试样所消耗碘酸钾标准溶液的体积，mL；V0滴定空白时所消耗碘酸钾标准溶液的平均体积，mL；m 试料的质量，g。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,55,(五)测定条件,助熔剂用量 SO2的转化率 SO2的回收率 连续测定10个样品后，就应清除管内的氧化物,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,56,燃烧酸碱滴定法,本法采用双氧水溶液作为吸收剂吸收二氧化硫，生成的H2SO3被氧化为H2SO4，然后用NaOH标准滴定溶液滴定

31、生成的H2SO4，即可求出SO2的质量分数。吸收： SO2 + H2O = H2SO3H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O滴定： 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O本法克服了SO2在吸收器中逃逸的现象，对滴定速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SO3产生也能被滴定，不影响测定结果。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,57,钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度法。一般是使磷转化为磷酸，在与钼酸铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法进行测定。,6.4 磷的测定,

32、2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,58,6.5 锰的测定,钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法和光度法。前者可用硝酸银(酸性条件)定量将锰氧化成三价，用硫酸亚铁钱标准滴定溶液滴定。还可以用过硫酸铵将锰氧化成七价，以亚砷酸钠-亚硝酸钠标准滴定溶液滴定。后者常用高碘酸钾将锰氧化成七价后，进行光度测定。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,59,6.6 硅的测定,目前钢铁中硅的测定方法很多，主要有重量法，滴定法，光度法等。重量法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广等特点 。光度法具有简单、快速、准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。其中应用最多

33、的是硅钼蓝光度法。介绍还原型硅钼酸盐光度法测定,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,60,一、方法原理,试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸:3FeSi+l6HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO+2H2OFeSi+H2SO4+4H2O = FeSO4+H4SiO4+3H2加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其与H4SiO4反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸(硅钼黄)，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝:,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,61,H4SiO4 + 12H

34、2MoO4 = H8Si(Mo2O7)6+10H2O,于波长810nm处测定硅钼蓝的吸光度。本法适用于铁、碳钢、低合金钢中0.030l.00%酸溶硅含量的测定。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,62,二、主要试剂与仪器,1 试剂1.1 纯铁（硅的含量小于0.002%）；1.2 钼酸铵溶液（50g/L）； 1.3 草酸溶液(50g/L) 1.4 硫酸亚铁铵溶液(60g/L)； 1.5 硅标准溶液(20g/mL) 2仪器 721等类型的光度计。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,63,三、分析步骤,称取试样0.1g左右，置于150mL烧杯中

35、。加入30mL硫酸(1+17)，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。煮沸，滴加高锰酸钾溶液（40g/L)至析出二氧化锰水合物沉淀。再煮沸约lmin，滴加亚硝酸钠溶液(100g/L)至试验溶液清亮，继续煮沸lmin2min(如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过滤，用热水洗涤)。冷却至室温，将试验溶液移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,64,移取10.00mL上述试验溶液二份，分别置于50mL容量瓶中(一份作显色溶液用，一份作参比溶液用)显色溶液 小心加入5.0mL钼酸铵溶液，混匀。放置15m

36、in或沸水浴中加热30s，加入l0mL的草酸溶液，混匀。待沉淀溶解后30s内，加入5.0mL的硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。参比溶液 加入10.0mL草酸溶液、5.0mL钼酸铵溶液、5.0mL硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,65,将显色溶液移入lcm吸收皿中，以参比溶液为参比，于分光光度计波长810nm处测量溶液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，可于680nm处测量。,思考一下测定波长的问题 显色溶液与参比溶液和通常情况下所选择的情况有什么区别？,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,66

37、,工作曲线绘制,移取数份与已知其硅含量的纯铁或低硅标样作低样。移取0、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL硅标准溶液(20g/mL)，分别置于上述数份低样中，以下按分析步骤进行。用硅标准溶液中硅量和纯铁中硅量之和为横坐标，测得的吸光度值为纵坐标，绘制工作曲线。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,67,硅的质量分数按下式计算：,式中 m1从工作曲线上查得的硅量，g；V1移取试验溶液的体积，mL；V试验溶液的总体积，mLm称样量，g。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,68,A,m (g),m1 g,A试液

38、,工 作 曲 线,(g/50mL),2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,69,四、测定条件,酸度和钼酸铵浓度 温度和时间 试剂的加入顺序 还原条件及光学性质 干扰及消除 操作注意事项,掌握,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,70,原理：,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,71,测定方法的类型根据含量的不同选择适当的方法常量法 SiO2重量法K2SiF6容量法微量法 硅钼蓝分光光度法,2 条件 (1)创造条件生成型硅钼杂多酸（硅钼黄） 硅钼黄有两种形态 ：,1原理,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2

