第六章-钢铁分析

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1、Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第六章第六章 钢铁分析钢铁分析6.1概述概述6.2碳的测定碳的测定6.3硫的测定硫的测定6.4磷的测定磷的测定6.5锰的测定锰的测定6.6硅的测定硅的测定6.7其它测定法介绍其它测定法介绍9/5/20241张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 6.1 概述概述 了解钢的生产过程,从而进一步理解五大元了解钢的生产过程,从而

2、进一步理解五大元素在钢中的作用,证明测定的意义素在钢中的作用,证明测定的意义 。 钢铁是铁和碳的合金,其化学成分中大多数钢铁是铁和碳的合金,其化学成分中大多数元素元素 是铁,还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。是铁,还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。 9/5/20242张红梅 工业分析 2010-2011学年一一钢铁的分类钢铁的分类 常见钢铁材料:常见钢铁材料:1生铁生铁:铁矿石、焦炭、石灰石高温煅烧:铁矿石、焦炭、石灰石高温煅烧(含碳量(含碳量2.5%4%)灰口铁(碳以游离态存在)灰口铁(碳以游离态存在)-铸造生铁铸造生铁白口铁(碳以化合态存在)白口铁(碳以化合态存在)-炼钢生铁炼钢生铁2钢钢:白

3、口铁进一步冶炼,降低碳的含量:白口铁进一步冶炼,降低碳的含量(0.05%1.7%)并使其他元素含量达到规定要求。并使其他元素含量达到规定要求。碳素钢(以铁、碳为主)碳素钢(以铁、碳为主)合金钢(加入其它金属元素以改变性能)合金钢(加入其它金属元素以改变性能)如不锈钢(镍铬钢),抗蚀性强,不易氧化如不锈钢(镍铬钢),抗蚀性强,不易氧化3铁合金铁合金:含有各种合金元素的特种生铁:含有各种合金元素的特种生铁 9/5/20243张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry

4、 焦炭还原铁矿石焦炭还原铁矿石 铁矿石被焦炭还原生铁矿石被焦炭还原生 石灰石石灰石CaCO3除除SiO2 成粗制铁成生铁成粗制铁成生铁 9/5/20244张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 9/5/20245张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 铁铁矿矿石石主主要要含含有有硅硅酸酸盐盐状状态态存存在在的的其其他他金金

5、属属或或非非金金属属杂杂质质的的氧氧化化铁铁,经经冶冶炼炼大大部部分分杂杂质质转转化化成成炉炉渣渣,分分离离除除去去,有有少少量量杂质杂质C C、MnMn、SiSi、S S、P P等残存在生铁中。等残存在生铁中。 如如果果将将生生铁铁的的其其他他辅辅助助材材料料配配合合,进进一一步步冶冶炼炼,则则杂杂质质被被进进一一步步氧氧化化除除去去,同同时时控控制制含含碳碳量量降降至至一一定定限限度度,硅硅锰锰等等元元素素含含量量很很低低,硫硫磷磷等等杂杂质质降降至至0.05%0.05%以以下下,则成为则成为铁及碳的合金碳素钢铁及碳的合金碳素钢。9/5/20246张红梅 工业分析 2010-2011学年I

6、norganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 特种钢:特种钢:若若适适当当提提高高钢钢中中SiSi或或MnMn含含量量,或或加加入入一一定定量量的的NiNi,CrCr,W W,MoMo,V V,TiTi等等金金属属,成成为为特特种钢(铁合金或合金钢)。种钢(铁合金或合金钢)。9/5/20247张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 加加NiNi、CrCr、W W、TiT

7、i等等又又分分别别称称为为NiNi钢钢、CrCr钢钢、W W钢、钢、TiTi钢钢。 加加NiNi增增强强钢钢的的强强度度及及韧韧性性多多用用于于承承受受冲冲击击或或强强大大压压力力的的制制件件;含含Ni Ni 36%36%铸铸钢钢受受热热时时几几乎乎不不膨膨胀胀可制可制精密仪器。精密仪器。 加加CrCr耐耐热热耐耐腐腐蚀蚀性性较较强强多多用用于于制制造造多多用用于于制制造造滚滚珠珠轴轴承承或或工工具具。含含Cr Cr 12.5 12.5 18%18%的的铬铬钢钢或或含含铬铬 0.6 0.6 1.75%1.75%、Ni Ni 1.25%1.25%的的镍镍铬铬钢钢,又又称称不不锈锈钢钢,可制,可制

8、高压锅高压锅。 9/5/20248张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 加加W W有有极极强强的的耐耐热热性性,受受热热至至白白热热化化仍仍不不软软化化常制运转的机件或刀具。常制运转的机件或刀具。 高速切削钢高速切削钢:含含W 15W 1518% V 118% V 13%3% Cr 2Cr 25%5%合金钢合金钢 含含MoMo、V V、TiTi等合金钢和钨钢性能相似。等合金钢和钨钢性能相似。 各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。各种合金钢具有独特的性能

9、而用于特殊用途。 含含有有一一定定量量V V、TiTi,而而C C又又是是以以球球状状存存在在的的,称称“球球墨墨铸铸铁铁”。具具有有和和某某些些合合金金钢钢类类似似的的特特殊殊性性能,可代替合金钢使用。能,可代替合金钢使用。 9/5/20249张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、钢铁产品牌号表示方法二、钢铁产品牌号表示方法(根据(根据GB/T221-2000) 钢铁产品牌号的表示,一般采用汉语拼音字母,化学元钢铁产品牌号的表示,一般采用汉语拼音字母

10、,化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。 采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时,一般从代表产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个法时,一般从代表产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一产品所取字母重复时,选取第二个字母或第字母。当和另一产品所取字母重复时,选取第二个字母或第三个字母,或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。三个字母,或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。采用汉语拼音字母,原则上只取一个,一般不超过两个。采用汉语拼音字母,原则上只取一个,一般不超过两个。产品名称、用途、特性和

11、工艺方法表示符号见表产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表1 1。9/5/202410张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 现就普通质量非合金钢,普通质量低合金钢和普现就普通质量非合金钢,普通质量低合金钢和普通质量优质非合金钢以及硅钢、工具钢等牌号表示方通质量优质非合金钢以及硅钢、工具钢等牌号表示方法分述如下:法分述如下:1、普通质量非合金钢、普通质量非合金钢碳素结构钢牌号表示方法碳素结构钢牌号表示方法普通质量非合金钢牌号表示方法是参照ISO和其他国家

12、标准,用屈服点数值或抗拉强度值作为牌号的主要表示方法。其优点是从牌号中可以反映强度级别、质量、特性和用途。比较科学和方便。 9/5/202411张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 具体来说,碳素结构钢牌号表示方法由代表具体来说,碳素结构钢牌号表示方法由代表屈服点数值屈服点数值的字母的字母、屈服点数值屈服点数值、质量等级符号质量等级符号和和脱氧方法符号脱氧方法符号四部分顺四部分顺序组成。例如:序组成。例如: Q235AFQ235AFQ215BQ215BQ2

