碱熔-过硫酸铵氧化滴定法测定高碳铬铁中铬

铬是低合金钢、合金钢及合金铸铁中最重要的合金元素之一。铬的存在能显著改善钢的抗氧化作用[1]。它的碳化物比较稳定, 其中高碳铬铁就难以用酸分解。而铬是一个易被氧化和还原的元素, 所以, 需要用过氧化钠熔融分解, 过氧化钠既是碱性熔剂, 又是强氧化剂可将试样中的铬全部氧化至六价。本法是测定高含量铬的理想方法。但是仍有一些需要注意的地方。本文通过试验逐一探讨碱熔法分析过程中的影响因素并加以克服, 使得分析结果的准确性与精密度满足炼钢生产的需要。

1 实验部分

1.1 主要试剂

过氧化钠、硫酸 (1+1) 、磷酸、亚硝酸钠 (100g/L) 、硫酸锰 (40g/L) 、硝酸银 (5g/L) 、过硫酸铵 (200g/L) 、氯化钠 (50g/L) 、硫酸亚铁铵标准溶液 (0.045mol/l) 、N-苯代邻氨基苯甲酸为指示剂。

1.2 实验方法

(1) 母液制备。称5g过氧化钠于镍铁坩埚中, 称0.2g试样混匀后覆盖1g过氧化钠, 盖上镍铁坩埚盖儿, 在高温电热板上将坩埚内烘烤至焦黄色, 再将坩埚置于700℃的马弗炉中, 熔融5min, 至试料分解完全。取出冷却, 放入聚四氟乙烯烧杯中用100ml热水将熔块浸出, 用蒸馏水洗出坩埚, 冷却。用硫酸 (1+1) 中和至中性 (用p H试纸检测) 并过量8ml, 滴加亚硝酸钠溶液至绿色 (将铬还原至三价) , 煮沸2min, 除去过量亚硝酸, 冷却至室温, 移入250ml容量瓶中, 定容。

(2) 铬的测定。移取50.00ml母液于300ml锥形瓶中, 加入20ml硫酸 (1+1) , 5ml磷酸, 加100ml水, 滴加4滴硫酸锰溶液, 加10ml硝酸银溶液, 加20ml过硫酸铵溶液, 加热煮沸至高锰酸红出现, 继续煮沸5min分解过量的过硫酸铵至无小气泡产生。加7ml氯化钠溶液, 煮沸至高锰酸红消失 (若红色未消失再补加一定量的氯化钠溶液) , 待氯化银沉淀凝聚, 取下, 流水冷却至室温, 用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至试液成黄绿色加4滴N-苯代邻氨基苯甲酸指示剂, 继续滴定至紫红色变为亮绿色为终点。记下读数[2]。

1.3 结果计算按下式计算铬的质量分数 (%)

式中:C为硫酸亚铁铵标准滴定溶液的浓度, mol/l;V为滴定消耗硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积, ml;m为分取试液中的试料量, g;51.996为铬的摩尔质量, g/mol.

2 结果讨论

(1) 过硫酸铵的配置过硫酸铵极不稳定, 10%的过硫酸铵在4℃的环境下最多能保持2周, 便会失效, 所以, 过硫酸铵应现配现用, 才可保证分析准确, 且过硫酸铵固体难溶, 可加热助其溶解.

(2) 溅失损失的影响必须将镍铁坩埚在低温电热板上加热烘烤至焦黄色后再移入700℃的马弗炉中, 这是因为, 如果过氧化钠熔剂中的水份未烘烤完全, 那么在其遇到高温时极易溅失于坩埚外, 使分析失败。而在用100ml热水浸取熔块时, 应控制下放速度, 避免溅出。

(3) 溶液酸度的影响铬的氧化反应与酸度有关, 酸度过大, 氧化速度慢, 而酸度太低, 则会产生水和二氧化锰沉淀, 所以控制溶液的酸度, 大约相当于100ml试液中含6~8ml硫酸为宜[1]。磷酸的存在有利于锰的氧化, 可以避免生成二氧化锰沉淀。

(4) 过硫酸铵的消除当煮沸至高锰酸红出现后, 一定要继续加热煮沸, 这样可以消除氧化后过量的过硫酸铵, 否则将使分析结果偏高。

(5) 氯化钠的影响加入氯化钠的作用除了将试液中的高锰酸还原成二价锰, 还可以与溶液中的银离子生成氯化银沉淀, 防止了银离子继续起催化作用。但当煮沸至高锰酸红消失后, 应取下流水冷却至室温, 以免煮沸时间过长, 使得六价铬被还原, 分析结果偏低[1]。

3 样品分析

按照本文方法对高碳铬铁样品中铬元素进行分析, 结果见表1。

从表1中可以看出, 用本实验方法所测定结果的相对标准偏差均小于0.2%, 分析结果准确可靠。

4 结语

本文采用碱熔-过硫酸铵氧化法测定高碳铬铁的质量分数, 减少了对试样的预处理过程, 缩短了分析周期, 并且在控制好各影响因素的情况下, 对不同含量的高碳铬铁的铬进行测定, 从结果来看, RSD<0.2%, 证明此法的准确度与精密度都很高, 方法可行。

摘要：本文采取将试样以过氧化钠熔融, 于硫酸、磷酸介质中在硝酸银存在下, 用过硫酸铵氧化铬至六价, 用硫酸亚铁铵标准溶液滴定的化学方法, 计算得到铬的质量分数。此法可用于铬铁中铬, 硅, 磷的联合测定。缩短了分析周期, 且准确度高。

关键词：过氧化钠,铬铁,硫酸亚铁铵

参考文献

[1] 曹宏燕.冶金材料分析技术与应用[M].冶金工业出版社, 2008.

[2] 王海舟.铁合金分析:CSM04032402-2001铬铁-铬含量的测定-碱熔-过硫酸铵氧化滴定法[M].科学出版社, 2003.