工业分析Chapter 5.ppt

1、第五章 金属材料分析,一、金属材料的分类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属、特种金属材料 黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%-4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金，广义的黑盒金属包括铬、锰及其合金。 有色金属又称非铁金属，指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，如铜、铅、锌、铝、镁、镍、锡、锑、金、银及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金。 特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能材料。,二、钢铁的分类（一）钢的分类1. 按化学成分分类（1）碳素钢：低碳钢(C0.25%);中碳钢(C0.025%-0.60%)；高碳钢(C

2、0.60%) （2）合金钢：低合金钢(合金元素总含量5%);中和金钢(合金元素总含量5%-10%)；高合金钢(合金元素总含量10%) （3）微合金化钢：微合金化低合金高强度钢，是在低碳钢或低合金高强度钢中刚加入一种或多种能形成碳化物、氮化物或碳氮化物的微量合金元素的钢,2. 按质量等级分类 普通质量钢（磷含量0.045%，硫含量0.055%） 优质钢（磷含量、硫含量0.035%） 特殊质量钢（磷含量0.035%，硫含量0.030%） 3. 按冶炼方法和脱氧程度分类 转炉钢、电炉钢、沸腾钢 4. 按用途分类 建筑及工程用钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢 5. 按成形方法分类 锻钢、铸钢、热轧钢、冷

3、拉钢 6. 按金相组织分类 奥氏体型钢、奥氏体型钢-铁素体型钢、铁素体型钢、马氏体 型钢、亚共析钢、共析钢,（二）生铁分类 生铁是含碳量高于2%的铁碳合金，通常按用途分为炼钢生 铁和铸造生铁。 炼钢生铁： 用于炼钢的生铁，含碳量4%，含硅量 1.75% 含硫量0.07%，因其断口呈白色，也称白口铁。 铸造生铁：用于铸造各种生铁、铸铁件的生铁，俗称翻砂 铁，含碳量2.8%-3.5%，含硅量 3.75%，含硫 量0.06%，因其断口呈灰色，也称灰口铁。,三、有色金属材料 有色金属分为有色纯金属、有色合金、有色材三大类。 有机纯金属：重金属、轻金属、贵金属、半金属、稀有金属,四、金属材料分析的特点及

4、内容 金属材料分析是从金属物料（矿石、矿物、中间产物、和产品）中获取化学组成、存在形态和信息的技术，为工业科技和生成服务，也是衡量工业科技和生产水平的重要标志。 钢铁分析包括原材料分析、生产过程控制分析、合金成分及杂质含量分析等，主要指碳、硅、硫磷、锰的分析。 有色金属材料分析包括主体元素分析、合金成分及杂质含量分析。,2 钢铁中碳的测定,一、概述 碳是钢铁的重要元素，它对钢铁的性能影 响很大，碳是区别铁与钢，决定钢号、品质的 主要标志。总碳量的测定通常是将试样置于高 温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳进行分 离、富集后测定。目前，测定碳的方法有气体 容量法、吸收重量法、电导法、电量法、非水

5、滴定法、色谱法、微压法和红外吸收法。,二、钢铁中总碳的测定 （一） 燃烧-气体容量法 1 测定原理,2 测定步骤 仪器安装见课本p83图5-1 样品测定 设定温度：将炉温升至1200-1300 ； 称取试样：含碳1.5%以下称取0.5000- 2.000 g， 1.5%以上称0.2000-0.5000g； 结果记录：记录定碳仪量气管的刻度。,3 结果计算 (1)刻度标尺:钢铁定碳仪量气管的刻度通常是在101.325 kPa和16时按每毫升CO2相当于每克试样含碳0.05%刻制的，每1.00 mL二氧化碳相当于每1.000 g试样中含碳0.000500 g。 (2)压力温度校正系数 实际测定中，

6、当测量气体体积的温度、压力和量气管刻度规定的温度、压力不同时，需要加以校正，即将读出的刻度乘以压力温度校正系数。,（3）计算碳含量 当标尺刻度单位是毫升时按(5-2)式计算 当标尺刻度是碳含量时按(5-3)式计算 按标样换算按(5-4)式计算,4. 注意事项 (1) 温差的影响 温差是指测定过程中冷凝管、量气管和吸收管三者之间温度上的差异。对于这种差异，气体的体积变化极为敏感，给测量带来很大的误差。 (2) 碳的氧化 钢铁试样的种类和结构不同，各种碳化物完全转化为二氧化碳的温度也不同，因此控制好燃烧温度，使碳完全转化，是保证测定结果准确的的关键。,（二）燃烧-非水滴定法 测定原理 试样在高温管