13、55AQ255AQ275Q275Q Q表示钢材屈服点表示钢材屈服点“屈屈”字汉语拼音首位字母;字汉语拼音首位字母;阿拉伯数字阿拉伯数字屈服点数值。单位为屈服点数值。单位为MPa(MPa(兆帕兆帕) )ABCDABCD分别为质量等级。表示是否做冲击功和在什么条件下分别为质量等级。表示是否做冲击功和在什么条件下做冲击功。做冲击功。A A级级不做冲击功性能试验,只做常规拉力和冷弯。不做冲击功性能试验,只做常规拉力和冷弯。B B级级在常温在常温(20)(20)做冲击试验,冲击功为做冲击试验,冲击功为27J27J。C C级级在在00做冲击试验,冲击功为做冲击试验,冲击功为27J27J。D D级级在在20

14、20做冲击试验,冲击功为做冲击试验,冲击功为27J27J。A A、B B、C C、D D冲击试样为冲击试样为V V型缺口纵向冲击。型缺口纵向冲击。9/5/202412张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry F Fb bZ ZTZTZ表示脱氧方法。其中:表示脱氧方法。其中:F F沸腾钢沸腾钢“沸沸”字汉语拼音首位字母,是不脱氧钢。字汉语拼音首位字母,是不脱氧钢。b b半镇静钢半镇静钢“半半”字汉语拼音首位字母,是不完全脱字汉语拼音首位字母,是不完全脱氧钢。氧钢

15、。Z Z镇静钢镇静钢“镇镇”字汉语拼音首位字母,是完全脱氧钢。字汉语拼音首位字母,是完全脱氧钢。TZTZ特殊镇静钢特殊镇静钢“特镇特镇”两字汉语拼音首位字母,是两字汉语拼音首位字母,是特殊脱氧钢,如真空处理的钢。特殊脱氧钢,如真空处理的钢。在牌号组成的表示方法中,在牌号组成的表示方法中,“Z Z”与与“TZTZ”代号可以省代号可以省略。略。9/5/202413张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 2、普通质量优质非合金钢、普通质量优质非合金钢优质碳素结构优

16、质碳素结构钢牌号表示方法钢牌号表示方法 牌号是用阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计)。牌号是用阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计)。沸腾钢和半镇静钢在牌号后边加符号沸腾钢和半镇静钢在牌号后边加符号“F和和“b”,镇静钢不标,镇静钢不标符符号。如号。如08F,表示含碳量,表示含碳量0.050.11。平均含碳量。平均含碳量0.08;15F表示含碳量表示含碳量0.120.19,平均含碳量,平均含碳量0.15等。等。较高锰含量的优质碳素钢,在阿拉伯数字后标出锰元素符较高锰含量的优质碳素钢,在阿拉伯数字后标出锰元素符号,如号,如15Mn,碳含量为,碳含量为0.120.19,锰含量,锰含量0.71

17、.00%。而。而65Mn和和70Mn,如含锰量,如含锰量1.00,就不属于非合金优质钢,就不属于非合金优质钢,而应为低合金优质钢。而应为低合金优质钢。9/5/202414张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3、普通质量低合金钢、普通质量低合金钢低合金高强度结构钢牌号表示方法低合金高强度结构钢牌号表示方法 低合金高强度结构钢的牌号由代表钢的屈服点的汉语拼音的低合金高强度结构钢的牌号由代表钢的屈服点的汉语拼音的字母字母(Q),屈服点的数值,屈服点的数值(阿拉

18、伯数字阿拉伯数字)和质量等级符号和质量等级符号(A,B,C,D,E)三个部分按顺序排列而成。三个部分按顺序排列而成。例如例如Q345A,其中:,其中:Q钢材屈服点的钢材屈服点的“屈屈”字汉语拼音的首位字母字汉语拼音的首位字母;345屈服点的数值,单位屈服点的数值,单位MPa;A、B、C、D、E分别为质量等级符号分别为质量等级符号,且,且A、B、C、D级级冲击试验条件与普通质量非合金钢相同冲击试验条件与普通质量非合金钢相同,冲击功较普通质量非,冲击功较普通质量非合金钢高,规定冲击功合金钢高,规定冲击功34J;而;而E级为在级为在40做冲击试验,做冲击试验,冲击功为冲击功为27J。该低合金高强度钢

19、,除了含普通质量非合金钢的五种常规元该低合金高强度钢,除了含普通质量非合金钢的五种常规元素外,还可根据性能要求,加入素外,还可根据性能要求,加入V、Nb、Ti、Cr、Ni、A1等等细化晶粒的元素。细化晶粒的元素。9/5/202415张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 4、专门用途的优质非合金钢和优质低合金钢牌号的、专门用途的优质非合金钢和优质低合金钢牌号的表示方法表示方法钢材的牌号采用阿拉伯数字,化学元素符号和代表钢材的牌号采用阿拉伯数字,化学元素符号和

20、代表产品用途的符号表示。其中阿拉伯数字表示平均含碳产品用途的符号表示。其中阿拉伯数字表示平均含碳量的万分之几。元素符号表示添加的合金元素含量,量的万分之几。元素符号表示添加的合金元素含量,一般以百分之几表示。一般以百分之几表示。当其平均含量小于当其平均含量小于1.0时,在时,在牌号中只标元素符号而不标明含量牌号中只标元素符号而不标明含量。用途的符号是指用途的符号是指该钢种使用用途的汉语拼音首字母该钢种使用用途的汉语拼音首字母。如。如20g(锅炉板锅炉板)、14MnNbq(桥梁用钢板桥梁用钢板 ) )、16MnR(压力容器用钢板压力容器用钢板 ) )。9/5/202416张红梅 工业分析 201

21、0-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 5、碳素工具钢牌号表示方法、碳素工具钢牌号表示方法钢号冠以钢号冠以“T”代表碳素工具钢,含碳量以千分之代表碳素工具钢,含碳量以千分之几表示,如几表示,如T9,锰含量较高者在钢号后标出,锰含量较高者在钢号后标出“Mn”。如如T8Mn。高级碳素优质工具钢,在牌号尾部加符。高级碳素优质工具钢,在牌号尾部加符号号A,如,如T12A等。等。9/5/202417张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical Ch

22、emistryInorganic and Analytical Chemistry 6 6、合金工具钢牌号表示方法、合金工具钢牌号表示方法 平均含碳量大于平均含碳量大于1.01.0时不标出含时不标出含C C量,小于量,小于1.01.0以千分之几表示,对铬量较低的钢,其含铬量以千以千分之几表示,对铬量较低的钢,其含铬量以千分之几表示并在含量前加分之几表示并在含量前加“0 0”字以示区别,如字以示区别,如平均平均含铬量为含铬量为0 06 6的低铬工具钢,钢号应表示为的低铬工具钢,钢号应表示为Cr06Cr06。高速工具钢钢号一般不标出碳含量,只标出合金元素高速工具钢钢号一般不标出碳含量,只标出合金元

23、素平均含量百分之几。平均含量百分之几。9/5/202418张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 7 7、滚珠轴承钢牌号表示方法、滚珠轴承钢牌号表示方法 含碳量在钢号中不予标出。铬含量以千分之几表示,并冠含碳量在钢号中不予标出。铬含量以千分之几表示,并冠以以“G G”表示滚珠轴承钢,平均含铬量为表示滚珠轴承钢,平均含铬量为1.51.5的轴承钢、钢号的轴承钢、钢号表示为表示为“GCrl5GCrl5”。8 8、不锈耐酸钢,耐热钢牌号表示方法、不锈耐酸钢,耐热钢牌

