铸造碳钢、低合金钢的多元素炉前高速分析

段平昌，黄涛

(中建材凯盛重工有限公司，安徽淮南 2320 08）

铸造碳钢、低合金钢的多元素炉前高速分析

段平昌，黄涛

(中建材凯盛重工有限公司，安徽淮南 2320 08）

充分利用过硫酸铵对各被测元素的氧化作用，先测定锰，然后分取锰显色试液进行S i、P、C r、M o等元素的测定，试验步骤简单，采用试剂品种少，分析速度快，分析成本低，结果准确，生产实用性很强。

碳钢；低合金钢；M n、P、S i、C r、M o元素；高速分析

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.019

对于钢铁的多元素联合快速分析，一般做法是称样溶解后制备母液,然后分别取母液进行各元素的测定[1-4]。我们通过对这种方法进行改进，并充分利用过硫酸铵对各被测元素的氧化作用，在称样快速溶解后，直接氧化进行钢中锰的发色，然后再分取锰显色试液进行其他元素的测定。该方法省去了许多重复步骤，避开了繁琐的实验程序，简化了分析方法，改变了一些方法中要求放置一定时间的操作，节省了大量实验时间和试剂，凸显了本方法溶样速度快、分析元素多、分析时间短、分析成本低、操作简便、结果准确的特点，非常适合于化验员少而又无光谱仪的机械行业化验室，尤其是中小型铸造企业炉前化验室的日常化学分析工作。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

溶解酸：每升HNO3(1+3)中溶解硝酸银0.5 g;

过硫酸铵溶液:250 g/L;

磷酸溶液(1+25);

二苯偕肼溶液:2.5 g/L,溶解2g苯二甲酸酐于200 mL热乙醇中,再溶解0.5 g二苯偕肼,存贮于棕色瓶中放于暗处,有效期1～2个月;

钼酸铵溶液:50 g/L;4 g/L;

硅混合还原剂:每100 mL此液中含草酸4.5 g、抗坏血酸2g;

硝酸铋溶液:8 g/L,HNO3(1+3)溶液;

磷混合还原剂:每100 mL此液中含抗坏血酸1.5 g、亚硫酸钠0.5 g、硝酸铋溶液25 mL、无水乙醇25 mL;

钼混合显色剂:使用前将H2SO4(1+3)、硫氰酸銨溶液(100 g/L)、抗坏血酸溶液(50 g/L)按1∶1∶1体积比混合。

HXS-3A微机高速分析仪

1.2 分析方法

⑴锰的测定（母液制备）

称样200 mg于150 mL锥形瓶中,加入溶解酸20 mL,于电炉上加热溶解并驱尽氧化氮黄烟,加过硫酸铵溶液10 mL,加热煮沸至试液冒大气泡,取下加水72mL,摇匀,在微机高速分析仪第一通道上测定锰含量。

⑵磷的测定

分取锰显色试液20 mL于125 mL高型烧杯中,加入磷混合还原剂10 mL,钼酸铵溶液(4 g/L)20 mL,摇匀,在微机高速分析仪第三通道上测定磷含量。

⑶硅的测定

分取锰显色试液5 mL于125 mL高型烧杯中,在电炉上加热至试液刚冒泡,取下,立即加钼酸铵溶液(50 g/L)10 mL,摇动15 s,加硅混合还原剂15 mL,摇匀,在微机高速分析仪第三通道上测定硅含量。

⑷铬的测定

分取锰显色试液5 mL于125 mL高型烧杯中,加入磷酸溶液40 mL,二苯偕肼溶液5 mL,摇匀,在微机高速分析仪第一通道上测定铬含量。

⑸钼的测定

分取锰显色试液20 mL于125 mL高型烧杯中,在电炉上加热至约40 ℃左右，取下加入钼混合显色剂30 mL，摇匀,在微机高速分析仪第二通道上测定钼含量。

2 结果与讨论

2.1 硝酸银和过硫酸铵的用量及氧化煮沸时间

关于用过硫酸铵氧化光度法测锰，原上材所吴继祖教授的研究证明，如果采用加热煮沸0.5～1min氧化，加0.17 g/L的硝酸银溶液0.5 mL，能使2.5 g/100 mL锰完全氧化。在此试验条件下，加过硫酸铵0.5 g已能满足分析要求，考虑到铬（Ⅲ）等其他共存离子的氧化，常增加用量到1g。本法选用硝酸银溶液(0.5 g/L)20 mL和2.5 g过硫酸铵。在方法条件下煮沸15 s，已氧化完全，方法选择煮沸至试液冒大气泡，锰的吸光度保持稳定。若煮沸时间过短，或硝酸银加入量过少，或试液的酸度太高，都会使锰的吸光度偏低。

