第13章钢铁分析-新

1、第十三章第十三章 钢铁分析钢铁分析 本章参考书本章参考书v1.工业分析工业分析李广超编，化学工业出版社，李广超编，化学工业出版社，2007v2.钢铁及原材料的原子吸收光谱分析钢铁及原材料的原子吸收光谱分析 中中国科学技术情报研究所编，科学技术文献出国科学技术情报研究所编，科学技术文献出版社，版社，1978v3.钢铁产品标准化工作手册钢铁产品标准化工作手册冶金工业部冶金工业部情报标准研究总所钢铁标准室编情报标准研究总所钢铁标准室编 ，中国标准，中国标准出版社，出版社，1990 13-1 概述概述 铁矿石与焦炭、石灰石按一定比例配合，铁矿石与焦炭、石灰石按一定比例配合，经高温煅烧、冶炼，铁矿石被焦

2、炭还原，经高温煅烧、冶炼，铁矿石被焦炭还原，生成生铁生成生铁。生铁再与其他辅料配合，进一生铁再与其他辅料配合，进一步冶炼得到钢。生铁与钢的步冶炼得到钢。生铁与钢的主要区别主要区别在于在于杂质含量不同杂质含量不同（生铁（生铁7%；钢；钢3% ）。）。碳碳是决定钢铁性能的主要元素之一。是决定钢铁性能的主要元素之一。生铁生铁 C % 1.7 6.67钢钢 C % 0.2 1.7熟铁熟铁(纯铁纯铁) C % 2% 2% 铸造铸造白口生铁白口生铁 4% 炼钢炼钢vS 以以FeS 形式夹杂于钢铁晶粒间，钢铁具有形式夹杂于钢铁晶粒间，钢铁具有“热脆性热脆性”； P以以Fe3P形式存在，硬度大，形式存在，硬度

3、大，难加工，钢铁具有难加工，钢铁具有“冷脆性冷脆性”。vC、Si、Mn、S、P五元素含量是冶金、五元素含量是冶金、机械工业生产必须机械工业生产必须控制的指标，对于确控制的指标，对于确定钢铁型号及用途至关重要。而对于定钢铁型号及用途至关重要。而对于各各种合金钢，其金属离子测定视要求进行。种合金钢，其金属离子测定视要求进行。13-2 总碳的测定总碳的测定 碳是钢铁中的重要元素，是区分钢、铁的主碳是钢铁中的重要元素，是区分钢、铁的主要元素之一，是决定钢号的依据。碳在钢铁要元素之一，是决定钢号的依据。碳在钢铁中存在形成有化合碳和游离碳；化合碳一般中存在形成有化合碳和游离碳；化合碳一般能溶于热、稀能溶于

4、热、稀HNO3，游离碳不溶解。生铁游离碳不溶解。生铁样品须测定游离碳，可将样品溶于热、稀样品须测定游离碳，可将样品溶于热、稀HNO3，不溶物用不溶物用测定总碳的方法测定游离测定总碳的方法测定游离碳。碳。化合碳化合碳 = = 总碳总碳 - - 游离碳游离碳 钢铁样钢铁样 CO2+SO2+金属氧化物金属氧化物 用活性用活性MnO2脱掉脱掉SO2，测测CO2及过量及过量O2体积，混体积，混合气体通过合气体通过KOH后测得体积差后测得体积差V即即CO2： C%=V为生成为生成CO2在测定条件下体积；在测定条件下体积；f为为将实测体积校将实测体积校正为正为760 mmHg，16时的校正系数；时的校正系数

5、；0.0005为为760 mmHg，16时每毫升时每毫升CO2重量（重量（g/mL）CO0212501150%1000005.0GfV钢铁定碳仪钢铁定碳仪13-3 硫的测定硫的测定 碳素钢碳素钢0.05%；优质钢；优质钢0.02%; 锰钢锰钢0.15%; 生铁生铁 0.35%燃烧碘量法燃烧碘量法 SO2+H2O=H2SO3IO3+5I+6H+=3I2+3H2OI2+H2SO3+H2O=2 I+H2SO4+2H+ 21300125002SOCO钢铁样中硫vC、V分别为分别为KIO3标液的浓度和体积；标液的浓度和体积；G为为试样量试样量%100100006.3231%GCVS炉前炉前CS快速分析快