24、号表示方法 一般用一位数字表示平均含碳量,以千分之几计。平均含一般用一位数字表示平均含碳量,以千分之几计。平均含碳量小于碳量小于1 1的用的用“0 0”表示,含碳量小于表示,含碳量小于0.030.03的用的用“0000”表表示。钢中主要合金元素以百分之几表示,其他微量元素也应标示。钢中主要合金元素以百分之几表示,其他微量元素也应标出。出。9/5/202419张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、各元素在钢中的形态和作用三、各元素在钢中的形态和作用主要讲

25、述主要讲述C C 、S S 、SiSi 、MnMn 、P P(一)碳一)碳1 1 钢铁中的钢铁中的C C来源:来源: 碳是钢铁的主要成分之一,它直接影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。钢号、品级的主要标志。 v形态:两种形态:两种9/5/202420张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 碳碳是是对对钢钢性性能能起起决决定定作作用用的的元元素素。碳碳在在钢钢中中可可作

26、作为为硬硬化化剂剂和和加加强强剂剂,正正是是由由于于碳碳的的存存在在,才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。 对存在状态的影响对存在状态的影响 灰口生铁,石墨灰口生铁,石墨C C多,软而韧多,软而韧 白口生铁,化合物白口生铁,化合物C C多,硬而脆多,硬而脆 碳素钢据碳素钢据C C 含量分三类,低、中、高碳素钢含量分三类,低、中、高碳素钢9/5/202421张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (二)硅(二)硅

27、 1 1、来源、来源 由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入 2 2、形态形态主要以硅化物:主要以硅化物:FeSiFeSi 、MnSiMnSi 、FeMnSiFeMnSi 存在存在在在高高硅硅钢钢中中,一一部部分分以以SiCSiC存存在在,也也有有时时形形成成固固熔熔体或硅酸盐。体或硅酸盐。9/5/202422张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (二)硅(二)硅 3 3、性能、性能 (1)(1)增增强强钢钢的的硬

28、硬度度、弹弹性性及及强强度度,提提高高抗抗氧氧化化能能力及耐酸性力及耐酸性 (2)(2)促促使使C C以以游游离离态态石石墨墨状状态态,使使钢钢高高于于流流动动性,易于铸造性,易于铸造9/5/202423张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3 3、性能、性能 (3)(3)、类型、类型 a a 一般生铁或碳素钢一般生铁或碳素钢SiSi含量含量1%0.8% 0.8% 碳碳素素钢钢 MnMn 0.3 0.3 0.8% 0.8% 高高锰锰钢钢高高达达13% 13

29、% - 14%- 14%9/5/202426张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 如如含含锰锰0.8%-14%为为各各种种型型号号的的高高锰锰钢钢,具具有有良良好好的的弹弹性性及及耐耐腐腐蚀蚀性性。用用于于制制造造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。含含Mn12%-20%的铁合金为的铁合金为镜铁镜铁含含Mn60%-80%的铁合金为的铁合金为锰铁锰铁上两种主要用于炼钢做脱硫剂上两种主要用于炼钢做脱硫剂9/5/202427张红梅 工业分

30、析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (四)硫(四)硫 1 1 来源来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁主要由焦炭或原料矿石引入钢铁 2 2 形态形态 主要以主要以MnSMnS或或FeSFeS状态存在状态存在 若:若:9/5/202428张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3 3 性能性能 使钢产生使钢产生“热脆性热脆性”有害成分有

31、害成分 原因:为什么产生热脆性?原因:为什么产生热脆性? FeSFeS的的熔熔点点较较低低,最最后后凝凝固固,夹夹杂杂于于钢钢铁铁的的晶晶格格之之间间。当当加加热热压压制制钢钢铁铁时时,FeSFeS熔熔融融,钢钢铁铁的的晶粒失去连接作用而脆裂。晶粒失去连接作用而脆裂。 9/5/202429张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (五)磷(五)磷1来源来源:由原料中引入,有时也为了特:由原料中引入,有时也为了特殊需要而有意加入殊需要而有意加入2形态形态:以:以

32、Fe2P或或Fe3P状态存在状态存在3性能性能:磷化铁硬度较强,以至钢铁难:磷化铁硬度较强,以至钢铁难于加工,并使钢铁产生于加工,并使钢铁产生“冷脆性冷脆性”也是有害也是有害杂质作用杂质作用(事物都有其另一面事物都有其另一面)P流动性流动性易铸造易铸造并可避免在并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合轧钢时轧辊与压件粘合在特殊情况下常有意加入一定量在特殊情况下常有意加入一定量P达此目达此目的。的。9/5/202430张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 4.类型类型

33、:生生铁铁P0.3%一一般般碳碳素素钢钢0.06%优质钢优质钢0.03%特殊用途:轧辊钢高达特殊用途:轧辊钢高达0.40.5%炼炼钢钢或或铸铸钢钢用用的的磷磷铁铁1520%之之间间.以上归纳成如下表:以上归纳成如下表:9/5/202431张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry C CSiSiMnMnS SP P形形态态 固溶体固溶体碳化物碳化物FeFe3 3C, C, MnMn3 3C, CrC, Cr3 3C, C, WC, WC, MoCMoC. .游离

34、石墨碳游离石墨碳主要硅化物:主要硅化物:FeSi,MnSiFeSi,MnSi高碳钢部分高碳钢部分SiCSiC有时固熔体或有时固熔体或硅酸盐硅酸盐 MnCMnC, , MnSMnS, ,FeMnSiFeMnSi 固固熔体熔体MnSMnS , ,FeSFeSFeFe2 2P ,P , Fe Fe3 3P P来来源源焦炭焦炭原料矿石;脱原料矿石;脱氧或特殊需氧或特殊需要加入要加入原料矿原料矿石;作石;作脱硫脱脱硫脱氧剂氧剂焦炭或焦炭或原料矿原料矿石引入石引入原料引原料引入;特入;特殊需要殊需要加入加入各元素在钢中的形态和作用表各元素在钢中的形态和作用表9/5/202432张红梅 工业分析 2010-

35、2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 硬度硬度高高低低 产生热脆产生热脆性性产生冷脆性产生冷脆性延展性韧性延展性韧性熔点熔点钢中钢中S0.05%生铁生铁0.35%生铁生铁P0.3%一般碳素一般碳素钢钢0.06%优质钢优质钢0.03%轧轧辊钢高达辊钢高达0.40.5%磷铁磷铁1520%之间之间弹性强度抗弹性强度抗氧化性氧化性流动性流动性易于铸造易于铸造(促使(促使C以游离态)以游离态)易于铸造防易于铸造防止轧辊轧止轧辊轧件间粘合件间粘合抗酸碱性抗酸碱性检测意义检测意义决定钢铁型号及决定

36、钢铁型号及用途主要指标用途主要指标直接影响钢铁性直接影响钢铁性能控制一定量能控制一定量有害成分严格降至一定量有害成分严格降至一定量9/5/202433张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三三 、 检测意义检测意义 综上所述,综上所述,C C是确定钢铁型号及用途是确定钢铁型号及用途主要指标主要指标 SiSi、MnMn直接影响钢铁性能直接影响钢铁性能( (有益的有益的)控制一定量控制一定量S S、P P有害成分有害成分 严格降至一定量严格降至一定量 因此,对

