齿轮钢精炼渣中硼元素测定-甲亚胺-H酸吸光光度法

2021-11-12祁旭丞乔红梅姚长发蒋莉君陆建民

中国金属通报 2021年13期

祁旭丞，乔红梅，姚长发，蒋莉君，陆建民

（青海西钢特殊钢科技开发有限公司，青海省冶金产品研究与开发重点实验室，青海西宁 810005）

齿轮钢中加入痕量硼，可显著提高其淬透性、机械强度和可焊接性能，增加硬度和抗张力。齿轮钢中的硼除形成固溶体外，可形成碳硼化合物、氮化硼、氧化硼等。冶炼过程中，钢材中的硼元素由炼钢用原辅材料带入，其中大部分硼跑到渣系中。炼钢用原辅材料主要是铁水、合金及废钢，对原辅材料中硼元素采用不同的湿法化学分析方法进行检测，铁水和钢材中硼元素用直读光谱检测，为了计算钢材中硼的物料平衡，检测渣系中硼元素对控制齿轮钢末端淬透性具有重要意义。

1 实验部分

1.1 试剂配置

（1）熔剂：固体过氧化钠。

（2）1.19g/mL盐酸：ρ=1.19g/mL的浓盐酸溶液。

（3）HCL1+1：1份1.19g/mL盐酸+1份去离子水混合。

（4）乙酸铵溶液(500g/1)：准备500g/L乙酸铵溶液。

（5）盐酸(1+1)；1份1.19g/mL盐酸+1份去离子水混合。

（6）盐酸(1+4)：1份1.19g/mL盐酸+4份去离子水混合。

（7）显色剂(10g/L)：称取1g甲亚氨-H酸及2g抗坏血酸，溶于100mL水中。

（8）甲亚胺一H酸的合成：称取18gH-酸钠盐溶于1000mL水中，过滤。

（9）三氧化二硼标准存贮溶液：称取1.7763g硼酸(优级纯，经40℃～50℃千燥)溶于水中。移入1000mL容量瓶中，用水定容，此溶液含三氧化二硼lmg/mL。

（10）三氧化二硼标准溶液：取5.00mL三氧化二硼标准存贮溶液置于200mL容量瓶中，用水定容。此溶液含三氧化二硼25g/ml。

1.2 条件实验

1.2.1 温度试验

称取0.1000g试样置于盛有4g过氧化钠的刚玉坩埚中，混匀，盖上1g所述过氧化钠，盖上所述铂坩埚的盖子，稍留缝隙，分别置于600℃、650℃、700℃、750℃高温炉中熔10min。

结论：从上述实验看出熔融温度为650℃，至700℃试样在熔融过程中出现喷溅现象。实验重新补加了2个实验，分别在630℃和680℃熔融，试样清亮、液体流动性好，试样能完全溶解。

1.2.2 熔剂和熔融时间试验

称取0.1000g试样置于分别盛有1g、2g、3g、4g、5g、6g、7g过氧化钠的刚玉坩埚中，混匀，盖上1g所述过氧化钠，盖上所述铂坩埚的盖子，稍留缝隙，置于650℃高温炉中熔1min、4min、8min、12min、15min进行试验。

结论：①底面铺3～6g过氧化钠，搅拌均匀后，盖上1g后熔融效果好，晃动后，流动性好，熔融完全。确定为白刚玉坩埚底面铺上过氧化钠4g，搅拌均匀后，上面盖上1g。总共用5g过氧化钠。②熔融时间在8～15 min熔液透明，流动性好，确定为10min.

1.2.3 波长试验

表1 同一试液在不同波长下的吸光度

对同一试液，采用不同波长在2cm比色皿中进行比色，确定在不同波长下的吸光度，试液在λ=420nm波长下吸光度最大，即，A=0.365，确定为此实验条件中波长为：420nm。

1.2.4 显色时间试验

表2 液体显色时间试验

对同一显色液采用不同时间进行实验，实验在480分钟后吸光度值稳定，补充实验条件，采用2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h进行实验。实验结果如表。

表3 显色时间试验补充数据

结论：通过实验条件确定，显色液在4小时后，结果稳定。确定显色时间为4h。

1.2.5 乙酸铵用量、酸度及显色剂用量的正交实验

正交实验设计：

表4 确立因素水平

设计正交实验：试验考虑乙酸铵用量、酸度及显色剂用量三个因素，每个因素取5个水平，可采用L25(56)正交表来安排试验，该表由6列，将因素乙酸铵用量、酸度及显色剂用量分别安排在1，2，3列，后三列空白。

表5 直观分析表

根据极差大小确定因素的主次顺序：酸度＞显色剂＞乙酸铵，酸度对实验指标的影响最大。

结论：由此得到各因素的最佳搭配为乙酸铵用量为5ml，盐酸（1+4）2.5ml，显色剂6ml，此条件的试验在正交表的25次试验中并没有出现，通过做补充试验，结果得到三氧化硼的含量达到0.45，说明利用正交试验得道次实验方法是成功的。

1.3 熔融态待测试样过程：

称取0.1000g试样置于盛有4g过氧化钠的刚玉坩埚中，混匀，盖上1g所述过氧化钠，盖上所述铂坩埚的盖子，稍留缝隙，置于680℃～720℃高温炉中熔13min，取出冷却后将所述刚玉坩埚放入300mL烧杯中，加100mL热水，煮3～5min，消除熔剂过氧化钠产生的过氧化氢，用玻璃棒挑起刚玉坩埚，用去离子水洗净刚玉坩埚，加入70mL高氯酸，高温煮沸，待快干固时取下，冷却2分钟，以20mL热盐酸（1+1）酸化，加入20mL水并加热至沸，冷却至70℃左右，用糊状碳酸钡中和至氢氧化物沉淀刚出现(或二氧化碳气泡停止产生)，再加少许碳酸钡。此时烧杯底部应有少量碳酸钡出现，加热煮沸2min，取下冷却，移入100mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，干过滤。吸取25.00mL滤液于50mL容量瓶中，依次加入5mL500g/L乙酸铵溶液、2.5ml盐酸(1+4)、6mL10g/L显色剂溶液，用水定容，于暗处放置12h(或过夜)，以试样空白为参比，用2cm吸收皿，于420m处测量其吸光度，从工作曲线上查出相应的三氧化二硼的质量。

1.4 工作曲线的绘制

分别取omL、1.00mL,2.0omL、3.00mL，4.0mL、5.00mL、6.0mL三氧化二硼标准溶液，置于一组50mL容量瓶中，用水稀释至约25mL加入5mL500g/L乙酸铵溶液，以下同试样分析步骤。以试剂空白为参比，用2cm吸收皿，于420mm处测量其吸光度。以三氧化二硼的质量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。