鈮鐵是鋼鐵的重要合金添加劑,在煉鋼時(shí)加入適量的鈮鐵,會(huì)大幅度提高鋼材的強(qiáng)度、韌性、可焊性和耐腐蝕性[1]。在不銹鋼與耐熱鋼中加入鈮,有利于提高其塑性和抗蝕性。結(jié)構(gòu)鋼中加入鈮,可改善其焊接性能,提高強(qiáng)度和可塑性,并阻止焊縫腐蝕。對(duì)高溫鋼和高溫合金來(lái)說(shuō),鈮是不可缺少的,因?yàn)殁壙梢蕴岣吒邷貜?qiáng)度,細(xì)化晶粒,阻止高溫下晶粒長(zhǎng)大。鈮與碳結(jié)合成碳化物,可消除碳化鉻沉積在不銹鋼中的有害作用,提高抗腐蝕能力。鈮鐵中主要雜質(zhì)元素包括鈦,如果鈦元素進(jìn)入鋼水中,可以變成夾雜物,直接影響鋼水質(zhì)量,因此準(zhǔn)確測(cè)定鈮鐵中鈦含量對(duì)生產(chǎn)和使用具有重要的意義。目前,鈮鐵中鈦含量的測(cè)定多采用變色酸光度法[2];合金中鈦的測(cè)定,有報(bào)道使用二安替比林甲烷光度法應(yīng)用于鉻鐵[3]、錳鐵[4]、硅鐵[5],而使用這種方法測(cè)定鈮鐵中鈦含量沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn),本文采用二安替比林甲烷分光光度法測(cè)定鈮鐵中鈦含量。
1. 實(shí)驗(yàn)
1.1 主要試劑
主要試劑及其質(zhì)量濃度:氫氟酸,1.15 g/mL;硝酸,1.42 g/mL;鹽酸,1.18 g/mL;過(guò)氧化氫,質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%;硫酸(與水的體積比1︰1);草酸溶液,50 g/L;草酸銨飽和溶液;亞硫酸鈉飽和溶液;抗壞血酸,100 g/L;二安替比林甲烷溶液,50 g/L(鹽酸與水的體積比1:1溶液配制)。
鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制過(guò)程:稱(chēng)取0.3336 g預(yù)先于950 °C灼燒至恒量的二氧化鈦(純度>99.9%),置于250 mL燒杯中,加入10 mL硫酸(硫酸與水的體積比1︰1),再加入5 g硫酸銨,蓋上表皿,加熱至冒硫酸煙,繼續(xù)加熱至二氧化鈦完全溶解,取下冷卻,用草酸溶液(50 g/L)洗入1000 mL容量瓶中,并以草酸溶液(50 g/L)稀釋至刻度,混勻。此溶液鈦含量為200.0 μg/mL。(1)移取20.00 mL鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液(200.0 μg/mL),置于200 mL容量瓶中,用草酸溶液(50 g/L)稀釋至刻度,混勻。此溶液鈦含量為20.0 μg/mL;(2)移取5.00 mL鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液(200.0 μg/mL),置于200 mL容量瓶中,用草酸溶液(50 g/L)稀釋至刻度,混勻。此溶液鈦含量為5.0 μg/mL。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
按表1稱(chēng)取試料,準(zhǔn)確至0.1 mg。隨同試料做空白實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)步驟:
(1)將試料置于100 mL的聚四氟乙烯燒杯或100 mL鉑皿中,加入5 mL氫氟酸,5 mL硝酸,低溫加熱至試料完全溶解,加入15 mL硫酸(硫酸與水的體積比1︰1),繼續(xù)加熱至冒硫酸煙并保持15 min。
(2)取下稍冷,將試液移入預(yù)先盛有50 mL草酸溶液(50 g/L)的250 mL燒杯中,再以100 mL草酸溶液(50 g/L)分次洗滌原聚四氟乙烯燒杯或鉑皿,洗液合并于燒杯中,溶液加熱至80~90 °C直至澄清。
(3)取下稍冷,加入2 mL過(guò)氧化氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%),加熱微沸30 s,取下,冷卻至室溫。將試液移入200 mL容量瓶中,以40 mL草酸溶液(50 g/L)分次洗滌燒杯,洗液合并于容量瓶中,用水稀釋至刻度,混勻。