37、于生铁和碳素钢:因此,对于生铁和碳素钢:C C、SiSi、MnMn、S S、P P等五等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控制的重要指标制的重要指标. .9/5/202434张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 6.2 碳的测定碳的测定 钢铁中碳的作用:区别铁和钢的标志,一般随着碳含量的增钢铁中碳的作用:区别铁和钢的标志,一般随着碳含量的增加,钢铁的硬度和强度增加,韧性和塑性降低。加,钢铁的硬度和强度增

38、加,韧性和塑性降低。 碳的存在形式:不易与酸作用的游离碳(如铁碳固溶体,无碳的存在形式:不易与酸作用的游离碳(如铁碳固溶体,无定形碳、石墨碳等)和易与酸作用的化合碳(如金属碳化物定形碳、石墨碳等)和易与酸作用的化合碳(如金属碳化物MCMC,M M代表金属元素)。代表金属元素)。 碳的测定:成分分析中一般要求测定总碳量,个别情况需要碳的测定:成分分析中一般要求测定总碳量,个别情况需要测定游离碳或者化合碳含量。测定游离碳或者化合碳含量。测定各种形态的碳属于相分析;在成分分析中,一般钢样只测测定各种形态的碳属于相分析;在成分分析中,一般钢样只测定总碳量。生铁试样除测定总碳量外,常分别测定游离碳和定总

39、碳量。生铁试样除测定总碳量外,常分别测定游离碳和化合碳的含量。化合碳的含量。9/5/202435张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 总碳量的测定方法总碳量的测定方法 方方法法有有很很多多,但但通通常常都都是是将将试试样样置置于于高高温温氧氧气气流流中中燃燃烧烧,使使之之转转化化为为二二氧氧化化碳碳再再用用适适当当方方法法测定。测定。 归纳起来可分为三大类:归纳起来可分为三大类: 物理法、物理法、 化学法化学法 物理化学法物理化学法9/5/202436张红

40、梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 燃烧燃烧- -气体容积法气体容积法( (气体容量法气体容量法) ) 燃燃烧烧- -气气体体容容积积法法是是目目前前国国内内外外广广泛泛采采用用的的标标准准方方法法。本本法法成成本本低低,有有较较高高的的准准确确度度,测测得得结结果果是是总总碳碳量量的的绝绝对对值值。其其缺缺点点是是要要求求有有较较熟熟练练的的操操作作技技巧巧,分分析时间较长,对低碳试样测定误差较大。析时间较长,对低碳试样测定误差较大。9/5/202437张

41、红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (一)方法原理(一)方法原理试试样样在在12001300的的高高温温O2气气流流中中燃燃烧,钢铁中的碳被氧化生成烧,钢铁中的碳被氧化生成CO2:C+O2=CO24Fe3C+13O2=4CO2+6Fe2O3Mn3C+3O2=CO2+Mn3O3FeS+5O2=Fe3O4+3SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO29/5/202438张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical

42、ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (一)(一) 方法原理方法原理生生成成的的CO2与与过过剩剩的的O2经经导导管管引引入入量量气气管管,测测定定容容积积,然然后后通通过过装装有有KOH溶溶液液的的吸吸收收器器,吸吸收收其其中的中的CO2CO2十十2KOH=K2CO3十十H2O剩剩余余的的O2再再返返回回量量气气管管中中,根根据据吸吸收收前前后后容容积积之之差差,得得到到CO2的的容容积积,据据此此计计算算出出试试样样中中碳碳的的质质量分数量分数。9/5/202439张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Anal

43、ytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (二)主要试剂(二)主要试剂1.氢氢氧化氧化钾钾吸收吸收剂剂溶液溶液(400g/L);2.除硫除硫剂剂活性二氧化活性二氧化锰锰(粒状粒状)或或钒钒酸酸银银。2.1钒钒酸酸银银;2.2活性氧化活性氧化锰锰;3.酸性酸性氯氯化化钠钠溶液(溶液(250g/L););4.助助熔熔剂剂锡锡粒粒(或或锡锡片片)、铜铜、氧氧化化铜铜、纯铁纯铁粉。粉。5.高高锰锰酸酸钾钾溶液(溶液(40g/L););6.甲基橙指示甲基橙指示剂剂(2g/L)。)。9/5/202440张红梅 工业分析 2010-2011学年In

44、organic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry v图图1 气体容量法定碳装置气体容量法定碳装置vl.氧气瓶,氧气瓶,2.氧气表,氧气表,3.缓冲瓶,缓冲瓶,4、5.洗气瓶,洗气瓶,6.干干燥塔,燥塔,7.玻璃磨口塞玻璃磨口塞,8.管式炉,管式炉,9.燃烧管,燃烧管,10.除硫管除硫管,11.容量定碳仪容量定碳仪(包括包括: 冷凝管冷凝管a 、量气管量气管b、水准瓶水准瓶c、吸收瓶吸收瓶d、小旋塞小旋塞e、三通旋塞三通旋塞f、),),l2.球形干燥管,球形干燥管,13.瓷舟瓷舟,14.温度自动控制器温度自动控制

45、器. 15. 供氧旋塞供氧旋塞v(三)仪器(三)仪器9/5/202441张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (四)分析步骤(四)分析步骤 将将炉炉温温升升至至1200120013501350,检检查查管管路路及及活活塞塞是是否否漏漏气气,装装置置是是否否正正常常,燃燃烧烧标标准准样样品品,检检查查仪仪器器及操作。及操作。 称称取取适适量量试试样样置置于于瓷瓷舟舟中中,将将适适量量助助熔熔剂剂覆覆盖盖于于试试样样上上面面,打打开开玻玻璃璃磨磨口口塞塞,将将

46、瓷瓷舟舟放放入入瓷瓷管管内内,用用长长钩钩推推至至高高温温处处,立立即即塞塞紧紧磨磨口口塞塞。预预热热lminlmin,按按照照定定碳碳仪仪操操作作规规程程操操作作,测测定定其其读读数数( (体体积积或或含含量量) )。打打开开磨磨口口塞塞,用用长长钩钩将将瓷瓷舟舟拉拉出出,即即可可进进行行下下一一试样分析。试样分析。9/5/202442张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry ( (五五) )测定条件测定条件 1 1试样试样的燃的燃烧烧程度程度 燃燃烧烧温度

47、温度 ; ;助熔助熔剂剂降低燃降低燃烧烧温度温度; ;通通O O2 2速度速度 2 2硫的干硫的干扰扰及消除及消除在在高高温温O O2 2气气流流中中燃燃烧烧时时,试试样样中中硫硫也也转转化化为为SOSO2 2: 如如果果生生成成的的SOSO2 2,在在吸吸收收前前未未能能除除去去,同同样样被被KOHKOH溶溶液液吸吸收收,干干扰扰碳碳的的测测定定。常常用用MnOMnO2 2、AgVOAgVO3 3除去混合气体中的除去混合气体中的SOSO2 29/5/202443张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic an

48、d Analytical Chemistry 3.3.测定中应注意的问题测定中应注意的问题 3.1 3.1 3.153.15 3.2 3.2 助熔剂中含碳量一般不超过助熔剂中含碳量一般不超过0.005% ;0.005% ; 3.3 3.3 样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中; ; 3.4 3.4 定碳仪应装置在室温较正常的地方定碳仪应装置在室温较正常的地方( (距距离高温炉约离高温炉约300300500mm)500mm) 9/5/202444张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic

49、and Analytical Chemistry 3.5 3.5 更更换换水水准准瓶瓶所所盛盛溶溶液液、玻玻璃璃棉棉、除除硫硫剂剂、氢氢氧氧化化钾钾溶溶液液后后,均均应应作作几几次次高高碳碳试试样样,使使二二氧氧化化碳碳饱饱和后,才可和后,才可进进行行试样测试样测定。定。3.6 3.6 对对测测定定含含硫硫量量较较高高的的试试样样( (大大于于0.2%)0.2%),应应增增加加除硫除硫剂剂量或增加一个除硫管。量或增加一个除硫管。3.7 3.7 吸吸收收器器、水水准准瓶瓶内内溶溶液液以以及及混混合合气气体体三三者者的的温温度度应应基本相同,否基本相同,否则则将将产产生正生正负负空白空白值值。3.

