合金铸铁化学分析

申小霞，雷利珑，刘 萍

(广东省韶铸集团有限公司，广东韶关 512031)

对于一些粉末状的试样、焊条、铁条、铁丝等不规则的试样块来说，手工化学分析是不可取代的。光电直读光谱仪仅仅检测一些特定试样块的化学成份，对试样的大小、形状、厚薄及白口化程度都有较高要求，因此对有些试样讲，其具有一定的局限性。同时，光电直读光谱仪价格一般较昂贵，一些小型的铸造厂出于成本的考虑迫切需要手工化学分析。所以，手工化学分析既满足了小型铸造厂的需要又填补了机械时代的不足。

1 实验部分

1.1 试样的处理

1.1.1 需用试剂

硫硝混酸：硫酸50mL，硝酸8mL 加入水中稀释1000mL。

过硫酸铵溶液：（20%）配置不超过2 天～3 天。

过氧化氢溶液：（30%）（或亚硝酸钠溶液10%）。

1.1.2 母液的制备

称取试样0.5000g（样品不宜粗大，否则试样溶解完毕前过硫酸铵已完全分解将招致磷的损失）于250mL 锥型瓶中，加入硫硝混酸85mL，过硫酸铵10mL，溶解后，再加过硫酸铵溶液10mL，并煮沸0.5min～1min，冷却，移至100mL 容量瓶中以水稀释至刻度，用快速滤纸干过滤即为母液。

1.2 实验方法

1.2.1 磷的测定（钒钼黄光度法）

1.2.1.1 需用试剂

钒酸铵溶液：（0.25%）钒酸铵2.5g 加入500mL水中，加热溶解，冷却。加入浓硝酸30mL，稀释至1000mL。

钼酸铵溶液：（5%）。

1.2.1.2 分析方法

空白液：于150mL 锥型瓶中预置水10mL，然后加入试样溶液20mL。

显色液：于150mL 锥形瓶中预置钒酸铵5mL，加入试样溶液20mL，然后随摇荡加入钼酸铵溶液5mL，放置片刻（30℃左右时只需2min～5min，温度低时，要延长放置时间，如10℃要放置15min～20min，最好是用30℃～40℃的水浴发色）。用2cm～3cm 比色皿，于波长470nm，空白液为参比测定吸光度。

1.2.2 硅的测定（硅钼兰光度法）

1.2.2.1 方法要点

试样用稀硫硝混合酸溶解后，铁中存在的硅化物即被分解，形成硅酸，硅酸与钼酸反应生成硅钼黄络合物，然后用硫酸亚铁铵将络合物还原为硅钼兰，根据硅钼兰颜色深度，测定硅的含量。

1.2.2.2 需用试剂

钼酸铵溶液:5%。草酸溶液：5%。

硫酸亚铁溶液:(6%)每100mL 中加入硫酸（1+1）6 滴。

1.2.2.3 分析方法

吸取试样溶液5mL 置于250mL 锥型瓶中，加水30mL，加入钼酸铵溶液5mL，放置10min，（室温低于10℃时需用30℃～40℃水浴发色）加入草酸溶液10mL，立即加硫酸亚铁铵溶液5mL，加水100mL，用0.5cm 或1cm 比色皿，660nm 波长，以水为参比测定吸光度。

1.2.3 锰的测定（过硫酸铵—银盐氧化光度法）

1.2.3.1 方法要点

本法基于在酸性介质中，以硝酸银作催化剂，用过硫酸铵将二价锰氧化为紫色的高锰酸，以此测定其吸光度。

1.2.3.2 需用试剂

混合酸：硝酸银1g 溶解与500mL 水中，加硫酸25mL，磷酸30mL，硝酸30mL，用水稀释至1000mL。

过硫酸铵溶液：10%，配置不超过2 天～3 天。

1.2.3.3 分析方法

吸取试样溶液10.00mL 置于150mL 锥形瓶中，加混合酸20mL，加热至近沸，加入过硫酸铵10mL，加热煮沸30s，取下放置1min，冷却，用1cm 比色皿，于530nm 波长以水为参比测定吸光度。

1.2.4 铬的测定（二苯偕肼光度法）

1.2.4.1 需用试剂

二苯偕肼溶液：（0.5%）溶解苯二甲酸酐4g 于热水中，加入二苯偕肼0.5g，摇匀，冷却，于棕色瓶中保存。

亚硝酸钠：（0.5%）。尿素：固体。磷酸：（1+1）。

1.2.4.2 分析方法

用移液管吸取锰的显色液10.00mL 置于50mL容量瓶中，加磷酸4mL，水约25mL，约0.5g 尿素，滴加亚硝酸钠溶液1～2 滴，使高锰酸还原，然后加入二苯偕肼溶液2mL，以水稀释至刻度。0.5min～1min内，用1cm～2cm 比色皿，于530nm 波长处，以水为参比测定吸光度。