7、式炉内通氧气燃烧生成的二氧化 碳，导入乙醇-乙醇胺混合溶液吸收，然后以百里 酚酞-甲基红为指示剂，用乙醇-乙醇胺氢氧化钾的 标准溶液滴定。燃烧时产生的SO2，对测定碳有干 扰，必须用除硫管去除SO2。,2 测定步骤 (1)安装仪器见课本p86 (2)样品测定:称样、通氧、燃烧、滴定 3 结果计算,（4）注意事项 滴定体系 影响因素 蓬松卷样要在小钢钵中砸扁 含铬2%以上的样品，把锡粒与铝硅热剂加入试样底部 间隔测定时测定前需重新调到紫蓝色 吸收杯长期不用时要清洗，且在其后装8w日光灯便于观察终点 只能用含碳量相近的钢铁样品求滴定度,3 钢铁中硫的测定,一、概述 硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重

8、 量法用于测定高硫试样。燃烧滴定法具 有简单、快速、准确及适应面广的特点， 被广泛采用，它也是国内外的标准方法。,二、钢铁中硫的测定 氧化铝色谱分离-硫酸钡重量法 （1）测定原理 在有溴的情况下，试样在稀硝酸或盐酸-硝酸的混合酸中溶解，高氯酸驱赶，使硫转变为可溶性的硫酸盐，通过氧化铝色谱柱分离，以氨水淋洗，加氯化钡沉淀硫酸根，过滤洗涤后灼烧称重，分析硫的含量。,（2）测定步骤,（3）结果计算,（4）注意事项 1. 试样硫含量不同，称样量不同,2. 试样含钨量大于5%，加高氯酸前必须将试样蒸发至小体积 3. 在加溴之前可先加高碳试样 4. 含钨、钛、铌试样，高氯酸冒烟后用慢速滤纸过滤 5. 沉淀

9、时可加入少许乙醇降低硫酸钡溶解度 6. 氧化铝色谱柱制备注意事项,（二） 燃烧-碘量法 1. 测定原理 主要反应：3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2 3MnS+5O2=Mn3O4+3SO2 SO2+H2O=H2SO3 H2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI 或 KIO3+5KI+6HCl+3H2SO3=3H2SO4+6KCl+6HI 指示终点：,2. 测定步骤 (1)仪器装置见课本p91 (2)样品测定 升炉温、称样、通氧、吸收、滴定 3. 结果计算,（4）注意事项 提高二氧化硫的转化率需注意 控制试样燃烧温度 控制氧气流速 适当预热 选用优良溶剂 试样尽量细、薄 消除测定过程中对二

10、氧化硫的吸附 防止二氧化硫的进一步氧化 滴定速度控制适当 淀粉液的配制煮沸时间不宜太长 测定硫含量一般要进行二次通氧,(三)总碳硫含量的测定-高频感应炉燃烧后红外吸收法 1 测定原理 碳和硫在氧气中氧化成相应氧化物，利用其氧化物的红外光谱进行测量。 2 测定方法：红外法测定碳、红外法测定硫 3 测定步骤： a.仪器调试 组装仪器；检查气密性； b.试料 试料粒度大小一致，不能小于0.4mm，不能有 油、油脂、及其他污染物； c.校准 建立校准范围、调节测量系统的响应、测定空 白值、建立校准曲线； d.校准验证 e.样品分析,4 结果计算,4 钢铁中磷的测定,一、概述 钢铁中磷的测定方法一般是用

11、氧化性酸分解试样， 使磷转化为正磷酸，与钼酸铵反应生成黄色的磷钼 杂多酸铵络合物。,二、钢铁中磷的测定 （一）二安替比林甲烷-磷钼酸重量法 （1）测定原理 在0.24-0.60mol/L盐酸溶液中，加二安替比林 甲烷-钼酸钠混合沉淀剂，形成二安替比林甲 烷磷钼酸沉淀，过滤，洗涤后烘干至恒重， 再用丙酮-氨水溶解沉淀，再烘至恒重，由失 重求得磷量。,（2）测定步骤 称取试样（含磷0.02%-0.01%称0.5g；0.1%以上称0.2g），加酸10mL，加热溶解，加高氯酸10mL，蒸发至冒烟，加氢氟酸（1+2）2mL，再蒸发至冒烟，加盐酸-氢溴酸15mL，蒸发至浆状，冷却，加热水30mL，加EDT