50、8 3.8 如如分分析析完完高高碳碳试试样样后后,应应空空通通一一次次,才才可可以以接接着做低碳着做低碳试样试样分析。分析。3.9 3.9 当当洗洗气气瓶瓶中中硫硫酸酸体体积积显显著著增增加加及及二二氧氧化化锰锰变变白白时时,说说明已失效,明已失效,应应及及时时更更换换。3.10 3.10 观观察察试试样样是是否否完完全全燃燃烧烧,如如燃燃烧烧不不完完全全,需需重新分析。重新分析。9/5/202445张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3.11 3.11

51、 3.11 3.11 炉炉炉炉子子子子升升升升温温温温应应应应开开开开始始始始慢慢慢慢,逐逐逐逐步步步步加加加加速速速速,以以以以延延延延长长长长硅硅硅硅碳棒寿命。碳棒寿命。碳棒寿命。碳棒寿命。3.12 3.12 3.12 3.12 分分分分析析析析前前前前,应应应应先先先先检检检检查查查查仪仪仪仪器器器器各各各各部部部部分分分分是是是是否否否否漏漏漏漏气气气气。工工工工作作作作开开开开始始始始前前前前及及及及工工工工作作作作中中中中,均均均均应应应应燃燃燃燃烧烧烧烧标标标标准准准准样样样样品品品品,判判判判定工作定工作定工作定工作过过过过程中程中程中程中仪仪仪仪器的准确性。器的准确性。器的准

52、确性。器的准确性。3.13 3.13 3.13 3.13 吸吸吸吸收收收收前前前前后后后后观观观观察察察察刻刻刻刻度度度度的的的的时时时时间间间间应应应应一一一一致致致致。吸吸吸吸收收收收后后后后观观观观察察察察刻刻刻刻度度度度时时时时,量量量量气气气气管管管管及及及及水水水水准准准准瓶瓶瓶瓶内内内内液液液液面面面面与与与与视视视视线线线线应应应应处处处处在同一水平在同一水平在同一水平在同一水平线线线线上。上。上。上。3.14 3.14 3.14 3.14 吸吸吸吸收收收收器器器器中中中中氢氢氢氢氧氧氧氧化化化化钾钾钾钾溶溶溶溶液液液液使使使使用用用用久久久久后后后后也也也也应应应应进进进进行

53、行行行更更更更换换换换,一一一一般般般般在在在在分分分分析析析析2000200020002000次次次次后后后后更更更更换换换换,否否否否则则则则吸吸吸吸收收收收效效效效率降低,使率降低,使率降低,使率降低,使测测测测定定定定结结结结果偏低。果偏低。果偏低。果偏低。3.15 3.15 3.15 3.15 测测测测定中定中定中定中应记录应记录应记录应记录温度与大气温度与大气温度与大气温度与大气压压压压力,以确定力,以确定力,以确定力,以确定补补补补正系数正系数正系数正系数f f f f。如附如附如附如附录录录录八所示。八所示。八所示。八所示。9/5/202446张红梅 工业分析 2010-201

54、1学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 分析结果计算 当固定称样量如0.2500g、0.5000g或1.000g时的含碳量,其结果可按下式计算: f 温度、压力补正系数9/5/202447张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 6.3 硫的测定硫的测定 硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用于测定高硫试样。燃烧法用于测定高

55、硫试样。燃烧滴定法具有滴定法具有简单、快速、准确及适应面广的特点,被简单、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。广泛采用,它也是国内外的标准方法。 介绍燃烧介绍燃烧滴定法中的滴定法中的燃烧燃烧碘酸钾容碘酸钾容量法量法 9/5/202448张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry ( (一一) ) 原原 理理将将钢钢铁铁试试样样于于12501350的的高高温温下下通通氧氧燃燃烧烧,使使硫硫全全部部转转化化为为二二氧氧化化硫硫,将将生生成

56、成的的二二氧氧化化硫硫用用淀淀粉粉溶溶液液吸吸收收,用用碘碘酸酸钾钾标标准准溶溶液液滴滴定定至至浅蓝色为终点浅蓝色为终点:燃烧:燃烧:4FeS+O2=2Fe2O3+4SO23MnS+5O2=Mn3O4+3SO2吸收吸收:SO2+H2O=H2SO3滴定:滴定:KIO3+5KI+6HCl=3I2+6KCl+3H2OH2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI9/5/202449张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry ( (二二) )主要试剂及仪器主要试剂及仪器1

57、碘酸碘酸钾标钾标准滴定溶液准滴定溶液c(1/6K103)=0.01000mol/L、0.001000mol/L、0.0002500mol/L;2淀粉吸收液淀粉吸收液(10g/L);3.助熔助熔剂剂9/5/202450张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (三)仪器装置(三)仪器装置v定硫仪的滴定部分装置定硫仪的滴定部分装置 v1.球形管球形管 2.吸收杯吸收杯 3.滴定管滴定管9/5/202451张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic

58、and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry ( (四四) )测定步骤测定步骤 将将炉炉温温升升至至12001350 C,检检查查装装置置是是否否正正常常,于于定定硫硫吸吸收收杯杯中中加加入入淀淀粉粉吸吸收收液液(硫硫小小于于0.01%用用低低硫硫吸吸收收杯杯,加加20mL吸吸收收液液;硫硫大大于于0.01%用用高高硫硫吸吸收收杯杯,加加60mL吸吸收收液液),以以6001500mL/min的的流流速速通通氧氧,用用碘碘酸酸钾钾标标准准滴滴定定溶溶液液滴滴定定至至浅浅蓝蓝色色不不褪褪,作为终点色泽,关闭氧气。作为终点色泽,

59、关闭氧气。9/5/202452张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry ( (四四) )测定步骤测定步骤 称取适量试样,置于称取适量试样,置于瓷舟瓷舟中,加入适量中,加入适量助助熔剂熔剂,将瓷舟推至高温处,将瓷舟推至高温处,预热预热0.51.5min,通氧,控制通氧,控制氧速氧速为为15002000mL/min,燃燃烧后的烧后的混合气体混合气体导入吸收杯中,导入吸收杯中,使淀粉吸收液使淀粉吸收液蓝色开始消褪,蓝色开始消褪,立即用碘酸钾标准溶液滴定并立即用碘酸钾