1.2.5 镍的测定（氨性丁二酮肟光度法）

1.2.5.1 方法要点

试样溶液以柠檬酸掩蔽铁、铝等干扰元素，在有氧化剂碘存在的氨性溶液中，丁二酮肟与镍生成酒红色的络合物，借此进行镍的光度测定。

1.2.5.2 需用试剂

柠檬酸铵溶液：（50%）

碘溶液：（0.1N）称取碘12.7g，碘化钾25g，加入少量水溶解，稀释至1000mL。

氨性丁二酮肟溶液：（0.1%），溶解丁二酮肟1g于500mL 浓氨水中，以水稀释至1000mL。

1.2.5.3 分析方法

吸取试样溶液5mL（含镍高时取2mL），置于50mL 容量瓶中，加水10mL，柠檬酸铵溶液5mL，碘溶液2.5mL，氨性丁二酮肟溶液10mL，加水稀释至刻度。1min 后，用1cm～2cm 比色皿，于530nm 波长，以水为参比测定吸光度。

1.2.6 钼的测定（氯化亚锡还原、硫氰酸盐光度法）

1.2.6.1 方法要点

试样用酸溶解后，钼生产钼酸，以少量硫酸钛为接触剂，用氯化亚锡将钼还原至五价，然后使五价钼与硫氰酸铵作用，生成橙红色的络合物，借此进行钼的吸光度测定。

1.2.6.2 需用试剂

硫酸-硫酸钛溶液：取硫酸钛Ti（SO4）215%溶液40mL 边搅拌边倾入640mL 硫酸（1+1）中，稀释至2000mL，摇匀。或取四氯化钛TiCl415%溶液30mL，边搅拌边倾入640mL 硫酸(1+1)中，稀释至2000mL，摇匀。

硫氰酸钠溶液：10%。

氯化亚锡溶液：10%，称取氯化亚锡10g 溶于浓盐酸5mL 中，以水稀释至100mL。

钼混合显色液：硫酸-硫酸钛、硫氰酸钠、氯化亚锡溶液各100mL，加高氯酸10mL，混匀。

1.2.6.3 分析方法

吸取试样溶液10mL 置于150mL 锥形瓶中，加钼混合显色液30mL，（沿瓶壁四周加入）放置5min，用1cm～2cm 比色皿，于波长500nm，以水为参比测定吸光度。

1.2.7 铜的测定（双环已酮草酰二腙光度法）

1.2.7.1 方法要点

试样用酸分解，用柠檬酸络合三价铁、三价铝等干扰，在氨性（PH=9.0～9.5）溶液中，二价铜与双环已酮草酰二腙溶液（简称BCO)生成蓝绿色络合物，借此进行铜的比色测定。

1.2.7.2 需用试剂

柠檬酸铵溶液：50%。

双环已酮草酰二腙溶液：（0.05%），简称BCO，称取0.5g 试剂溶于热的乙醇（1+1）100mL 中，稀释至1000mL。

氨水：（1+1）。中性红：（0.1%）乙醇溶液。

1.2.7.3 分析方法

吸取试样溶液2mL 置于50mL 量瓶中，加柠檬酸溶液5mL，水20mL，加1 滴中性红指示剂，用（1+1）氨水调节至指示剂由红变黄，并过量2mL～3mL，加双环已酮草酰二腙溶液10mL，用水稀释至刻度。用1cm～3cm 比色皿，于660cm 波长，以水为参比，测定吸光度。

1.2.8 钛的测定（二安替吡啉甲烷光度法）

1.2.8.1 方法要点

试样用酸溶解后，以抗坏血酸还原铁，在酸性溶液中加入二安替吡啉甲烷溶液，使与钛生成黄色络合物，于420nm 波长测定吸光度。

1.2.8.2 需用试剂

抗坏血酸2%（天冷时可用两、三天）。

二安替吡啉甲烷(4%)：称取20g二安替吡啉甲烷于500mL烧杯中，加水100mL，在加浓盐酸150mL，然后慢慢加入硫酸50mL，冷却后加水200mL。

1.2.8.3 分析方法

吸取试样溶液5mL 置于100mL 锥形瓶中，加抗坏血酸5mL，5min 后加二安替吡啉甲烷5mL，摇匀，放置30min～45min（视室温而定）发色完全后色泽稳定。用721 型比色计，1cm～2cm 比色皿，于420nm 波长以水为空白测定吸光度。

2 结果与讨论

2.1 原理介绍

生铁、铸铁试样用硫硝混酸溶解后，再经过过硫酸铵、过氧化氢氧化、还原反应移至100mL 容量瓶中以水稀释到刻度，用快速滤纸干过滤即为母液。然后，根据每个元素的含量分别进行定量移取、发色，不同的元素在721 分光光度仪上特定的波长下吸光值不同，根据吸光值计算出每个元素的含量。