6、速分析 样品通氧燃烧后生成样品通氧燃烧后生成CO2和和SO2，先用碘标先用碘标液滴定生成的液滴定生成的SO2，再用非水滴定法测定生再用非水滴定法测定生成的成的CO2。 C2H5OH+KOH=C2H5OK+H2O C2H5OK +CO2=C2H5KCO3 碳酸钾乙酯。碳酸钾乙酯。指示剂为：百里酚酞百里香酚兰。指示剂为：百里酚酞百里香酚兰。13-4 磷的测定磷的测定 生铁生铁0.3%碳素钢碳素钢0.06%；优质钢；优质钢0.03%;轧辊钢轧辊钢0.4-0.5%; 炼钢或铸造用磷铁炼钢或铸造用磷铁15-20%。 PH3PO4 磷钼酸磷钼酸H3P(Mo3O10)4 测定（测定（不同方法不同方法）磷钼蓝

7、光度法磷钼蓝光度法max 660nm43232SnCl41033mol/LHNO1 . 18 . 043POH)4Mo(2Mo)OP(MoH233还原钼酸盐）酸溶（钢样POHHNO在在0.8mol/L1.1 mol/LHNO3酸度下酸度下H3PO4+12H2MoO4 = H3P(Mo3O10)4+12H2O 黄色磷钼杂多酸（磷钼黄）黄色磷钼杂多酸（磷钼黄）H3P(Mo3O10)4 +4Sn2+8H+ = (2MoO24MoO3)2H3PO4+4Sn4+4H2O （蓝色）磷钼蓝蓝色）磷钼蓝13-5 硅的测定硅的测定v钢铁中的硅以钢铁中的硅以FeSi、Fe2Si、FeMnSi的形态存的形态存在，含

8、量一般小于在，含量一般小于1。v测定的方法有测定的方法有SiO2重量法重量法、K2SiF6容量法容量法、硅硅钼蓝比色法钼蓝比色法。)O(MoOSiMoH)OSi(MoH572528Fe6728)3 . 17 . 0(4423还原钼酸盐）酸溶（钢样pHHNOSiOH在在pH = 0.71.3条件下条件下3FeSi+16HNO3=3Fe(NO3)3+3H4SiO4+ 2H2O+7NOH4SiO4+12H2MoO4=H8Si(Mo2O7)6+ 10H2O 硅钼黄硅钼黄 H8Si(Mo2O7)6+4FeSO4+2H2SO4 =H8SiMo2O5(Mo2O7)5 +2Fe2(SO4)3+2H2O 硅钼蓝

9、硅钼蓝13-6 锰的测定锰的测定v测定方法：测定方法：容量法和光度法容量法和光度法1、容量法容量法溶样溶样 、氧化、氧化 、滴定（亚砷酸钠滴定（亚砷酸钠-亚硝酸钠）亚硝酸钠）Mn2+Ag+(NH4)2S2O8MnO4-v3Mn3C+28HNO3=9Mn(NO3)2+10NO+ 3CO2+14H2Ov3MnS+14HNO3=3Mn(NO3)2+8NO+ 3H2SO4+4H2Ov2Ag+S2O82-+2H2O=Ag2O2+2H2SO4v5Ag2O2+2Mn2+4H+=10Ag+2MnO4-+2H2O5AsO33- + 2MnO4- + 6H+ = 5AsO43- + 2Mn2+ + 3H2O5NO

10、2- + 2MnO4- + 6H+ = 5NO3-+ 2Mn2+ + 3H2O v亚砷酸钠还原具有优良的选择性，但不能将亚砷酸钠还原具有优良的选择性，但不能将七价锰完全还原成二价锰，部分七价锰可能七价锰完全还原成二价锰，部分七价锰可能被还原为三价或四价锰。亚硝酸钠作还原剂，被还原为三价或四价锰。亚硝酸钠作还原剂，可以将七价锰定量还原为二价锰，但反应速可以将七价锰定量还原为二价锰，但反应速度缓慢，而且亚硝酸钠本身不稳定。以亚砷度缓慢，而且亚硝酸钠本身不稳定。以亚砷酸钠酸钠亚硝酸钠混合溶液作还原剂，亚砷酸钠亚硝酸钠混合溶液作还原剂，亚砷酸钠选择性好而且滴定反应速度快，亚硝酸钠使选择性好而且滴定反应

11、速度快，亚硝酸钠使锰（锰（VII）几乎完全被还原为锰（）几乎完全被还原为锰（II）。）。 2、光度法、光度法 利用样品处理后生成的利用样品处理后生成的MnO4-有色有色，在，在max = 530 nm测定（注意测定（注意参比的选择参比的选择）。）。当溶液中有大量当溶液中有大量Fe3+及其它有色离子干扰及其它有色离子干扰时，参比溶液如何选择？选择褪色后的时，参比溶液如何选择？选择褪色后的溶液作参比。溶液作参比。13-7 ICP发射光谱法测定钢铁中的五发射光谱法测定钢铁中的五害元素害元素 v等离子体技术是几乎克服了传统方法的大多等离子体技术是几乎克服了传统方法的大多数缺点，被称为当代分析技术的重大