60、标准溶液滴定并使液面使液面保持蓝色保持蓝色,当吸收液褪色缓慢时,滴定,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速度也相应减馒,直至吸收液的色泽与原来的终点色泽终点色泽相同相同,间歇通气后,色泽不变即为终,间歇通气后,色泽不变即为终点。点。9/5/202453张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 计算计算vT 碘酸钾标准溶液对硫的滴定度,碘酸钾标准溶液对硫的滴定度,g/mL;v V 滴滴定定试试样样所所消消耗耗碘碘酸酸钾钾标标准准溶溶

61、液液的的体体积积,mL;v V0滴滴定定空空白白时时所所消消耗耗碘碘酸酸钾钾标标准准溶溶液液的的平平均均体积,体积,mL;v m 试料的质量,试料的质量,g。9/5/202454张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry ( (五五) )测定条件测定条件 助熔剂用量助熔剂用量SO2的转化率的转化率SO2的回收率的回收率连续测定连续测定10个样品后,就应清除管内的氧个样品后,就应清除管内的氧化物化物9/5/202455张红梅 工业分析 2010-2011学年Ino

62、rganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 燃烧燃烧酸碱滴定法酸碱滴定法本本法法采采用用双双氧氧水水溶溶液液作作为为吸吸收收剂剂吸吸收收二二氧氧化化硫硫,生生成成的的H2SO3被被氧氧化化为为H2SO4,然然后后用用NaOH标标准准滴滴定定溶溶液液滴滴定定生生成成的的H2SO4,即即可可求求出出SO2的的质质量分数。量分数。吸收:吸收:SO2+H2O=H2SO3H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O滴定:滴定:2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O本本法法克克服服了了SO2在在吸吸收收器器中中逃逃

63、逸逸的的现现象象,对对滴滴定定速速度度没没有有要要求求,尤尤其其适适合合于于碳碳硫硫的的联联合合测测定定。该该法法终终点点敏敏锐锐,操操作作方方便便;燃燃烧烧过过程程中中即即使使有有SO3产生也能被滴定,不影响测定结果。产生也能被滴定,不影响测定结果。9/5/202456张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、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,在与钼光度法。一般是使磷转化为磷酸,在与钼酸铵反

64、应生成磷钼酸,在此基础上可用重酸铵反应生成磷钼酸,在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法进行测量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法进行测定。定。 6.4 磷的测定磷的测定 9/5/202457张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 6.5 锰的测定锰的测定 钢钢铁铁中中锰锰含含量量的的分分析析通通常常采采用用滴滴定定法法和和光光度度法法。前前者者可可用用硝硝酸酸银银( (酸酸性性条条件件) )定定量量将将锰锰氧氧化化成成三三价价,用用硫硫酸酸亚亚铁铁钱钱标

65、标准准滴滴定定溶溶液液滴滴定定。还还可可以以用用过过硫硫酸酸铵铵将将锰锰氧氧化化成成七七价价,以以亚亚砷砷酸酸钠钠- -亚亚硝硝酸酸钠钠标标准准滴滴定定溶溶液液滴滴定定。后后者者常常用用高高碘碘酸酸钾钾将将锰锰氧化成七价后,进行光度测定。氧化成七价后,进行光度测定。9/5/202458张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 6.6 硅的测定硅的测定 目前钢铁中硅的测定方法很多,主要有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。重量法是最重量法

66、,滴定法,光度法等。重量法是最经典的测定方法,具有准确、适用范围广经典的测定方法,具有准确、适用范围广等特点等特点 。光度法具有简单、快速、准确等。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。中应用最多的是硅钼蓝光度法。 介绍介绍还原型硅钼酸盐光度法测定还原型硅钼酸盐光度法测定 9/5/202459张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 一、方法原理一、方法原理 试样用稀酸溶

67、解后,使硅转化为可溶性硅酸试样用稀酸溶解后,使硅转化为可溶性硅酸: : 3FeSi+l6HNO 3FeSi+l6HNO3 3 = 3Fe(NO= 3Fe(NO3 3) )3 3+3H+3H4 4SiOSiO4 4+7NO+7NO +2H+2H2 2O O FeSi+H FeSi+H2 2SOSO4 4+4H+4H2 2O = FeSOO = FeSO4 4+H+H4 4SiOSiO4 4+3H+3H2 2 加加高高锰锰酸酸钾钾氧氧化化碳碳化化物物,再再加加亚亚硝硝酸酸钠钠还还原原过过量量的的高高锰锰酸酸钾钾,在在弱弱酸酸性性溶溶液液中中,加加入入钼钼酸酸,使使其其与与H H4 4SiOSiO4

68、 4反反应应生生成成氧氧化化型型的的黄黄色色硅硅钼钼杂杂多多酸酸( (硅硅钼钼黄黄) ),在在草草酸酸的的作作用用下下,用用硫硫酸酸亚亚铁铁铵铵将将其其还还原原为为硅硅钼钼蓝蓝: :9/5/202460张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry H4SiO4 + 12H2MoO4 = H8Si(Mo2O7)6+10H2O v 于波长于波长810nm处测定硅钼蓝的吸光度。本法适处测定硅钼蓝的吸光度。本法适用于铁、碳钢、低合金钢中用于铁、碳钢、低合金钢中0.030l

69、.00%酸溶硅含酸溶硅含量的测定。量的测定。 9/5/202461张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、主要试剂与仪器二、主要试剂与仪器v1 试剂试剂v 1.1 纯铁(硅的含量小于纯铁(硅的含量小于0.002%);); 1.2 钼酸铵溶液(钼酸铵溶液(50g/L);); v 1.3 草酸溶液草酸溶液(50g/L) v 1.4 硫酸亚铁铵溶液硫酸亚铁铵溶液(60g/L); v 1.5 硅标准溶液硅标准溶液(20 g/mL) v2仪器仪器 721等类型的光

70、度计。等类型的光度计。9/5/202462张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、分析步骤三、分析步骤 称称取取试试样样0.1g0.1g左左右右,置置于于150mL150mL烧烧杯杯中中。加加入入30mL30mL硫硫酸酸(1+17)(1+17),低低温温缓缓慢慢加加热热(不不要要煮煮沸沸)至至试试样样完完全全溶溶解解(并并不不断断补补充充蒸蒸发发失失去去的的水水分分)。煮煮沸沸,滴滴加加高高锰锰酸酸钾钾溶溶液液(40g/L)40g/L)至至析析出出二二氧

71、氧化化锰锰水水合合物物沉沉淀淀。再再煮煮沸沸约约lminlmin,滴滴加加亚亚硝硝酸酸钠钠溶溶液液(100g/L)(100g/L)至至试试验验溶溶液液清清亮亮,继继续续煮煮沸沸lminlmin2min(2min(如如有有沉沉淀淀或或不不溶溶残残渣渣,趁趁热热用用中中速速滤滤纸纸过过滤滤,用用热热水水洗洗涤涤) )。冷冷却却至至室室温温,将将试试验验溶溶液液移移入入100mL100mL容量瓶容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀。中,用水稀释至刻度,混匀。9/5/202463张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic a