2.2 操作中具体注意事项

2.2.1 测定磷注意事项

（1）测定磷所用锥型瓶必须专用，不能接触磷酸，因磷酸在高温时（100℃～150℃，通常为硫、磷酸冒烟处理）侵蚀玻璃而形成SiO2、P2O5或SiO(PO3)2，用水及洗涤剂都洗不净，致使测定磷时引入干扰。

（2）磷钒钼黄的显色完全与时间和温度有关，一般在20～30℃为宜。

2.2.2 测定硅注意事项

（1）加入钼酸铵时的温度与放置时间要掌握一致，否则影响分析结果的准确度。

（2）草酸的加入既可以降低三价铁和二价铁的氧化还原电位，同时又可破坏磷、砷与钼酸铵的络离子，从而消除它们干扰。但草酸也逐渐破坏硅钼络离子，因此加入草酸使钼酸铁沉淀溶解后，须立即加入硫酸亚铁铵溶液，还原后的钼兰溶液可稳定10 个小时以上。

2.2.3 测定锰注意事项

（1）试剂有时含锰，在此情况下，测定吸光度时应做试剂空白，可取混合酸20mL，加水约5mL，过硫酸铵溶液10mL，煮沸显色，测定吸光度后自结果中减去。

（2）测锰含量时加热煮沸20s～30s 为宜，煮沸时间过长容易使结果偏低。

2.2.4 测定铬注意事项

（1）亚硝酸钠还原高锰酸及与尿素作用之速度随温度而定，于低温作用缓慢时不宜急于加亚硝酸钠而导致过量。

（2）加入二苯偕肼溶液后应较快进行比色，因此显色须逐只进行。

（3）过硫酸铵使色泽不稳，如吸取锰的显色液后再煮沸3min～4min，使过硫酸铵分解完全，再显色，则所得显色液稳定性比较好。

2.2.5 测定镍注意事项

（1）用碘为氧化剂显色快，不受铬的干扰，但显色液的稳定性较差（10min）

（2）1%锰含量使镍结果偏高0.055‰,应作校正。

（3）测镍要求精确时可做空白作为参比。即吸取试样溶液5mL置于50mL量瓶中，按显色液同样加试剂，但不加丁二酮肟溶液，代之以浓氨水5mL。

2.2.6 测定钼注意事项

（1）高氯酸在此处作为钼显色的还原抑制剂，能提高硫氰酸钼络离子色泽的稳定性。

（2）测钼含量25℃时显色5min，15℃时显示15min 色泽达到稳定，室温低时可延长放置时间。

（3）如试样含钒可进行校正，1%钒相当于钼含量0.02%。

（4）要求精确时可做空白作为参比液：即取试样10mL 置于锥形瓶中，按显色液同样加试剂，但钼的混合显色液中不加硫氰酸钠溶液而以水代之。

2.2.7 测定铜注意事项

（1）氨水过量或不足均使结果偏低。

（2）10mL BCO 溶液可显色0.2mg 铜，相当于1%铜含量，超过可以加20mL 显色。

（3）要求精确测定时可做空白溶液，即取试样溶液2mL 或5mL 于50mL 容量瓶中，按上述方法操作，但不加BCO 显色剂。

（4）室温低于10℃时，显色10min～60min 内比色完毕。室温高于20℃时，显色后3min～30min 比色完毕。室温高时，显色速度快，显色液稳定性较差，室温低时，显色速度慢，显色的稳定性较好。

2.2.8 测定钛注意事项

（1）测钛元素时色泽稳定2h 不变。

（2）三价铁与二安替吡啉甲烷呈色很深，干扰测定。所以，三价铁必须用抗坏血酸彻底还原。这是本法关键的问题。

（3）加入抗坏血酸时，溶液温度对测定结果没有影响，可在热溶液中加入，也可在冷却后加入。

2.3 经过多次反复的实验，铸铁、生铁中各元素的误差都在国标允许误差范围之内（见表1）。

表1 铸铁、生铁中各元素的误差

2.4 优缺点

优点：①此方法成本低，只需要常见的化学试剂、标样、溶样瓶、电炉、和一台721 分光光度仪等主要设备，一般化验室也都具备，不需添加特殊仪器设备，易于筹建；②容易操作及掌握；③快速：此方法用于生铁、铸铁的成品多个样本批量分析，所需标样可以提前溶好备用，批量分析时更加突出体现此系统分析的快速准确优势；④准确度高：从多次试验结果及其与光谱分析结果进行比较，都在规定的误差范围之内；⑤重现性好：在气温、气压没有太大的变化时，近一周标样和试样的结果都可以重现，所以说重现性好；⑥此方法分析结果可作为光谱分析暂时没有标样情况下的标样参考值。

缺点：①不适合单台炉炉前快速分析；②在成品批量分析时因为一次性测量的试样多、元素多，每个元素用的三角瓶必需区分开并按次序排列，否则易混淆。