知识点钢铁中的五大元素分析冶金分析技术94课件

模块四：钢铁分析任务一钢铁中五大元素分析知识点：钢铁中的五大元素分析课程：冶金分析技术1、燃烧-气体容量法（1）基本原理试样置于高温管式炉中加热并通氧燃烧，碳氧化生成二氧化碳，混合气体经除硫后收集于量器管中，然后以氢氧化钾溶液吸收其中的二氧化碳，吸收前后体积差即为二氧化碳体积。同时硫生成二氧化硫。一、钢铁中碳的测定一、钢铁中碳的测定

主要方程式如下：

C+O2=CO24Fe3C+13O2=4CO2+6Fe2O3

Mn3C+3O2=CO2+Mn3O3FeS+5O2=Fe3O4+3SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO2（2）仪器

一、钢铁中碳的测定一、钢铁中碳的测定（3）分析步骤将炉温升至1200～1350℃，检查管路及活塞是否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器及操作。称取适量试样置于瓷舟中，将适量助熔剂覆盖于试样上面，打开玻璃磨口塞，将瓷舟放入瓷管内，用长钩推至高温处，立即塞紧磨口塞。预热lmin，按照定碳仪操作规程操作，测定其读数(体积或含量)。打开磨口塞，用长钩将瓷舟拉出，即可进行下一试样分析。（4）分析结果的计算

（1）当标尺刻度单位是毫升时A－温度是16℃，气压101.3kPa，每毫升二氧化碳中含碳量，g；V－吸收前后体积差，即二氧化碳的体积，mL；f－温度、气压补正系数；m－试样的质量，g。一、钢铁中碳的测定（4）分析结果的计算

（2）当标尺的刻度是碳含量时A－温度是16℃，气压101.3kPa，每毫升二氧化碳中含碳量，g；f－温度、气压补正系数；m－试样的质量，g；X－标尺读数（含碳量）；20－标尺读数换算成二氧化碳气体体积的系数。一、钢铁中碳的测定2、燃烧-库仑法（1）基本原理在氧气炉中将试样燃烧，将生成的二氧化碳混合气体导入已调好固定pH的（A态）高氯酸钡吸收溶液中，由于二氧化碳的反应，使溶液pH改变（A态）。然后用电解的办法生成的H+，使溶液H回复到A态。根据法拉第电解定律，通过电路设计，使每个电解脉冲具有恒定电量，相当于0.5×10－6g碳，从而实现了数显浓度直读、自动定碳的目的。一、钢铁中碳的测定1、燃烧-碘量法（1）方法原理铁试样于1250～1350℃的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点:二、钢铁中硫的测定

燃烧：4FeS+O2=2Fe2O3+4SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO2吸收：SO2+H2O=H2SO3滴定：KIO3+5KI+6HCl=3I2+6KCl+3H2OH2SO3＋I2+H2O=H2SO4+2HI二、钢铁中硫的测定（2）仪器装置二、钢铁中硫的测定滴定管吸收杯球形管（3）测定步骤将炉温升至1200～1350℃，检查装置是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液（硫小于0.01%用低硫吸收杯，加20mL吸收液；硫大于0.01%用高硫吸收杯，加60mL吸收液），以600～1500mL/min的流速通氧，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不褪，作为终点色泽，关闭氧气。二、钢铁中硫的测定（3）测定步骤称取适量试样，置于瓷舟中，加入适量助熔剂，将瓷舟推至高温处，预热0.5～1.5min，通氧，控制氧速为1500～2000mL/min，燃烧后的混合气体导入吸收杯中，使淀粉吸收液蓝色开始消褪，立即用碘酸钾标准溶液滴定并使液面保持蓝色，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽相同，间歇通气后，色泽不变即为终点。二、钢铁中硫的测定（4）结果计算

T—碘酸钾标准溶液对硫的滴定度，g/mL；V—滴定试样所消耗碘酸钾标准溶液的体积，mL；V0—滴定空白时所消耗碘酸钾标准溶液的平均体积，mL；m—试料的质量，g。

二、钢铁中硫的测定2、燃烧-酸碱滴定法（1）方法原理试样在1250～1300℃及有助熔剂存在下通入空气灼烧，试样中所含的硫、硫化物和硫酸盐均转变成二氧化硫逸出。用过氧化氢的水溶液吸收，生成的硫酸用氢氧化钠标准滴定溶液滴定，用甲基红－溴甲酚绿混合指示剂，终点由红色变为绿色。二、钢铁中硫的测定（2）结果计算

T－每毫升标准溶液相当于硫的百分含量；V－消耗标准溶液的体积，mL；W－试样质量，g。二、钢铁中硫的测定1、硝酸铵氧化还原滴定法

（1）原理试样经酸溶解后，在硫酸微冒烟状态下，用硝酸铵将锰定量氧化至三价，以N－苯代磷铵基苯甲酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴水滴定。钒、铈有干扰必须予以校正。三、钢铁中锰的测定（2）结果计算

C－硫酸亚铁铵标准滴定溶液物质的量浓度，mol/L;m0－称样量，g；V1-滴定所消耗硫酸亚铁铵标准滴定溶液校正后的体积，mL；0.05494－1.00mL1.000mol/L硫酸亚铁铵标准滴定溶液相当于锰的摩尔质量，g/mol。三、钢铁中锰的测定2、过硫酸铵光度法

