氟硅酸钾滴定法测定铁合金中的硅

2012-09-18唐晓飞

电大理工 2012年1期

唐晓飞

辽宁广播电视大学海城学院（海城 114200）

铁合金是由铁元素不小于 4%和一种以上（含一种）金属或非金属元素组成的合金，在钢铁和铸造工业中作为合金添加剂、脱硫剂和变性剂使用。测定其合金元素硅的方法，一般有两种：重量法和容量法。重量法分析步骤繁琐，分析周期长，而且使用氢氟酸会给人体和环境带来伤害和污染。容量法，通常采用NaOH和Na2O2分解样品，试剂消耗多、镍坩埚损坏严重。同时由于用NaOH和Na2O2熔样时，因硅钙合金中硅能与 NaOH反应生成硅酸钠和氢气，则在熔样时会产生起火爆炸现象，使分析失败。本工作采用氟硅酸钾容量法测定铁合金中的硅。用KOH和KNO3混合熔剂在镍坩埚中熔融，选取了最好的熔融条件，避免了试样在溶样过程中的溅出和镍坩埚的腐蚀，同时沉淀容易洗净。实验表明，该法分析准确，简便易行，结果稳定。

1 实验部分

1.1 主要试剂

盐酸：ρ约1.19 g/mL；硝酸：ρ约1.42 g/mL；硝酸钾—乙醇洗液（5%）；氯化钾（AR）；硝酸钾（AR）；氢氧化钾（AR）；氟化钾（15%）；中性水：经煮沸后除去 CO2的蒸馏水，加草酚蓝指示剂10滴，用氢氧化钠标液滴定至淡蓝色；氢氧化钠标准溶液（0.1 mol/L）：称取4.0 g氢氧化钠溶解于1000 mL无二氧化碳的水中（将水注人烧瓶中，煮沸10 min，立即用装有钠石灰管的胶塞塞紧，冷却即得），摇匀，保存在聚乙烯瓶中，密闭放置；氢氧化钠标准溶液标定：称取于105℃—110 ℃电烘箱中干燥至恒重的工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾0.7500 g于250 mL烧杯中，加无二氧化碳的水溶解，加2滴酚酞指示剂液(10 g/L)，用配制好的氢氧化钠溶液滴定至溶液呈粉红色，并保持30 s，同时做空白试验。

1.2 实验方法

称取铁合金试样0.1 g于镍坩埚中，加2.5 g氢氧化钾混匀，再在表面盖1 g硝酸钾，置于400℃高温炉中熔融10 min。用热水浸取熔融物于塑料烧杯中，加入硝酸20 mL，过氧化氢2 mL，冷却至室温。在不断搅拌下缓缓加入氟化钾溶液15 mL，放置10 min。用双层中速滤纸（用普通滤纸剪成约Φ40 mm）铺在带有塑料过滤器的抽滤瓶上抽滤，用硝酸钾—乙醇溶液洗烧杯及沉淀各2次。将沉淀及滤纸移入原烧杯中，加硝酸钾—乙醇溶液10 mL，加溴百里酚蓝指示剂5滴，滴加氢氧化钠标准溶液中和沉淀和滤纸上的残余酸，直至溶液呈蓝色不消失。然后加入约150 mL煮沸的中性水，立即以氢氧化钠标准溶液滴定至溶液恰好变蓝色为终点，记录滴定体积。随同试样做空白试验。按下式计算硅的质量分数：

式中：w(Si) —硅的质量分数，%；

c—氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L；

V—滴定消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL；

V0—滴定空白溶液消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL；

m—试样质量，g；

7.02—0.25 Si的摩尔质量，g/mol。

2 结果与讨论

2.1 熔剂的选择和用量

本法选用KOH-KNO3混合熔剂于镍坩埚中熔融，因为碱金属氢氧化物对硅有极强的熔解力，但氟铝酸钠和氟钛酸钠溶解度比相应的氟铝酸钾和氟钛酸钾要小得多，水解后也同样生成氢氟酸，影响测定，所以选用氢氧化钾为熔剂有利于减少铝、钛的干扰。同时，氢氧化钾进入试液，经硝酸酸化即为氟硅酸的沉淀剂，有利于氟硅酸钾沉淀的形成。加入KNO3，可以降低熔点，降低反应的剧烈程度，防止飞溅。本方法中，经实验得出KOH用量2.5 g以上，KNO3用量1 g以上，就能使K2FSi6沉淀完全。

2.2 酸的选择

盐酸能够增加 K2FSi6沉淀的溶解度，而K2FSi6在硝酸中的溶解度较盐酸中大得多。硫酸易生成难溶的硫酸盐，为了提高检测的准确度，减少铝的干扰，采用硝酸介质更为有利。实践证明，溶液的酸度应保持在3 mol/L左右，过低时易形成其它盐氟化物沉淀而干扰测定，但酸量过多会给沉淀的洗涤与中和残余酸的操作带来麻烦，亦无必要。所用的硝酸应一次加入，预防析出硅胶，使测定结果偏低。