12、A4g，硫酸铍10mL，用氨水调节pH34，用水稀释至100mL，保持微沸34min，加氨水10mL，再煮沸1min，过滤洗涤。沉淀以8mL热盐酸（1+1）溶解，稀释至100mL，加热至40100，加混合沉淀剂1015mL，搅拌静置，过滤，沉淀移至坩埚中，分别用盐酸、水洗涤，于110150烘干，继续洗涤两次，烘干至恒重。,（3）结果计算,（4）注意事项 含锰大于2%的试样 试样含钨时 试样含钛在5mg以上 含铌及钛量大于5mg,2. 二氯化锡还原-磷钼蓝光度法 （1）测定原理 3Fe3P+41HNO3=3H3PO4+9Fe(NO3)3+14NO+16H2O Fe3P+13HNO3=H3PO3+

13、3Fe(NO3)3+4NO+5H2O 4H3PO3+HClO4=4H3PO4+HCl H3PO4+12(NH4)MoO4+21HNO3=(NH4)3P(Mo3O10)4+21NH4NO3+12H2O (NH4)3P(Mo3O10)4+4SnCl2+3HNO3+8HCl=(MoO24MoO3)2H3PO4+2MoO2+4SnCl4+3NH4NO3+4H2O,（2）测定步骤,（3）结果计算,（4）注意事项 酸度的影响 硅的影响 铁的影响 砷的影响 锰、钒、铬的影响,（三） 乙酸丁酯萃取光度法 1 测定原理 在硝酸介质中，磷与钼酸铵生成的磷钼杂多酸可被乙酸丁酯萃取，用氯化亚锡还原磷钼杂多酸，反萃至水

14、相中，测定吸光度。 2 测定步骤 (1)称取试样,(2) 空白试验,(4) 工作曲线的绘制,3 结果计算,5 钢铁中硅的测定,一、概述,光度法：试样用稀硝酸溶解，调节至弱酸环境，硅酸与钼酸铵生成黄色硅钼杂多酸，再将其还原为硅钼蓝杂多酸，进行比色测定。 滴定法：在过量的F和K+存在下，氟硅酸钾在热水中定量水解放出氢氟酸，再用氢氧化钠标准溶液滴定。,二、钢铁中硅的测定 （一）高氯酸脱水重量法 1. 测定原理 3FeSi+16HNO3=3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO+2H2O H4SiO4=SiO2+2H2O SiO2+4HF=SiF4+2H2O,2. 测定步骤,3. 结果计算 4. 注

15、意事项 氢氟酸处理之前必须有适量硫酸存在 消除硼的干扰 含钨试样沉淀应高温灼烧，然后与800恒重,（二） 草酸-硫酸亚铁硅钼蓝光度法 1. 测定原理,2. 测定步骤 (1)试验量 称取试样准确至0.1mg，控制其硅量为100-1000ug (2)测样 溶解样品 制备试液 显色 测吸光度 从标准曲线上查出相应的硅量 (3)绘制标准曲线 以硅标准溶液中硅含量和纯铁中硅含量之和为横坐标，测 得吸光度为纵坐标，绘制标准曲线,3. 结果计算,4. 注意事项 硅钼杂多酸形成条件 对硅酸形态的要求 酸度和钼酸盐浓度 温度和时间 试剂加入顺序 硅钼杂多酸还原 干扰及消除 提高还原酸度 使用配合掩蔽剂,（三）

16、硅钼蓝-丁基罗丹明B光度法 1. 测定原理,2. 测定步骤,6 钢铁中锰的测定,一、概述 滴定法:过硫酸铵或高碘酸钾将Mn()氧化成 MnO4-，再用还原剂滴定。 分光光度法：酸性介质中，将Mn()氧化成 MnO4-，再进行光度测定 原子吸收光谱法：测定范围0.04%-1.5%,二、钢铁中锰含量的测定 （一）硝酸铵氧化滴定法 1. 测定原理 锰被定量氧化至三价，以N-苯代邻氨基苯甲酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。 2. 测定步骤 （1）硫酸亚铁铵标准溶液的标定 （2）N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂的校正 （3）试样分析：钒、铈对测定结果有影响，试样分 析分为不含钒、铈试样分析和含钒、铈试样分

