硅铁粉中硅含量检验的研究

摘要：介绍了试样以混合熔剂熔融，高氯酸发烟，使硅酸脱水变为不溶性的硅酸凝胶测定硅铁粉中硅含量的方法。与国标方法相比较，周期短，操作简便，检测成本低，结果一致性好，更适合生产检验。

关键词：硅铁粉；重量法；混合溶剂；高氯酸。

重量分析法是一种经典的化学分析方法，该方法直接通过称量获得分析结果，不需要与标准试样或基准物质进行比较，准确度较高，相对误差低，缺点是耗时较长。目前，常量尤其是高含量的硅、硫、镍等元素的精确测定多采用重量分析法。

硅铁是一种重要的冶炼原料，硅和氧很容易化合成二氧化硅，硅铁常用于炼钢作脱氧剂，同时由于二氧化硅生成时放出大量的热，在脱氧同时，对提高钢水温度也是有利的。硅铁作为合金元素加入剂，广泛用于低合金结构钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中。硅铁粉以其粒度优势作为扩散脱氧剂普遍被炼钢生产所使用。其中主元素硅的含量测定很重要。该元素的检测按照国标方法检测周期很长，操作复杂，需要使用铂金坩埚，检测成本高，不能满足生产需要，本文研究了用滤纸包裹助溶剂和试样，在碳粉中熔融，高氯酸脱水重量法测定硅含量。缩短了检测周期，操作简便，检测成本低，结果一致性好，更适合生产检验。

1 实验部分

1.1 主要试剂

1.1.1碳粉。

1.1.2混合熔剂，无水碳酸钠+硼砂+过氧化钠=20+10+3。

1.1.3高氯酸，ρ1.67g/mL。

1.1.4硫氰酸铵，50g/L。

1.1.5硝酸银，10g/L。

1.1.6盐酸，1+1。

1.1.7盐酸，ρ1.19g/mL。

1.1.8热盐酸水，5+95。

1.2 实验方法

称取0.25g粒度不大于120目筛网的试样，精确至0.0001g。

用无灰分的定量滤纸叠成包子状，加3g混合熔剂（1.1.2），将称取的试样于混合熔剂（1.1.2）中，混匀，拧紧后放入凹形碳粉（1.1.1）中。将装有碳粉（1.1.1）的瓷坩埚放入950℃的马弗炉中，熔解试样13min，取出坩埚，冷却后将熔块从凹形碳粉（1.1.1）中取出擦去碳粉，放入200mL烧杯中，加盐酸（1.1.6）30mL，加热溶解，待试样熔块全溶后加30mL高氯酸（1.1.3），冒尽高氯酸烟（干涸），取下加5mL盐酸（1.1.7），100mL热水，加热溶解盐类，以双层快速滤纸过滤于锥形瓶中，沉淀用热盐酸水（1.1.8）洗至无铁离子[以硫氰酸铵（1.1.4）检验]。再以沸水洗至无氯离子[以硝酸银（1.1.5）检验]，将沉淀连同滤纸放入瓷坩埚中，放于950℃马弗炉中灼烧30min，取出，放入干燥器中冷至室温，称重。

2 结果与讨论

2.1 结果的计算

按下式计算硅含量，以质量分数表示：

2.2样品粒度试验

将一份大样均匀缩分为5份，分别研磨后过不同的套筛，制成编号依次为1#～5#的五份样品，对应粒度分别为：0.185～0.247mm、0.148～0.185 mm、0.123～0.148 mm、0.093～0.123 mm和≤0.093 mm。按1中试验方法进行测定，然后对得到的沉淀滴加硫酸和氢氟酸进行挥硅处理，计算回收率。结果如表1。

从表1结果可以看出，样品粒度为0.185～0.247 mm时，回收率明显偏低，并且在试验过程中也发现熔块松散不聚团的现象，一次沉淀中存在不熔物。当样品粒度为0.123～0.148时，回收率已基本达到100%，试验过程现象均正常。一般合金和散装料试验的粒度要求为0.100mm～0.150mm，为了保证熔融效果，得到较高的回收率，选择样品粒度为小于等于0.123 mm，即试样全部通过120目筛子。

2.3熔融温度试验

选择编号为YSB11601a-99/2002的硅铁标样，采用熔融温度分别为850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃，按照1中试验方法进行测定，然后对得到的沉淀滴加硫酸和氢氟酸进行挥硅处理，计算回收率。结果如表2和图1。

从表2和图1结果可以看出，熔融温度过低会导致试样溶解不完全影响结果，温度过高，熔块过硬影响下一步的酸溶操作，温度在900℃～1000℃时，回收率均能达到要求，为了保证结果，同时熔块硬度合适，所以选择950℃进行熔融。

2.4熔融时间试验

选择编号为YSB11601a-99/2002的硅铁标样，采用熔融时间分别为8min、10 min、13 min、15 min、18 min按照1中试验方法进行测定，然后对得到的沉淀滴加硫酸和氢氟酸进行挥硅处理，计算回收率。结果如表3和图2。

从表3和图2结果可以看出，熔融时间为8 min时，样品溶解不完全，10 min以上时，熔融均较好，回收率均能达到要求，为了保证熔融充分，又不浪费时间，选择熔融时间为13 min。

2.5灼烧温度试验

选择编号为YSB11601a-99/2002的硅铁标样，采用灼烧温度分别为850℃、900℃、950℃、1000℃，按照1中试验方法进行测定，然后对得到的沉淀滴加硫酸和氢氟酸进行挥硅处理，计算回收率。结果如表4和图3。

从表4和图3结果可以看出，灼烧温度在900℃～1000℃时，回收率基本能达到要求，由于使用的是磁坩埚，温度不宜太高，所以选择950℃进行灼烧。

2.6灼烧时间试验

选择编号为YSB11601a-99/2002的硅铁标样，采用灼烧时间分别为15 min、20min、25 min、30 min、35minn，按照1中试验方法进行测定，然后对得到的沉淀滴加硫酸和氢氟酸进行挥硅处理，计算回收率。结果如表5和图4。

从表5和图4结果可以看出，熔融时间为25min以上时，回收率均能达到要求，为了保证沉淀灼烧充分，又不浪费时间，选择熔融时间为30 min。

2.7滤纸的选择

根据SiO2沉淀的性质，可以选择中速或快速滤纸进行过滤[1]，试验过程中用两种滤纸分别进行了试验，均能达到要求，快速滤纸过滤速度快，节省时间。但单层快速滤纸在试验过程中出现了破裂现象。为了保证过滤效果，同时缩短检测周期，本文选择双层快速滤纸进行过滤。

2.8精密度和准确度试验

选择4个不同含量的硅铁标样，每个标样平行分析9次，分析结果及精密度如表6。

《GB/T4333.1-1984硅铁化学分析方法 高氯酸脱水重量法国标重量法》中规定，硅含量大于50%时，允差为0.60%，由表6可以看出，该方法分析的精密度和准确度均能达到国标的要求，能够满足生产需要。

3 结论

本文研究了用滤纸包裹混合助溶剂和试样，在碳粉中熔融，高氯酸脱水重量法测定硅含量。缩短了检测周期，操作简便，检测成本低，结果准确度和精密度均较高，能够达到生产要求，更适用于生产检验。

参考文献：

[1]华东理工大学分析化学教研组 成都科学技术大学分析化学教研组 编 分析化学 高等教育出版社