工业分析化学第二版金属材料分析.pptx

目录第一节第一节 钢铁分析钢铁分析第二节第二节 铝及铝合金分析铝及铝合金分析 铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配合，经过铁矿石和焦炭、石灰石按一定比例配合，经过高温煅烧、冶炼，则铁矿石被焦炭还原，生成粗制高温煅烧、冶炼，则铁矿石被焦炭还原，生成粗制的铁，含碳量的铁，含碳量2.5%-4%2.5%-4%，称生铁。，称生铁。第一节 钢铁分析1.1 概述 金属材料分为黑色金属材料金属材料分为黑色金属材料(铁、铬、锰及其合铁、铬、锰及其合金，即钢铁金，即钢铁)和有色金属材料。钢铁是铁和碳的合金，和有色金属材料。钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中主要元素是铁，还含有其化学成分中主要元素是铁，还含有碳、硅、锰、碳、硅、锰、磷、硫磷、硫等五大元素及其它合金元素和杂质元素。等五大元素及其它合金元素和杂质元素。1.1.1 钢铁的分类（1）生铁生铁生铁C 2.5C 2.54%4%Mn 0.5Mn 0.56%6%Si 0.5Si 0.53%3%S S、P P（少量）（少量）通常按用途通常按用途(碳的存在形式碳的存在形式)分为炼钢生铁分为炼钢生铁(白口白口铁铁)和铸造生铁和铸造生铁(灰口铁灰口铁)。炼钢生铁炼钢生铁(白口铁白口铁)：含硅低而含硫高，多用于含硅低而含硫高，多用于炼钢；炼钢；碳以化合态存在。碳以化合态存在。铸造生铁铸造生铁(灰口铁灰口铁)：含硅高而含硫低，多用于铸含硅高而含硫低，多用于铸造；造；碳以游离态存在。碳以游离态存在。铸铁也是含碳量铸铁也是含碳量2%2%的铁碳合金。的铁碳合金。按化学成分，分为按化学成分，分为普通铸铁和合金铸铁；按断普通铸铁和合金铸铁；按断口颜色，分为灰口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁；按口颜色，分为灰口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁；按组织、性能不同，分为普通灰口铁、孕育铸铁、可组织、性能不同，分为普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁。锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁。（2）铁合金 指含有炼钢时所需的各种合金元素的特种生铁，指含有炼钢时所需的各种合金元素的特种生铁，用作炼钢时的脱氧剂或合金元素的添加剂。用作炼钢时的脱氧剂或合金元素的添加剂。按所含元素分为：按所含元素分为：硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、铌铁、钛铁、硅锰合金、稀土合金等。用量最大铁、铌铁、钛铁、硅锰合金、稀土合金等。用量最大的是硅铁、锰铁和铬铁。的是硅铁、锰铁和铬铁。（3）铸铁 钢是含碳量低于钢是含碳量低于2%2%的铁碳合金，其成分除铁碳外，的铁碳合金，其成分除铁碳外，还有硅、锰、硫、磷等杂质元素，合金钢中还有其他还有硅、锰、硫、磷等杂质元素，合金钢中还有其他的合金元素。一般工业钢中含碳量不超过的合金元素。一般工业钢中含碳量不超过1.4%1.4%。按化学成分，钢铁材料分为碳素钢和合金钢两种。按化学成分，钢铁材料分为碳素钢和合金钢两种。（4）钢 碳素钢：碳素钢：工业纯铁（含碳量工业纯铁（含碳量0.04%0.04%）低碳钢低碳钢 （含碳量（含碳量0.25%0.25%）中碳钢中碳钢 （含碳量（含碳量=0.25=0.250.60%0.60%）高碳钢高碳钢 （含碳量（含碳量0.60%0.60%）合金钢：合金钢：低合金钢低合金钢 （合金元素（合金元素5%5%）中合金钢中合金钢 （合金元素（合金元素=5%=5%10%10%）高合金钢高合金钢 （合金元素（合金元素10%10%）碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳是对钢性能起决定作用的元素。碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。理的方法来调节和改善其机械性能。对存在状态的影响：对存在状态的影响：灰口生铁石墨灰口生铁石墨C C多，软而韧多，软而韧白口生铁化合物白口生铁化合物C C多，硬而脆多，硬而脆1.1.2 各元素在钢中的形态和作用（1）碳主要由焦炭或原料矿石引入，以主要由焦炭或原料矿石引入，以MnSMnS或或FeSFeS状态状态存在。存在。