工业分析chapter 5

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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%

2、)；高碳钢(C0.60%)（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、

3、铸钢、热轧钢、冷拉钢 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 0.05%称样量10g（两份）10g（一份）2-10g（硫量 0.001g-0.005g）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

4、 主要反应：3FeS+5O2=Fe3O4+3SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO2SO2+H2O=H2SO3H2SO3+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

5、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

6、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EDTA4g，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

7、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5mg2. 二氯化锡还原-磷钼蓝光度法 （1）测定原理3Fe3P+41HNO3=3H3PO4+9Fe(NO3)3+14NO+16H2OFe3P+13HNO3=H3PO3+3Fe(NO3)3+4NO+5H2O4H3PO3+HClO4=4H3PO4+HClH3PO4+12(NH4)MoO4

8、+21HNO3=(NH4)3P(Mo3O10)4+21 NH4NO3+12H2O(NH4)3P(Mo3O10)4+4SnCl2+3HNO3+8HCl=(MoO24Mo O3)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，反萃至水相中，测定吸光度。 2 测定步骤(1)称取试样含量范围0.001-0.010.01-0.030.03-0.05试样 量/g1.000

9、0.30000.2000加硝酸体积/mL402520高氯酸体积/mL15105(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+ 2H2OH4SiO4=SiO2+2H2OSiO2+4HF=SiF4+2H2O2. 测定步骤3. 结果

10、计算4. 注意事项 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）

11、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、铈试样分析3. 结

12、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+4HNO3=2M

13、n(NO3)2+5NaNO3 + 3H2O2. 测定步骤 (1)亚砷酸钠-亚硝酸钠标准溶液浓度标定(2)试样分析锰量/%试样量/g0.10-1.000.50001.00-2.500.25003. 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

14、滴氢氟酸 生铁试样用硝酸溶解时加3-4滴氢氟酸 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 1.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

15、金分析方法综述 （一）铜的测定1. 电解法 （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 1. 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

16、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-聚乙二醇辛基苯基醚分光 光度法2. EDTA滴定法3. 极谱法（四） 锌的测定 1. 火焰原子吸收光谱法 2. 4-甲基-戊酮-2萃取分离-EDTA滴定法 3. 载体沉淀分离-EDTA滴定法 4. 分光光度法 PAN光度法 二苯硫腙光度法 5. 萃