72、nd Analytical Chemistry 移移取取10.00mL10.00mL上上述述试试验验溶溶液液二二份份,分分别别置置于于50mL50mL容容量量瓶瓶中中( (一一份份作作显显色色溶溶液液用用,一一份份作作参参比比溶溶液用液用) ) 显显色色溶溶液液 小小心心加加入入5.0mL5.0mL钼钼酸酸铵铵溶溶液液,混混匀匀。放放置置15min15min或或沸沸水水浴浴中中加加热热30s30s,加加入入l0mLl0mL的的草草酸酸溶溶液液,混混匀匀。待待沉沉淀淀溶溶解解后后30s30s内内,加加入入5.0mL5.0mL的的硫酸亚铁铵溶液,用水稀释至刻度,混匀。硫酸亚铁铵溶液,用水稀释至刻度

73、,混匀。 参参比比溶溶液液 加加入入10.0mL10.0mL草草酸酸溶溶液液、5.0mL5.0mL钼钼酸酸铵铵溶溶液液、5.0mL5.0mL硫硫酸酸亚亚铁铁铵铵溶溶液液,用用水水稀稀释释至至刻刻度度,混匀。混匀。9/5/202464张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 将显色溶液移入将显色溶液移入lcmlcm吸收皿中,以参比溶吸收皿中,以参比溶液为参比,于分光光度计波长液为参比,于分光光度计波长810nm810nm处测量溶处测量溶液的吸光度值。对没有此波长

74、范围的光度计,液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计,可于可于680nm680nm处测量。处测量。 v思考一下思考一下测定波长测定波长的问题的问题v显色溶液显色溶液与与参比溶液参比溶液和通常情况下和通常情况下所选择的情况有什么区别?所选择的情况有什么区别?9/5/202465张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 工作曲线绘制工作曲线绘制 移取数份与已知其硅含量的移取数份与已知其硅含量的纯铁纯铁或或低低硅硅标样作低样。移取标样作低样。移取0 0、0.500.

75、50、1.001.00、2.002.00、3.003.00、4.004.00、5.005.00、6.00mL6.00mL硅标准溶液硅标准溶液(20(20 g/mL)g/mL),分别置于上述数份分别置于上述数份低样低样中,以中,以下按分析步骤进行。用硅标准溶液中硅量下按分析步骤进行。用硅标准溶液中硅量和和纯铁纯铁中硅量之和为横坐标,测得的吸光中硅量之和为横坐标,测得的吸光度值为纵坐标,绘制工作曲线度值为纵坐标,绘制工作曲线。9/5/202466张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytica

76、l Chemistry 硅的质量分数按下式计算:硅的质量分数按下式计算:v式中式中 v m1从工作曲线上查得的硅量,从工作曲线上查得的硅量, g;v V1移取试验溶液的体积,移取试验溶液的体积,mL;v V试验溶液的总体积,试验溶液的总体积,mLv m称样量,称样量,g。9/5/202467张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry Am ( g)m1 gA试液试液工工 作作 曲曲 线线v( g/50mL)9/5/202468张红梅 工业分析 2010-2011

77、学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 四、测定条件四、测定条件酸度和钼酸铵浓度酸度和钼酸铵浓度 温度和时间温度和时间 试剂的加入顺序试剂的加入顺序 还原条件及光学性质还原条件及光学性质 干扰及消除干扰及消除 操作注意事项操作注意事项v掌握掌握9/5/202469张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 原理:原理:9/5/202470张红梅 工业分析 201

78、0-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测定方法的类型测定方法的类型 根据含量的不同选择适当的方法根据含量的不同选择适当的方法 常量法常量法 SiOSiO2 2重量法重量法 K K2 2SiFSiF6 6容量法容量法 微量法微量法 硅钼蓝分光光度法硅钼蓝分光光度法2 条件条件(1)创造条件生成创造条件生成型硅钼杂多酸(硅钼黄)型硅钼杂多酸(硅钼黄)硅钼黄有两种形态硅钼黄有两种形态 :1原理原理9/5/202471张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and A

79、nalytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 1 1 硅钼杂多酸(硅钼杂多酸( 硅钼黄)硅钼黄) 在较低酸度即较多在较低酸度即较多pHpH3.8pHpH3.84.8 4.8 的的室温中生室温中生成很稳定成很稳定, ,还原为蓝绿色还原为蓝绿色2 2 硅钼杂多酸硅钼杂多酸在较高酸度即较低在较高酸度即较低pH l.0pH l.01.8 1.8 (水泥化学分水泥化学分析析pH 1.51.7pH 1.51.7)中生成,还原为蓝色中生成,还原为蓝色( 硅钼黄)硅钼黄)9/5/202472张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic

80、 and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 硅钼黄硅钼黄 硅钼黄硅钼黄pH3.84.8较高较高范围范围宽宽l.01.8较低较低窄窄颜色颜色 max蓝绿色蓝绿色635,750nm蓝色蓝色810nm(硅钼蓝硅钼蓝)1.85104灵敏度较灵敏度较低低2.00104灵敏度较高灵敏度较高稳定性稳定性较稳定较稳定不稳定不稳定被还原为被还原为硅钼蓝硅钼蓝 不易不易易易注:注:型不稳定较易还原成型不稳定较易还原成 型,其转变速度随温度升高,酸度型,其转变速度随温度升高,酸度降低(降低(pHpH升高)及离子强度的增大而加快。升高)及离子

81、强度的增大而加快。730nm730nm波长处二者波长处二者硅钼蓝硅钼蓝吸光度相等,在吸光度相等,在7272型分光光度计上,采用型分光光度计上,采用650650700nm700nm波长范围测定。波长范围测定。 9/5/202473张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 实际应用是创造条件实际应用是创造条件得得型硅钼黄的原因?型硅钼黄的原因? 虽然虽然型不稳定,生成的酸度有比较严格型不稳定,生成的酸度有比较严格 但是:但是: 1 1 因为它在较高酸度下形成,此时

82、铁等许多金属离子不易水因为它在较高酸度下形成,此时铁等许多金属离子不易水解,共存离子干扰少解,共存离子干扰少 2 2 型硅钼黄比型硅钼黄易被还原成硅钼蓝型硅钼黄比型硅钼黄易被还原成硅钼蓝 3 3 型硅钼黄的还原产物硅钼蓝的灵敏度高于型硅钼黄的还原产物硅钼蓝的灵敏度高于 型还原产物型还原产物的灵敏度的灵敏度 尽量减少尽量减少型型型转化的措施型转化的措施 控制控制型的配合时间及配合温度型的配合时间及配合温度 9/5/202474张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemist

83、ry (2)(2)温度影响硅钼黄的反应速度温度影响硅钼黄的反应速度 20 10min20 10min 30 2min 30 2min 100 30s 100 30s水浴加热水浴加热30s30s, 注意注意 我们做实验时常温下放我们做实验时常温下放15min15min。 但加热生成硅钼黄后,必须及时冷却,并进行下但加热生成硅钼黄后,必须及时冷却,并进行下步的还原处理,否则在高温下,时间过长,甚至硅步的还原处理,否则在高温下,时间过长,甚至硅钼黄也可能分解,可能有钼黄也可能分解,可能有硅钼黄形成硅钼黄形成 冷却冷却办法办法流水冷却流水冷却9/5/202475张红梅 工业分析 2010-2011学年

84、Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (3)(3)测硅消除测硅消除P, AsP, As的干扰的干扰酸度是生成硅钼黄或硅钼蓝及排除酸度是生成硅钼黄或硅钼蓝及排除P, AsP, As杂质干扰的重要条件杂质干扰的重要条件 硅钼黄的在低酸度生成,硅钼黄的在低酸度生成, 然后提高酸度然后提高酸度至至3.03.04.0mol/L 4.0mol/L 消除消除P, AsP, As干扰干扰 9/5/202476张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical Chemist