(4)移取10 mL試液和隨同試料空白各兩份,分別置于50 mL容量瓶中,以下分別按顯色溶液和參比溶液操作進(jìn)行。顯色溶液:向一份試液和隨同試料的空白溶液中加入10 mL草酸銨飽和溶液,1 mL亞硫酸鈉飽和溶液,5 mL抗壞血酸(100 g/L),5 mL鹽酸,混勻,放置3 min,加入15 mL二安替比林甲烷溶液(50 g/L),用水稀釋至刻度,混勻。參比溶液:向另一份試液和隨同試料的空白溶液中加入10 mL草酸銨飽和溶液,1 mL亞硫酸鈉飽和溶液,5 mL抗壞血酸(100 g/L),5 mL鹽酸,混勻,放置3 min,以水稀釋至刻度,混勻。
(5)顯色溶液和參比溶液放置30 min,將部分測(cè)量溶液移入適當(dāng)?shù)谋壬笾幸愿髯缘膮⒈热芤簽閰⒈?,于分光光度?jì)波長(zhǎng)390 nm處測(cè)量其吸光度。用顯色溶液的吸光度減去隨同試料空白實(shí)驗(yàn)的吸光度后,從校準(zhǔn)曲線(xiàn)上查出相應(yīng)的鈦量。
(6)校準(zhǔn)曲線(xiàn)所需溶液的配制:根據(jù)試料中鈦含量,取一組50 mL容量瓶中,按表2對(duì)應(yīng)含量分別加入鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液。鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液不足10 mL的,加草酸溶液(50 g/L)補(bǔ)足10 mL,以下按顯色溶液操作加入各種試劑溶液,用水稀釋至刻度,混勻,放置30 min。
(7)繪制校準(zhǔn)曲線(xiàn):以不加入鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液的一份為參比溶液,于分光光度計(jì)390 nm處測(cè)量其吸光度,以鈦量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線(xiàn)。
2. 結(jié)果與討論
2.1 結(jié)果的計(jì)算
按下式計(jì)算試料中鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù):
式中:m1為從校準(zhǔn)曲線(xiàn)上查得顯色溶液的鈦量,μg;m為試料量,g;V為試液總體積,mL;V1為分取試液的體積,mL。
2.2 鈮干擾消除實(shí)驗(yàn)
二安替比林甲烷光度法檢測(cè)合金中鈦含量是比較傳統(tǒng)的方法,但二安替比林甲烷光度法用于鈮鐵的檢驗(yàn)難點(diǎn)為Nb5+、Fe3+、Mo6+、W6+有干擾,鈮鐵中鈮含量高,干擾影響較大。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,我們制定了兩套方案進(jìn)行解決,并分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
方案一:用草酸銨絡(luò)合鈮。在草酸銨–鹽酸介質(zhì)中進(jìn)行測(cè)定。顯色液:草酸銨加二安替比林甲烷加鹽酸。
方案二:加酒石酸進(jìn)行掩蔽。試樣加入抗壞血酸后,F(xiàn)e3+還原成Fe2+,不影響測(cè)定。Mo6+還原成Mo5+,仍與二安替比林甲烷生成微黃色絡(luò)合物,但有酒石酸存在時(shí)會(huì)有所改善,低于10 mg時(shí),不干擾。加酒石酸量不宜過(guò)大,否則會(huì)改變鈦絡(luò)合物的形式,使其最大吸收向紫外區(qū)移動(dòng)。Nb5+和W6+也可被酒石酸絡(luò)合從而消除干擾。
經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明方案一可行,用草酸銨絡(luò)合鈮,在草酸銨–鹽酸介質(zhì)中進(jìn)行測(cè)定,現(xiàn)象明顯,結(jié)果穩(wěn)定。
2.3 光吸收曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)
取一鈮鐵樣品,按照方法進(jìn)行操作,于不同波長(zhǎng)處進(jìn)行比色,結(jié)果如圖1??梢钥闯觯诓ㄩL(zhǎng)390 nm處出現(xiàn)了最高峰,所以本實(shí)驗(yàn)選擇390 nm為測(cè)定波長(zhǎng)。