张姣姣
陕西龙门钢铁有限责任公司 陕西渭南 715405
摘要：在钢铁冶金行业中作为重要的炼钢添加剂铬系钛合金被广泛应用,铬合金作为炼钢添加剂主要作为合金元素和脱氧剂,所以铬元素的含量对于炼钢工艺有较高要求,在铬系铁合金化学分析式样的前处理中主要应用技术有酸溶解法、熔融分解法微波消解法以及离心浇铸法等。这几种方法的应用各有优缺点，本文针对铬系铁合金化学分析试样的前处理技术展开分析，为相关领域人员提供一定的参考。
关键词：Cr系铁合金；化学分析；前处理
引言
铁合金的作用有：①脱氧剂。在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等。②合金添加剂。按钢种成分要求，添加合金元素到钢内以改善钢的性能。③孕育剂。在铸铁浇铸前加进铁水中，改善铸件的结晶组织。在不锈钢冶炼过程中，作为主要的合金添加剂，Cr不仅能提高钢的机械强度，还能够增加钢的耐磨性和耐腐蚀性。Cr元素的含量是铬铁合金牌号、品级、价格的重要决定因素，也是炼钢工艺的重要考核指标。而Si、P元素在铬铁中均为有害元素。因此，严格监控和准确测定铬铁中的Cr、Si、P元素具有非常重要的意义。因此，本文重点探讨Cr系铁合金化学分析试样的前处理技术。
1、熔融条件下分解
熔融反应为高温下的复分解反应。需要选择合适的坩埚，再添加以合适的助溶剂，在试样的熔点温度利用高温和氧化还原反应将难溶试样彻底分解，进入待测试液中。
1.1在酸性溶剂下分解
在酸熔分解法中比较常用常用的熔剂有焦硫酸钾和硫酸氢钾。这种熔剂的氧化性较弱，在300℃以上可与碱性或中性氧化物反应生成可溶性硫酸盐。对于C含量小于4%的铬铁，常采用硫酸、磷酸或硫磷混酸来分解，再滴加硝酸来氧化碳化物。当C的质量分数大于4%时，如果采用酸熔的方法，要求试样粒度要小，某些试样要求全部通过300目的筛网，然后用稀酸分解，通常需经过数天的时间才能将试样彻底分解。对于难溶的碳化物，在采用硝酸氧化时还可能发生钝化反应，使试样无法分解。有关学者采用焦硫酸钾强化分解法测定高碳铬铁中的Cr，经过磷酸的预处理使大部分试样分解后，再用焦硫酸钾进行强化分解。实验结果证明该方法适用于一般实验室的常规分析。作者还指出，用该方法分解高碳铬铁样品时，温度对试样分解效果有较大影响。一般情况下试液温度不应超过（350±5）℃，温度过低时试样处理效果差，温度过高又会形成不溶性的磷酸盐。
1.2在碱性溶剂下分解
碱熔分解法常用的熔剂有碳酸钠（钾）、氢氧化钠（钾）、过氧化钠或它们的混合熔剂。碱性熔剂主要用于分解酸性氧化物，经高温熔融后将试样转化为可溶于酸的化合物。由于熔融过程均在高温下进行，且熔剂具有很大的化学活性，所以合理选择熔融的容器至关重要，不仅要使坩埚不受损坏，还要保证分析的准确度。
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2、使用微波分解样品
微波消解法是一种利用微波为能量对样品进行消解的新技术，包括溶解、干燥、灰化、浸取等，该法适于处理大批量样品及萃取极性与热不稳定的化合物。该方法溶样酸简单，溶解速度快，能够溶解常压下不能溶解的物质，还可以消除因被测元素形成挥发性的反应产物导致的测量误差。彭荣华等以浓磷酸作为溶剂，高氯酸为氧化剂，通过微波消解处理样品，然后结合传统的滴定法测定高碳铬铁中的Cr元素的含量。试验结果表明，该方法与传统熔融法处理样品的检测结果一致，而且采用微波消解法具有快速、高效、试剂用量少、不易沾污等优点。学者通过向试样中加入5ml的高氯酸和1ml的氢氟酸，在超高压条件下得到了清澈的消解溶液，然后利用ICP-AES测定高碳铬铁中的Si、P。通过采用基体匹配法消除Cr和Fe的干扰，通过控制样品和校准曲线样品的溶样酸的一致性消除溶样酸的干扰。经过对高碳铬铁标准样品和实际样品进行测定，检测结果与认定值一致，相对标准偏差在0.40%~5.30%。