2.2 硅、磷的显色与干扰

本法测硅，采用加热的方法促进硅钼杂多酸的快速形成，用草酸-抗坏血酸还原形成硅钼蓝。同时，高价锰也被还原，磷、砷生成的杂多酸也被草酸破坏，消除了对硅的干扰。而磷的测定，在室温、低酸度和低钼酸铵浓度下，用抗坏血酸使钼磷铋三元杂多酸快速还原成钼磷铋杂多蓝。本法中，低酸度和低钼酸铵浓度是高速的关键[5]，显色酸度在0.5 mol/L左右时，显色即刻趋于完成，高于0.7 mol/L时，酸度越高，需放置的时间越长。考虑到快速还原高价锰和提高还原能力，加入适当的亚硫酸钠，并辅以少量乙醇，在温度超过20 ℃时，1min内可显色完全。磷显色时，先加还原剂后加钼酸铵可消除硅的干扰；磷、砷共存时，可加入少量硫代硫酸钠选择性地还原砷（Ⅴ）；铬（Ⅵ）干扰测定，被还原至三价降低影响，必要时可做底液空白以消除其干扰；银盐在本法中不干扰硅、磷的测定。

2.3 铬显色剂的用量及干扰的消除

试验加入2.5 g/L二苯偕肼溶液4～7 mL,吸光度变化极其微小，方法选取加5 mL。钼（Ⅵ）与二苯偕肼生成紫红色络合物形成干扰，但其灵敏度极低；钒（Ⅴ）与二苯偕肼也生成棕黄色络合物，但其色泽不稳，易消退，且普通钢中钼、钒的含量很低，不影响铬的测定；高锰酸也与二苯偕肼生成棕黄色络合物，但其吸光度很低，且方法仅采用锰显色试液5 mL测定铬，其影响很小，可不加亚硝酸钠还原；铁(Ⅲ)的共存量很高，且与二苯偕肼生成棕黄色络合物，常加入磷酸络合掩蔽，抑制其干扰，但磷酸不能完全消除铁（Ⅲ）的影响，吸光度会逐渐升高，且温度高于30 ℃时，这种现象更为严重，要求在显色后快速完成吸光度的测定。

2.4 钼的显色与干扰

在0.75～1.4 mol/L的硫酸介质中，不引人催化剂直接显色，钼与硫氰酸胺生成橙红色络合物，在20 ℃～30 ℃只需1min,反应即可完成，显色液可稳定约1h。铬（Ⅲ）与硫氰酸盐反应在460 nm波长处也有吸收，在方法条件下，铬含量小于2%时，可不考虑其影响；铜含量若大于0.5%时，可加少量硫脲掩蔽，微量的铜能催化加速钼（Ⅵ）和铁（Ⅲ）的还原，对测定钼有利；铁（Ⅲ）与硫氰酸盐反应生成橙红色的硫氰酸铁络离子，方法中加入抗坏血酸除了起将钼（Ⅵ）还原为钼（Ⅴ）的主要作用外，还可将铁（Ⅲ）还原为铁（Ⅱ），消除其影响，其他常见元素不干扰钼的测定。

2.5 样品分析结果

分别称取5个不同的标准样品按照分析方法进行测定，样品分析结果与标准值的对照见表1。由表中实验结果可以看出，本法分析结果的误差完全符合GB/T223系列标准及国家有关文件的规定，实验结果的准确性和可靠性都很高。

3 结语

对于无光谱仪的中小型铸造企业化验室，采用本法可大幅提高铸造碳钢和低合金钢的分析速度，短时间内即可快速得出Mn、P、Si、Cr、Mo元素的分析结果，有效地缩短熔炼时间，节能降耗。而且方法采用试剂少，分析成本低，操作简便，结果准确，生产实用性很强。

[1] 徐盘明,赵祥大.实用金属材料分析方法[M].合肥：中国科学技术大学出版社，199 0.3:232-237.

[2] 鄢国强.工厂实用化学分析手册[M].北京：机械工业出版社，199 5.5:35 2-35 9.

[3] 沈俊健.高铬合金铸铁中铬、铜、钼、镍、锰的快速联合测定[J].理化检验-化学分册，200 7,43(1):70-71.

[4] 陈必友,李启华.工厂分析化验手册(第二版)[M].北京：化学工业出版社，200 8.6:145-156.

[5] 吴诚.高速分析及其应用[M].北京：冶金工业出版社，200 0.4:268-269.

Casting of carbon steel and low alloy steel before furnace multielement analysis at a high speed

DUAN PingChang ，HUANG Tao
(CNBM Kaisheng zhonggong Co.,Ltd.,huainan 232008, Anhui,China)

this work makes full use of the after ammonium sulfate for the oxidation of element to be measured and disjunctive manganese significantly color solution Si,determination of P,Cr,Mo,test process is simple,less use of reagent species,fast analysis,analysis of the low cost,accurate results,production practical strong.

cast carbon steel;low alloy steel;Mn,P,Si,Cr,Mo elements;high speed analysis.

T G 115.3；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 61-03

2017-04-10

稿件编号:170 4-174 6

段平昌（196 7—），男，工程师，主要从事钢铁和铸造原辅材料的分析检测及实验室的管理工作.