（1）原理试样以酸溶解，在酸性溶液中，二价锰在硝酸银存在下，用过硫酸铵氧化为红色的高锰酸测量吸光度。三、钢铁中锰的测定（2）试剂与仪器①硝酸—硝酸银混合溶液：取硝酸银3g溶解于1000mL硝酸（1：3）溶液中。②过硫酸铵（30％）。③分光光度计。三、钢铁中锰的测定（3）分析步骤称取试样（钢0.1g、铁0.05g），于50mL烧杯中，加硝酸—硝酸银混合溶液5mL，低温加热溶解2分钟，待试样溶完后，加过硫酸铵5mL，氧化30秒，立即加水40mL摇匀，静置5分钟，以1cm或2cm比色皿于530nm处比色，以相近的标样换算结果。三、钢铁中锰的测定（4）注意事项

①凡是硝酸溶解样品时，要不断摇动加速溶解，并驱尽氮氧化物，否则生成的高锰酸有被破坏之可能，使结果不稳。②加入过硫酸铵后，须严格控制加热时间，否则结果不稳。三、钢铁中锰的测定1、磷钼蓝光度法原理

在适当的酸度和钼酸铵浓度下，于高温下形成磷钼酸并用氟化钠－二氯化锡混合液还原为磷钼蓝，以此进行光度法测定。四、钢铁中磷的测定1、磷钼蓝光度法原理

在适当的酸度和钼酸铵浓度下，于高温下形成磷钼酸并用氟化钠－二氯化锡混合液还原为磷钼蓝，以此进行光度法测定。四、钢铁中磷的测定2、实验步骤

称取生铁或铸铁试样0.5g，加入混合酸85mL，过硫酸铵溶液4mL，加热溶解，再加过硫酸铵溶液4mL，煮沸约2min（此时应有二氧化锰析出），加亚硫酸钠溶液2mL，煮沸还原二氧化锰并分解过量的过硫酸铵，冷却，移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。四、钢铁中磷的测定2、实验步骤

吸取试液10.00mL，用刻度吸管加1mLL硫酸溶液（1＋1），亚硫酸钠溶液1mL，煮沸，取下立即加钼酸铵－酒石酸钠溶液5mL，氟化钠－二氯化锡20mL，放置3～6min，然后于水浴中冷却至室温，于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。于660nm处测定吸光值。四、钢铁中磷的测定3、结果计算

V1－分取试样的体积，mL；V－试液总体积，mL；m1－从工作曲线上查得磷含量，g；m0－试样质量，g。四、钢铁中磷的测定

目前钢铁中硅的测定方法很多，主要有重量法，滴定法，光度法等。重量法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广等特点。光度法具有简单、快速、准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。其中应用最多的是硅钼蓝光度法。五、钢铁中硅的测定1、硅钼蓝光度法原理

试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸:3FeSi+l6HNO3=3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO

+2H2OFeSi+H2SO4+4H2O=FeSO4+H4SiO4+3H2

加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其与H4SiO4反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸(硅钼黄)，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝，于波长810nm处测定硅钼蓝的吸光度。本法适用于铁、碳钢、低合金钢中0.030～l.00%酸溶硅含量的测定。五、钢铁中硅的测定2、主要试剂与仪器

(1)试剂

①纯铁（硅的含量小于0.002%）；

②钼酸铵溶液（50g/L）；③草酸溶液(50g/L)④硫酸亚铁铵溶液(60g/L)；

⑤硅标准溶液(20

g/mL)(2)仪器721等类型的光度计。五、钢铁中硅的测定3、分析步骤

称取试样0.1g左右，置于150mL烧杯中。加入30mL硫酸(1+17)，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。煮沸，滴加高锰酸钾溶液（40g/L)至析出二氧化锰水合物沉淀。再煮沸约lmin，滴加亚硝酸钠溶液(100g/L)至试验溶液清亮，继续煮沸lmin～2min(如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过滤，用热水洗涤)。冷却至室温，将试验溶液移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。五、钢铁中硅的测定3、分析步骤

移取10.00mL上述试验溶液二份，分别置于50mL容量瓶中(一份作显色溶液用，一份作参比溶液用)。

显色溶液小心加入5.0mL钼酸铵溶液，混匀。放置15min或沸水浴中加热30s，加入l0mL的草酸溶液，混匀。待沉淀溶解后30s内，加入5.0mL的硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。五、钢铁中硅的测定3、分析步骤

参比溶液加入10.0mL草酸溶液、5.0mL钼酸铵溶液、5.0mL硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。将显色溶液移入lcm吸收皿中，以参比溶液为参比，于分光光度计波长810nm处测量溶液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，可于680nm处测量。五、钢铁中硅的测定3、分析步骤

工作曲线绘制移取数份与已知其硅含量的纯铁或低硅标样作低样。移取0、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL硅标准溶液(20g/mL)，分别置于上述数份低样中，以下按分析步骤进行。用硅标准溶液中硅量和纯铁中硅量之和为横坐标，测得的吸光度值为纵坐标，绘制工作曲线。五、钢铁中硅的测定4、结果计算

式中ω（Si）—硅的质量分数

m1—从工作曲线上查得的硅量，g；

V1—移取试验溶液的体积，mL；

V0—试验溶液的总体积，mL

m—称样量，g。五、钢铁中硅的测定