39、011学年,72,1 硅钼杂多酸（ 硅钼黄）在较低酸度即较多pHpH3.84.8 的室温中生成很稳定,还原为蓝绿色 2 硅钼杂多酸 在较高酸度即较低pH l.01.8 （水泥化学分析pH 1.51.7）中生成，还原为蓝色 （ 硅钼黄）,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,73,注：型不稳定较易还原成 型，其转变速度随温度升高，酸度降低（pH升高）及离子强度的增大而加快。 730nm波长处二者硅钼蓝吸光度相等，在72型分光光度计上，采用650700nm波长范围测定。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,74,实际应用是创造条件得型硅钼黄的原因？

40、虽然型不稳定，生成的酸度有比较严格但是：1 因为它在较高酸度下形成，此时铁等许多金属离子不易水解，共存离子干扰少2 型硅钼黄比型硅钼黄易被还原成硅钼蓝3 型硅钼黄的还原产物硅钼蓝的灵敏度高于 型还原产物的灵敏度尽量减少型型转化的措施控制型的配合时间及配合温度,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,75,(2)温度影响硅钼黄的反应速度20 10min30 2min100 30s水浴加热30s， 注意 我们做实验时常温下放15min。但加热生成硅钼黄后，必须及时冷却，并进行下步的还原处理，否则在高温下，时间过长，甚至硅钼黄也可能分解，可能有硅钼黄形成 冷却办法流水冷却,20

41、18/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,76,(3)测硅消除P, As的干扰,酸度是生成硅钼黄或硅钼蓝及排除P, As杂质干扰的重要条件硅钼黄的在低酸度生成， 然后提高酸度至3.04.0mol/L 消除P, As干扰,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,77,除P, As杂多酸由谁担任？可加入有机酸：草酸，酒石酸，柠檬酸消除干扰其中以H2C2O4效果最快H2C2O4除了提高酸度除杂质，还有其他作用 H2C2O4作用a : 调整酸度（提高酸度），破坏P, As杂多酸，消除P, As干扰b: 增加Fe2+还原能力并消除Fe3+黄色干扰,2018/12/7

42、,张红梅 工业分析 2010-2011学年,78,C: 使用H2C2O4注意,a 硅钼黄也能进一步被H2C2O4分解因此加入H2C2O4，待钼酸铁（黄色）溶解后，立即（半分钟内）加入FeSO4还原之 有的书上为了避免H2C2O4的不利因素，预先将草酸，亚铁盐及硫酸三者配成混合液（这样可以完全消除H2C2O4不利影响b 参比液用褪色空白（书上讲试剂空白）移取10.00mL试液，于50mL容量瓶中，加10.00mL 50g/L H2C2O4，5.0mL钼酸铵溶液50g/L 、 5mL60g/L FeSO4，水定容,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,79,选该参比液的目的

43、：清除草酸铁的黄色(虽为淡黄色但也有影响)方法技巧在于：先加草酸，破坏硅钼杂多酸Si显色。(3)KMnO4及NaNO2在溶样中作用KMnO4,a.,，以免将来生成的硅钼黄(即硅钼杂多酸)，在条件不具备时，过早的被Fe2+还原，造成误差,b. (同时)是少量碳化物分解注意：如含碳量过高，则应该将石墨碳过滤 除去。,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,80,NaNO2A 作用：过量的KMnO4妨碍下步反应，可用NaNO2还原除去B 过量的NaNO2应分解除去,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,81,6.7 其它测定法介绍,一、碳硫联合测定 二、

44、硅、锰、磷的快速测定,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,82,硅，锰，磷的测定,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,83,钢铁分析部分作业及课堂提问或检查,一 C，S1.封闭液为什么必须被CO2饱和？为什么采用甲基橙的NaCl酸性溶液？2.洗气瓶系统的作用？(KOH、H2SO4及U形管CaCl2)3.分析C S联合仪测C结果偏低原因？补救措施？4.为什么测S时，要用钢铁标样标定NaOH滴定剂？,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,84,5.防止SO2转化率不高造成系统误差的措施？ 6.助熔剂的作用？加得越多越好吗？

45、为什么？ 7.为什么C含量需加减温度压力校正值？ 8.通O2速度应控制多少？ 9.定硫杯中装的是什么？ 10.吸收瓶中装的是什么？ 11.燃烧炉作用？ 12.球形管中脱脂棉作用？ 13.素瓷舟实验前的预备态是什么样？ 14.样品燃烧前为何要预热？ 15定硫杯为何要预先调好零点？ 16.定硫吸收液中加K2SO4作用？,防止混合气体中CO2被吸收或降低CO2经定硫杯时的溶解度,2018/12/7,张红梅 工业分析 2010-2011学年,85,二 Si测定,1 测Si时，为什么要控制条件形成型硅钼黄？用什么消除P，As干扰？ 2 测Si时，加入H2C2O4的作用？使用前应注意什么问题？ 3 为什么选褪色空白做参比液？(或参比液的作用) 4 硅钼黄的最佳生成酸度？为什么要控制？ 5 消除P，As干扰的酸度？ 6 KMnO4及NaNO2在溶样中的作用？ 7 硅钼黄的反应速度与温度关系？(或温度如何影响硅钼黄的反应速度？) 8 预习72型分光光度计的使用 9 FeSO4作用？,