85、ryInorganic and Analytical Chemistry 除除P, AsP, As杂多酸由谁担任?杂多酸由谁担任? 可加入有机酸:草酸,酒石酸,柠檬酸消除可加入有机酸:草酸,酒石酸,柠檬酸消除干扰其中以干扰其中以H H2 2C C2 2O O4 4效果最快效果最快 H H2 2C C2 2O O4 4除了提高酸度除杂质,还有其他作用除了提高酸度除杂质,还有其他作用 H H2 2C C2 2O O4 4作用作用 a : a : 调整酸度调整酸度(提高酸度),破坏提高酸度),破坏P, AsP, As杂多酸,杂多酸,消除消除P, AsP, As干扰干扰 b: b: 增加增加FeFe2

86、+2+还原能力并消除还原能力并消除FeFe3+3+黄色干扰黄色干扰 9/5/202477张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry C:使用使用H2C2O4注意注意 a 硅钼黄也能进一步被硅钼黄也能进一步被H2C2O4分解分解 因此加入因此加入H2C2O4,待钼酸铁(黄色)待钼酸铁(黄色)溶解后,溶解后,立即(半分钟内)加入立即(半分钟内)加入FeSO4还原之还原之 有的书上为了避免有的书上为了避免H2C2O4的不利因素,预先将的不利因素,预先将草酸,亚铁盐及硫

87、酸三者配成混合液(这样可以草酸,亚铁盐及硫酸三者配成混合液(这样可以完全消除完全消除H2C2O4不利影响不利影响 b 参比液用褪色空白(书上讲试剂空白)参比液用褪色空白(书上讲试剂空白) 移取移取10.00mL试液,于试液,于50mL容量瓶中,加容量瓶中,加10.00mL 50g/L H2C2O4,5.0mL钼酸铵溶液钼酸铵溶液50g/L 、 5mL60g/L FeSO4,水定容水定容 9/5/202478张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 选该参比液的

88、目的:选该参比液的目的: 清除草酸铁的黄色清除草酸铁的黄色( (虽为淡黄色但也有影响虽为淡黄色但也有影响) ) 方法技巧在于:先加草酸,破坏硅钼杂多方法技巧在于:先加草酸,破坏硅钼杂多酸酸SiSi显色。显色。 (3)KMnO(3)KMnO4 4及及NaNONaNO2 2在溶样中作用在溶样中作用 KMnOKMnO4 4 a. ,以免将来生成的硅钼黄,以免将来生成的硅钼黄(即硅即硅钼杂多酸钼杂多酸),在条件不具备时,在条件不具备时,过早的被过早的被Fe2+还原,造成误差还原,造成误差 b. (同时同时)是少量碳化物分解是少量碳化物分解 注意:如含碳量过高,则应该将石墨碳过注意:如含碳量过高,则应该

89、将石墨碳过滤滤 除去。除去。9/5/202479张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry NaNO2 A A 作用:过量的作用:过量的KMnOKMnO4 4妨碍下步反应,可用妨碍下步反应,可用NaNONaNO2 2还还原除去原除去 B B 过量的过量的NaNONaNO2 2应应分解除去分解除去9/5/202480张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analyti

90、cal Chemistry 6.7 其它测定法介绍其它测定法介绍 一、碳硫联合测定一、碳硫联合测定 二、硅、锰、磷的快速测定二、硅、锰、磷的快速测定 9/5/202481张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 硅,锰,磷的测定硅,锰,磷的测定 SiMnPGB22381规定规定生铁或碳素钢生铁或碳素钢(1)高氯酸脱水重量高氯酸脱水重量法法(2)硅钼蓝比色法硅钼蓝比色法GB22381(1)亚砷酸钠亚砷酸钠亚亚硝酸钠容量法硝酸钠容量法(2)硝酸铵氧化容量硝酸铵氧化

91、容量法法GB223381(1)二安替比林甲烷二安替比林甲烷磷钼酸重量法磷钼酸重量法(2)磷钼酸铵容量法磷钼酸铵容量法(3)乙酸丁酯萃取磷乙酸丁酯萃取磷钼蓝光度法钼蓝光度法(4)锑磷钼蓝光度法锑磷钼蓝光度法国家冶金部国家冶金部YB35-64磷钼蓝磷钼蓝比色法测定比色法测定9/5/202482张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 钢铁分析部分作业及课堂提问或检查钢铁分析部分作业及课堂提问或检查 一一C,S1.封闭液为什么必须被封闭液为什么必须被CO2饱和?饱和

92、?为什么采用甲基橙的为什么采用甲基橙的NaCl酸性溶液?酸性溶液?2.洗气瓶系统的作用?洗气瓶系统的作用?(KOH、H2SO4及及U形管形管CaCl2)3.分析分析CS联合仪测联合仪测C结果偏低原因?补结果偏低原因?补救措施?救措施?4.为什么测为什么测S时,要用钢铁标样标定时,要用钢铁标样标定NaOH滴定剂?滴定剂?9/5/202483张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 5.防止防止SO2转化率不高造成系统误差的措施?转化率不高造成系统误差的措施?6.

93、助熔剂的作用?加得越多越好吗?为什么?助熔剂的作用?加得越多越好吗?为什么?7.为什么为什么C含量需加减温度压力校正值?含量需加减温度压力校正值?8.通通O2速度应控制多少?速度应控制多少?9.定硫杯中装的是什么?定硫杯中装的是什么?10.吸收瓶中装的是什么?吸收瓶中装的是什么?11.燃烧炉作用?燃烧炉作用?12.球形管中脱脂棉作用?球形管中脱脂棉作用?13.素瓷舟实验前的预备态是什么样?素瓷舟实验前的预备态是什么样?14.样品燃烧前为何要预热?样品燃烧前为何要预热?15定硫杯为何要预先调好零点?定硫杯为何要预先调好零点?16.定硫吸收液中加定硫吸收液中加K2SO4作用?作用? 防止混合气体中

94、防止混合气体中CO2被吸收或降低被吸收或降低CO2经定硫杯经定硫杯时的溶解度时的溶解度 9/5/202484张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二二 SiSi测定测定 1测测Si时,为什么要控制条件形成时,为什么要控制条件形成型硅钼黄型硅钼黄?用什么消除?用什么消除P,As干扰?干扰?2测测Si时,加入时,加入H2C2O4的作用?使用前应注的作用?使用前应注意什么问题?意什么问题?3为什么选褪色空白做参比液?为什么选褪色空白做参比液?(或参比液的或参比液的作用作用)4硅钼黄的最佳生成酸度?为什么要控制?硅钼黄的最佳生成酸度?为什么要控制?5消除消除P,As干扰的酸度?干扰的酸度?6KMnO4及及NaNO2在溶样中的作用?在溶样中的作用?7硅钼黄的反应速度与温度关系?硅钼黄的反应速度与温度关系?(或温度如或温度如何影响硅钼黄的反应速度?何影响硅钼黄的反应速度?)8预习预习72型分光光度计的使用型分光光度计的使用9FeSO4作用?作用?9/5/202485张红梅 工业分析 2010-2011学年

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