12、发展。数缺点，被称为当代分析技术的重大发展。v ICP光谱仪广泛应用于冶金分析中，用于从光谱仪广泛应用于冶金分析中，用于从超微量到常量的定性或定量分析。超微量到常量的定性或定量分析。v特点：测试速度快、测量范围宽、分析结果特点：测试速度快、测量范围宽、分析结果准确可靠等。准确可靠等。 v低合金钢及碳素钢中五害元素低合金钢及碳素钢中五害元素As、Sn、Pb、Sb、Bi的的ICP光谱分析方法。光谱分析方法。v本方法适用于钢样，样品能溶于混合酸。本方法适用于钢样，样品能溶于混合酸。v测定范围：测定范围：As 0.0005 0.05%，Sn 0.002 0.10%，Pb 0.002 0.10%，Sb

13、0.0005 0.05%，Bi 0.0005 0.05%v等离子体的一般概念等离子体的一般概念 等离子体指的是离子、电子、中性粒子组等离子体指的是离子、电子、中性粒子组成的气体。在等离子体中，净电荷为零。成的气体。在等离子体中，净电荷为零。通常用氩形成等离子体。氩离子和电子是通常用氩形成等离子体。氩离子和电子是主要导电物质。一般温度可以达到主要导电物质。一般温度可以达到6000-10000K。v试样经盐酸、硝酸溶解定容后进入雾化器雾试样经盐酸、硝酸溶解定容后进入雾化器雾化，被氩气带入等离子体后，经过等离子体化，被氩气带入等离子体后，经过等离子体干燥、原子化、进行原子或离子发射，发射干燥、原子化

14、、进行原子或离子发射，发射其特征光谱。其特征光谱。 13-8 铁的分析铁的分析GB：用：用SnCl2TiCl3法（防止污染）法（防止污染）W(VI)W(V)钢样NaF+HCl或HClFe2+Fe3+SnCl2TiCl3以W(VI)作为还原指示剂Fe2+K2Cr2O7滴定二苯胺磺酸钠为指示剂方程式方程式v1、溶样：、溶样：Fe2O3+6HCl 2FeCl3+3H2O FeSiO3+4NaF+6HClFeCl2+4NaCl+SiF4+3H2O FeOFe2O3+8HCl 2FeCl3+ FeCl2 +4H2O FeCO3+2HCl FeCl2+CO2+H2O 2Fe3+Sn2+ 2Fe2+Sn4+

15、v2、还原：还原：2FeCl3+SnCl2=2 FeCl2+ SnCl4 Fe3+Ti3+H2O= Fe2+Ti O2+2H+3、过量过量1d Ti3+将六价钨（无色）还原为五将六价钨（无色）还原为五价钨（蓝色）价钨（蓝色）4、滴定、滴定6FeCl2 + K2Cr2O7 + 14HCl = 6FeCl3 + 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O m.)VV(m.)VV)(OCrK( c)Fe(w0027924010008555600722v（1）加入磷酸能与）加入磷酸能与Fe3+离子生成无色络离子，离子生成无色络离子，可防止可防止Fe3+离子对指示剂的氧化作用，并可离子对指示剂的氧化作用，

16、并可消除三氯化铁的黄色影响使终点明显。同时消除三氯化铁的黄色影响使终点明显。同时由于由于Fe(HPO4)2-的生成，降低了的生成，降低了Fe3+/Fe2+电对电对的电位，使化学计量点附近的电位突跃增大，的电位，使化学计量点附近的电位突跃增大，提高了结果的准确度。加入提高了结果的准确度。加入1 mL浓硝酸辅助浓硝酸辅助分解样品，如试样含硅量较高时，可加入分解样品，如试样含硅量较高时，可加入1 2 d氢氟酸溶解残渣以使难溶样品溶解完全。氢氟酸溶解残渣以使难溶样品溶解完全。v（2）温度太低，溶样时间长，易形成焦磷酸盐沉）温度太低，溶样时间长，易形成焦磷酸盐沉淀，使分析结果偏低；温度太高时，冒白烟快，淀，使分析结果偏低；温度太高时，冒白烟快，FeCl3挥发，造成损失。挥发，造成损失。v（3