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1、第六章 钢铁分析,6.1 金属矿石分析 6.2 钢铁分析 6.3 有色金属分析,6.1金属矿石分析,一、铁矿石中全铁的测定SnCl2-TiCl3-K2Cr2O7法,矿石用盐酸溶解后，在热的浓盐酸溶液中用SnCl2作还原剂，将试样中大部分的Fe()还原为Fe()，再用TiCl3还原剩余的Fe()，当全部的Fe()被定量还原为Fe()后，稍过量的TiCl3可用Na2WO4氧化去除，而Na2WO4则由无色被还原为钨蓝，然后用少量的稀K2Cr2O7溶液将过量钨蓝氧化，使蓝色刚好消失。在硫磷混酸介质中，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定至溶液呈紫色为终点。,6.1金属矿石分析,二、铜矿
2、石中铜的测定碘量法 在pH34的酸性溶液中，加入NH4HF2掩蔽铁，用碘化钾与试液中的Cu2+反应，生成难溶的CuI，同时析出相应的I2。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定.,6.1金属矿石分析,三、锰矿石中锰的测定 在pH6.57.5的焦磷酸钠介质中，用铂电极作指示电极，银电极作参比电极组成工作电池，用高锰酸钾标准溶液滴定试液中的Mn()至Mn().,6.1金属矿石分析,四、锌矿石中锌的测定 试样经酸分解，在pH56的乙酸-乙酸钠缓冲溶液中，以二甲酚橙为指示剂，用EDTA标准溶液滴定。,6.1金属矿石分析,五、铅矿石中铅的测定 试样用盐酸、硝酸分解，以硫酸沉淀铅而与其它元素分离，用乙酸
3、-乙酸钠缓冲溶液溶解后，控制溶液pH5.56.0，以二甲酚橙为指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色刚变为亮黄色为终点。,焦炭还原铁矿石 石灰石CaCO3除SiO2,铁矿石被焦炭还原生 成粗制铁成生铁,6.2钢铁分析,铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配合，经过高温煅烧、冶炼，则铁矿石被焦炭还原，生成粗制的铁，称生铁。反应历程较复杂，可用下式代表：,6.2钢铁分析,6.2钢铁分析,钢是碳含量低于2的铁碳合金，还含有少量的Si、Mn、S、P等杂质元素。若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。,加Ni、Cr、W、Ti等又分别
4、称为Ni钢、Cr钢、W钢、Ti钢。,6.2钢铁分析,加Cr耐热耐腐蚀性较强,多用于制造滚珠轴承或工具含Cr12.518%的铬钢或含铬0.61.75%、Ni1.25%的镍铬钢，又称不锈钢，可制高压锅。,Ni钢,加Ni增强钢的强度及韧性多用于承受冲击或强大压力的制件含Ni36%铸钢受热时几乎不膨胀可制精密仪器。,Cr钢,6.2钢铁分析,加W有极强的耐热性，受热至白热化仍不软化，常制运转的机件或刀具。 高速切削钢：含W 1518% V 13% Cr 25%合金钢,W钢,6.2钢铁分析,碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。,形态：两种,碳C,6.2
5、钢铁分析,碳是对钢性能起决定作用的元素,在钢中可作为硬化剂和加强剂。 对存在状态的影响： 灰口生铁，石墨C多，软而韧 白口生铁，化合物C多，硬而脆 碳素钢据C含量分三类，低、中、高碳素钢,6.2钢铁分析,主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi 存在在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。,硅Si,(1)增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性,(2) 促使C以游离态石墨状态，使钢利于流动性，易于铸造。,（3）一般生铁或碳素钢Si含量1%，电器用硅钢Si含量可达4%；特殊用途的硅铁、硅钢等合金，Si含量高达1295% 如：含Si12%，Mn20%的铁合金称硅
6、镜铁，主要用于炼钢脱氧剂。,6.2钢铁分析,1、来源 少量由原料矿石中引入，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入。 2 、形态 钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。,锰Mn,增强钢的硬度，减弱延展性。,6.2钢铁分析,如含锰0.8% - 14%为各种型号的高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。,生铁Mn0.5%-6% 锰钢中Mn0.8%，碳素钢 Mn0.30.8%，高锰钢高达13%-14%。,6.2钢铁分析,1 来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁 2 形态 主要以MnS或FeS状
7、态存在,硫S,3 性能 使钢产生“热脆性”有害成分 FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。,6.2钢铁分析,1 形态：以Fe2P或Fe3P状态存在 性能：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性”也是有害杂质作用(事物都有其另一面) P 流动性 易铸造 并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合 类型：生铁 P0.3%，一般碳素钢0.06% 优质钢0.03%，特殊用途：轧辊钢高达0.4 0.5%,磷P,6.2钢铁分析,试样在12001300的高温O2气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成CO2: C + O2 = CO2 4F
8、e3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2 3MnS + 5O2= Mn3O4 + 3SO2,62 碳的测定,一、燃烧-气体容积法(气体容量法),生成的CO2与过剩的O2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有KOH溶液的吸收器，吸收其中的CO2 CO2十2KOH = K2CO3十H2O 剩余的O2再返回量气管中，根据吸收前后容积之差，得到CO2的容积，据此计算出试样中碳的质量分数。,62 碳的测定,气体容量法定碳装置 l.氧气瓶，2.氧气表，3.缓冲瓶，4、5.洗气瓶，6.干燥塔，7.玻璃