由于在密封体系中，高氯酸作为强氧化性酸，当温度超过临界值时会剧烈分解而引发爆炸。对此，胡德新等在该方法的基础上进行优化，首先用硝酸溶解试样中易分解的部分，再用高氯酸和氢氟酸消解碳化物和硅化物，由此减少高氯酸的用量，消解过程平稳安全。他们用Y和In作为内标元素，利用高碳铬铁标准物质建立标准曲线，实现基体匹配，降低谱线干扰，由此建立起微波消解-ICP-AES并测定高碳铬铁样品中Si、P的方法。经过11次的高碳铬铁标准样品检测，相对标准偏差RSD在0.8%~6.0%。王力等以硝酸、氢氟酸、高氯酸为溶剂，采用微波消解法处理样品，配合电感耦合等离子体发射光谱技术，选择合适的工作条件，建立定量测定高碳铬铁中Cr、Mn、P的方法。该方法样品分解彻底，分析结果的准确度和精密度较好，适合大批量样品的连续检测。焦凤菊等以盐酸-硝酸-氢氟酸为消解酸，在最佳条件下用微波消解法能够使高碳铬铁样品彻底溶解，通过冒硫酸烟赶尽氟离子后，采用滴定法测定高碳铬铁中的Cr含量。该方法避开了使用高氯酸容易爆罐的风险，同时保证试样的彻底消解。该方法对标准样品的测定结果与碱熔法的结果接近，且更接近标准值，测定结果更准确。
3、常用酸分解金属
使用常用酸分解金属是一种比较简单、快速的方法，该方法中常用的酸有盐酸、硝酸、磷酸等，如果有部分无法使用单一酸溶解的物质可以使用混合酸。其中盐酸的络合能力是比较强的，能与大部分金属发生反应生成络离子，而低碳铬铁、微碳铬铁试样中C含量较低，使用盐酸就能够使试样中待测组分完全进入目标体系。GB/T4699.3-2007《铬铁、硅铬合金和氮化铬铁磷含量的测定铋磷钼蓝分光光度法和钼蓝分光光度法》中对于微碳、低碳和中碳铬铁的试样消解采用盐酸和过氧化氢混合溶剂溶解至无明显反应后，加高氯酸冒烟除Cr，继续发烟酸化后以铋磷钼蓝分光光度法测定试样中的P含量。通过高氯酸冒烟脱水将硅酸分离后测定，可以减少硅钼酸显色对P的测定干扰。相关学者采用稀盐酸消解样品，硝酸破坏碳化物的方法制备中碳铬铁的待测液，以ICP-AES法测定其中的Si、Mn、P的含量。在标准样品中加入标液建立工作曲线，对同一试样测定10次，Si、Mn、P的RSD分别为1.13、0.39和2.35。加标回收率在96%~103%，准确度较高。
4、离心浇铸分解金属
离心浇铸制样主要用于X-射线荧光光谱分析，稀释剂为纯铁，经过高频熔融之后使铁合金的颗粒效应和矿物效应完全消除，提高了分析结果的准确度和精密度。通过离心力把熔融物从特制的坩埚口注入铜模中，浇铸成块状试样。该方法避免了坩埚材料污染待测组分，熔融过程与铁合金生产时的矿物学状态极其相似，能够有效克服铁合金的矿物效应。有关学者采用离心浇铸制样-X射线荧光光谱法测定铬铁中的Cr含量，通过选择高碳铬铁标准样品进行测定，相对标准偏差仅为0.31%，精密度较高。而其他学者采用离心浇铸制样，X射线荧光光谱法测定铬铁中Cr、Si、P，能有效克服铁合金存在的矿物效应和颗粒效应，方法简单快速，准确度和精密度高，对标准样品的测定值与认定值相一致，能满足常规分析要求【1】。
5、结论
文章主要介绍酸溶分解法、焦硫酸钾分解法、碱性熔融法、微波消解法、离心浇铸等试样前处理技术在分析Cr系铁合金元素时的应用特点及效果【2】。
参考文献：
[1]王振坤，李异，姚传刚，王虹，王昊云，杨丽飞，郭军.微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高碳铬铁中硅磷[J].冶金分析，2015，30（2）：62-65.
[2]周勇义，谷学新，范国强，马群，郭启华，邹洪.微波消解技术及其在分析化学中的应用[J].冶金分析，2014，24（2）：30-35
论文作者:张姣姣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/7
标签：试样论文; 样品论文; 分解论文; 铬铁论文; 铁合金论文; 方法论文; 微波论文; 《防护工程》2018年第28期论文;