重量法测定硅钙合金中硅含量的研究

2021-09-10杜莎

科技研究 2021年14期

杜莎

摘要：试样经碳酸钠-过氧化钠混合熔剂熔融后，使硅转化成硅酸盐，用盐酸酸化，以高氯酸发烟使硅酸脱水。经过滤洗涤后，将沉淀于1050～1100℃灼烧至恒量，由氢氟酸处理前后的质量差，计算硅的百分含量。用ICP测滤液中残余硅含量，两部分合并得到硅钙合金中硅总量。此分析方法能够满足常规分析要求。

关键词：硅钙合金硅重量法高氯酸 ICP-OES

1 前言

硅钙合金在冶金、铸造等行业中应用广泛，它是炼钢的优质复合脱氧剂，具有脱氧、脱硫、脱磷等重要作用，被广泛应用于优质钢、低碳钢、不锈钢等钢种和镍基合金、钛基合金等特殊合金的生产当中。硅钙合金主要是由硅、钙和铁组成的复合合金，因大量含有硅成分，硅含量可达50%-60%，因此性质较为活泼。所以准确测定硅钙合金中硅的含量尤为重要，对于后续炼钢投料以及产品质量影响较大。本文主要研究了高氯酸脱水重量法来测定硅钙合金中的硅。

2 实验用试剂

实验中所用酸应为分析纯，试剂均为分析纯，水为二次水。

2.1 实验用酸分别为：氢氟酸，ρ=1.15g/mL; 高氯酸，ρ=1.768g/mL;硫酸，1+1;盐酸，ρ=1.19g/mL;

2.2碳酸钠-过氧化钠熔剂：1：2;

2.3 硅标准溶液，500μg/mL[1]。

3 实验步骤

3.1准确称取0.2000g（记为m）试料置于预先盛有8g碳酸钠-过氧化钠混合熔剂的镍坩埚中，搅拌均匀，再覆盖2g混合熔剂，将坩埚置于酒精喷灯上熔融，待样品出现焦黄色时，停下稍冷（防止样品局部高温崩溅），再继续加热，直至完全熔清，继续熔融2min，冷却。

3.2 坩埚外壁用水冲洗后，置于250ml聚四氟乙烯烧杯中，加100ml热水，盖上表皿，待反应停止后，加热水冲洗净坩埚及盖并取出。将浸出液缓慢移入盛有35ml盐酸的500ml玻璃烧杯中，用水洗净聚四氟乙烯烧杯及表皿，洗液并入玻璃烧杯中，搅拌至溶液澄清。

3.3将试液蒸发至约100mL时，加入80ml高氯酸，盖上表皿，留有缝隙，置于电热板上加热至冒高氯酸白烟，直至残留物呈粘稠状，取下，冷却。沿杯壁加入20ml盐酸（1+1），用少许热水冲洗表皿及杯壁，加入100ml热水（80℃以上），搅拌使盐类溶解。

3.4趁热用中速定量滤纸过滤于500ml锥形瓶中，将沉淀移入滤纸上，用擦棒仔细擦洗玻璃棒及杯壁，用热盐酸（5+95）洗净烧杯及玻璃棒，洗涤沉淀至无铁离子，用硫氰酸铵溶液（50g/L）检查，然后用热水洗至无氯离子，用硝酸银溶液（20g/L）检查。保留滤纸及沉淀。

3.5 将沉淀连同滤纸，置于铂坩埚中，置于电热板上烘至近干。在500～600℃处小心加热使滤纸碳化，逐渐升温至碳完全氧化，加盖，将其置于1050～1100℃高温炉中灼烧30min，取出，置于干燥器中，冷却至室溫称量，反复灼烧至恒量m1。

3.6 将不纯的二氧化硅用数滴水润湿，加入4滴硫酸（1+1），5mL氢氟酸，置于电热板上，蒸发至冒硫酸烟。将坩埚置于1050～1100℃高温炉中灼烧30min，取出，置于干燥器中，冷却至室溫称量，反复灼烧至恒量m2。[2]

3.7 濾液中硅含量的测定

将3.4中滤液转移至500mL容量瓶中，定容。用500μg/mL的硅标准溶液配制含硅量为0.10%-1.00%的硅标准系列溶液（例如称取0.020g高纯铁粉和0.125g碳酸钙 6份，用20mL 1+1盐酸溶解，移入500mL容量瓶中，依次加入硅标准溶液0mL，0.4 mL，1mL，1.4mL，2mL，3mL，4mL，用水稀释至刻度，混匀，此标准系列溶液相当于0.00%，0.10%，0.25%，0.35%，0.50%，0.75%，1.00%的样品），在ICP上建立工作曲线，测滤液中硅的含量WICP%，结果保留两位小数。质量浓度点应不少于5个，工作曲线的线性通过计算相关系数来检验，相关系数应大于0.999 。选择分析线时，必须仔细检查干扰情况，并带相应质控样品进行校准。[3]推荐硅分析谱线为251.611nm。

3.8 Si的百分含量按下式计算：

Wsi%=（m2-m1）*0.4674*100%/m +WICP%

4.1 结果准确性讨论

4.1.1重复性的计算

采用上述方法对硅钙合金标样（GBW01431a，硅含量56.02%）进行分析，结果见表2。

4.1.2回收率的计算

采用上述方法对硅钙合金标样进行加标回收率实验分析，结果见表3。

从上表可见，硅钙合金中硅的回收率为99.82%-100.20%，满足结果要求。

4.2 结果影响因素

在样品熔融过程中，开始需要低温加热，使熔剂缓慢变焦黄色，然后局部呈黑色时，注意要匀速转动坩埚，使坩埚底部受热均匀，让熔剂由固态缓慢变为液态，直至熔清。如果在熔剂还为固体状态时就高温加热，会造成溶剂崩溅，样品损失，结果偏低。

4.3 结论

本方法对硅钙合金样品处理方法进行研究，采用混合熔剂直接熔融，用高氯酸发烟的方法，测定了沉淀中硅含量;同时对滤液中的硅采用标准溶液绘制曲线，电感耦合等离子体发射光谱直接测定后计算，硅总含量为沉淀中硅和滤液中硅总和。经试验证明本方法准确性好、具有良好的回收率，满足常规分析需要。