9、磨口塞,8.管式炉，9.燃烧管，10.除硫管,11.容量定碳仪(包括: 冷凝管a 、量气管b、水准瓶c、吸收瓶d、小旋塞e、三通旋塞f、），l2.球形干燥管，13.瓷舟,14.温度自动控制器. 15. 供氧旋塞,62 碳的测定,助熔剂中含碳量一般不超过0.005%； 样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中； 定碳仪应装置在室温较正常的地方(距离高温炉约300500mm)； 对测定含硫量较高的试样(大于0.2%)，应增加除硫剂量或增加一个除硫管。,62 碳的测定,吸收器、水准瓶内溶液以及混合气体三者的温度应基本相同。 观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需重新分析。 吸收器中KOH溶液使用久后也应进行更
10、换，否则吸收效率降低，使测定结果偏低。 测定中应记录温度与大气压力，以确定补正系数f。,62 碳的测定,A温度16，气压101.3kPa，每毫升二氧化碳中含碳质量(g)。当用酸性水溶液作封闭液时，A=0.0005000g； V吸收前与吸收后气体的体积差，即二氧化碳体积，mL； f温度、压力校正系数，采用不同封闭液时其值不同； m试样质量，g。,62 碳的测定,二、燃烧后非水滴定法,试样在11501300的高温氧气流中燃烧，生成的气体经过除硫管除去SO2，导入乙醇-乙醇胺介质中，乙醇胺吸收CO2后生成2-羟基乙基胺甲酸，以百里酚酞-甲基红为指示剂，用乙醇钾滴定至溶液呈稳定的蓝色时即为终点。主要反
11、应如下： C2H5OH + KOH = C2H5OK + H2O CO2 + NH2C2H4OH = HOC2H4NHCOOH HOC2H4NHCOOH + C2H5OK = C2H5OCOOK + NH2C2H4OH,62 碳的测定,1-氧气瓶；2-储气筒；3,8-活塞；4-洗气瓶；5-干燥塔； 6-电弧炉；7-除硫管；9-流量计；10-吸收杯,62 碳的测定,622 硫的测定,硫的测定方法很多。经典的BaSO4重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。,燃烧碘酸钾容量法。,燃烧滴定法,燃烧酸碱滴定法。,碳硫分析仪,测定方法,
12、将钢铁试样于12501350的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为SO2，将生成的SO2用淀粉的水溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点: 燃烧：4FeS + O2 = 2Fe2O3+ 4SO2 3MnS +5O2 = Mn3O4+ 3SO2 吸收： SO2 + H2O = H2SO3 滴定： KIO3 +5KI +6HCl = 3I2 +6KCl + 3H2O H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2HI,一、燃烧碘酸钾容量法,622 硫的测定,卧式炉燃烧法测硫装置 1-氧气瓶；2-储气筒；3,9活塞；4-洗气瓶；5-干燥塔； 6-温控仪；7-卧式高温炉；8-除尘管；10-吸
13、收杯,622 硫的测定,1.球形管 2.滴定管 3.吸收杯,定硫仪的滴定部分装置,622 硫的测定,T KIO3标准溶液对S的滴定度，g/mL； V 滴定试样所消耗KIO3标准溶液的体积，mL； V0滴定空白时所消耗KIO3标准溶液的体积，mL； m 试料的质量，g。,622 硫的测定,二、燃烧酸碱滴定法,本法采用H2O2溶液作为吸收剂吸收SO2，生成的H2SO3被氧化为H2SO4，然后用NaOH标准滴定溶液滴定，即可求出SO2的质量分数。 吸收： SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O 滴定： 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2
14、H2O 该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SO3产生也能被滴定，不影响测定结果。,622 硫的测定,三、碳硫分析仪,容量法碳硫分析仪,库仑碳硫分析仪,红外碳硫分析仪,管式炉碳硫分析仪,燃烧方式,电弧炉碳硫分析仪,检测方法,622 硫的测定,容量法碳硫分析仪,采用非水滴定法定碳， 用酸碱滴定法定硫,TP-CSA型碳硫联测分析,TP-CSA型碳硫分析仪,622 硫的测定,TP-CS3D型碳硫分析仪,气体容量法测碳，碘量法测硫,TP-CS3D型碳硫分析仪,622 硫的测定,钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度法。 一般是使磷转化为磷酸，再与钼酸铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴
15、定法、磷钼蓝光度法进行测定。,623 磷的测定,一、磷钼蓝光度法,3Fe3P + 41HNO3 = 9Fe(NO3)3 + 3H3PO4 + 14NO+ 16H2O Fe3P + 13HNO3 = 3Fe(NO3)3 + H3PO3 + 4NO+ 5H2O H3PO3+2KMnO4+ 6HNO3 = 5H3PO4 + 2KNO3 + 2Mn(NO3)2+ H2O,加入钼酸铵即可生成黄色的磷钼杂多酸，然后加入还原剂SnCl2，将配合物中部分Mo6+还原为Mo4+，即将黄色的磷钼杂多酸还原为磷钼蓝，其最大吸收波长为660nm。,H3PO4+12H2MoO4=H3P(Mo3O10)4 + 12H2O H3P(Mo3O10)4 + 4Sn2+ + 8H+ = (2MoO24MoO3)2H3PO4+Sn4+4H2O,623 磷的测定,控制酸度为H+=0.71.1mol/L，有利于磷钼杂多酸的形成。因磷钼杂多酸与硅钼杂多酸生成的酸度不同，可采用控制酸度的方法进行消除硅的影响。,NaF可掩蔽Fe3+，其用量过多会破坏磷钼杂多酸。,SnCl2的用量必须控制在将磷钼杂多酸定量还原为磷钼蓝，而不还原溶液中过量的钼酸铵为原则。,623 磷的测定,624 锰的测定,过硫酸铵氧化滴定法,试样经混合酸（硫酸、硝酸、磷酸）溶解