17、析,3. 结果计算,（二） 亚砷酸钠-亚硝酸钠滴定法 1. 测定原理 MnS+H2SO4=MnSO4+H2S 3MnS+14HNO3=3Mn(NO3)2+3H2SO4+8NO+4H2O 3Mn3C+28HNO3=9Mn(NO3)2+3CO2+10NO+14H2O 2AgNO3+(NH4)2S2O8=Ag2S2O8+2NH4NO3 Ag2S2O8+ 2H2O=Ag2O2+2H2SO4 5Ag2O2+2Mn(NO3)2+6HNO3=2HMnO4+ 10AgNO3+ 2H2O 5Na3AsO3+2HMnO4+4HNO3=2Mn(NO3)2+5Na3AsO4+ 3H2O 5NaNO2+2HMnO4+4

18、HNO3=2Mn(NO3)2+5NaNO3 + 3H2O,2. 测定步骤 (1)亚砷酸钠-亚硝酸钠标准溶液浓度标定 (2)试样分析,3. 结果计算,（4）注意事项 当试样含铬量大于5mg 生铁试样 当试样含铬量大于5mg 加入磷酸的作用 锰的氧化 铬的干扰消除 滴定后溶液加入1滴0.16%高锰酸钾溶液检验滴定是否过量,（三） 高碘酸钠（钾）氧化光度法 1. 测定原理 锰()被氧化成锰()，在530nm出测量吸光度，利用标 准曲线计算锰含量 2. 测定步骤,3. 结果计算,4. 注意事项 称样量，锰标准溶液的加入量及比色皿的选取 高硅试样滴加3-4滴氢氟酸 生铁试样用硝酸溶解时加3-4滴氢氟酸

19、高钨试样或难溶试样可加磷酸-高氯酸混合酸 含钴试样用亚硝酸钠不褪色时，可剩余试样中加1滴亚硝酸钠溶液，测其吸光度，直至两次吸光度无变化。,（四）火焰原子吸收光度法 测定原理 原子吸收光谱仪在279.5nm处测定试样中锰的含量 2. 测定步骤 (1)试样量 称取试样0.5000g (2)空白试验 称取0.5000g纯铁，随同试样做空白试样 (3)测定 试样的处理 测定吸光度 绘制标准曲线 3. 结果计算,7 铜及铜合金分析,一、概述 纯铜是橙红色的金属，具有良好的导电性、延 展性、坚韧性，在干燥空气中稳定，在潮湿空气中 生成碱式碳酸铜。,二、铜及铜合金分析方法综述 （一）铜的测定 1. 电解法

20、（1）电解质量法 在含硫酸和硝酸的酸性介质中，在两电极间加 一个适当的电压使两极分别发生电解反应，阴极有 金属铜析出，电解结束时，分析阴极上析出铜的质 量。,（2）电解-原子吸收光谱法 电解析出试样溶解液中大部分的铜，溶 解液液中残留的铜用原子吸收光谱法测定。 （3）电解-分光光度法 电解析出试样溶解液中大部分的铜，溶 解液液中残留的铜用分光光度计测定。,（二）铅的测定 原子吸收光谱法 在酸性介质中，使用空气-乙炔火焰，在原子吸收光谱 仪283.3nm处，测定铅的含量。 2. 电解重量法 电解试样溶液，分析阴极析出二氧化铅的质量。 3. 铬酸铅沉淀-亚铁滴定法 定量硝酸分解试样，醋酸介质中，加入过量重铬酸钾标 准溶液，与铅定量反应生成沉淀，以邻苯氨基苯甲酸为指示 剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。,4. 二苯硫腙萃取光度法 在中性及氨性介质中，铅()与二苯硫腙反应生 成单取代配合物，用氯仿、四氯化碳或苯溶剂萃 取，风光光度计测铅含量。 5. 二甲酚橙光度法 硫酸介质中，一锶为载体沉淀分离铅。盐酸溶 解后，pH2-6条件下，铅()与二甲酚橙形成配合 物，分光光度法测其含量。,（三） 锡的测定 1. 苯基荧光酮-聚乙二醇辛基苯