硫的存在，使钢产生硫的存在，使钢产生“热脆性热脆性”，属有害成分，属有害成分，产生热脆性的原因是产生热脆性的原因是FeSFeS的熔点较低，最后凝固，夹的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，FeSFeS熔融，熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。（2）硫 磷由原料中引入，有时也为特殊需要而有意磷由原料中引入，有时也为特殊需要而有意加入，以加入，以FeFe2 2P P或或FeFe3 3P P状态存在。状态存在。磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生铁产生“冷脆性冷脆性”，但，但P P 流动性流动性易铸造，易铸造，并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合，在特殊情况下并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合，在特殊情况下常有意加入一定量常有意加入一定量P P达此目的。达此目的。生铁生铁 P0.3%P0.3%，一般碳素钢一般碳素钢0.06%0.06%，优质钢，优质钢0.03%0.03%特殊用途：轧辊钢高达特殊用途：轧辊钢高达 0.4 0.4%0.50.5%。炼钢或铸钢用的磷铁炼钢或铸钢用的磷铁 15 15%-20-20%之间。之间。（3）磷 硅由原料矿石引入或在脱氧及有特殊需要时加入。硅由原料矿石引入或在脱氧及有特殊需要时加入。主要以硅化物形式存在：主要以硅化物形式存在：FeSiFeSi、MnSiMnSi、FeMnSiFeMnSi。在高硅钢中，一部分以在高硅钢中，一部分以SiCSiC存在，也有时形成固熔存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。体或硅酸盐。作用：作用：增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性。耐酸性。促使促使C C以游离态石墨状态存在，使钢有较高的流动以游离态石墨状态存在，使钢有较高的流动性，易于铸造。性，易于铸造。（4）硅一般生铁或碳素钢一般生铁或碳素钢SiSi含量含量1%0.8%Mn0.8%碳素钢碳素钢Mn 0.3Mn 0.3%-0.8%-0.8%高锰钢高锰钢13%-14%13%-14%（5）锰含锰含锰0.80.8%-14%-14%为各种型号的高锰钢，具有良好为各种型号的高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。铁路道岔等。含含MnMn1212%-20%20%的铁合金为镜铁，含的铁合金为镜铁，含Mn60Mn60%-80%80%的铁的铁合金为锰铁，均主要用于炼钢做脱硫剂。合金为锰铁，均主要用于炼钢做脱硫剂。CSiMnSP形态固溶体碳化物Fe3C、Mn3C、Cr3C、WC、MoC游离石墨碳主要硅化物：FeSi、MnSi高碳钢部分SiC有时固熔体或硅酸盐 MnC、MnS、FeMnSi、固熔体MnS、FeSFe2P、Fe3P来源焦炭原料矿石；脱氧或特殊需要加入原料矿石；作脱硫脱氧剂焦炭或原料矿石引入原料引入；特殊需要加入各元素在钢中的形态和作用表：各元素在钢中的形态和作用表：硬度硬度高高低低产生热产生热脆性脆性产生冷脆性产生冷脆性延展性韧延展性韧性熔点性熔点钢中钢中S0.05%生铁生铁0.35%生铁生铁P0.3%一般碳素钢一般碳素钢0.06%优质优质钢钢0.03%轧辊轧辊钢高达钢高达 0.4 0.5%磷铁磷铁 15 20%之间之间弹性强度弹性强度抗氧化性抗氧化性流动性流动性易于铸易于铸造（促使造（促使C以游离态）以游离态）易于铸造易于铸造防止轧辊轧防止轧辊轧件间粘合件间粘合抗酸碱性抗酸碱性检测意义检测意义决定钢铁型号决定钢铁型号及用途主要指及用途主要指标标直接影响钢铁性直接影响钢铁性能控制一定量能控制一定量有害成分严格降至一有害成分严格降至一定量定量综上所述，综上所述，C C量确定钢铁型号及用途量确定钢铁型号及用途主要指标；主要指标；SiSi、MnMn直接影响钢铁性能直接影响钢铁性能(有益的有益的)控制一定量；控制一定量；S S、P P是有害成分是有害成分 必须严格降至一定量。必须严格降至一定量。因此，对于生铁和碳素钢，因此，对于生铁和碳素钢，C C、SiSi、MnMn、S S、P P等五等五种元素的含量是影响钢铁质量的主要成分，是钢铁生产种元素的含量是影响钢铁质量的主要成分，是钢铁生产的控制项目，也是钢铁分析的必测项目。的控制项目，也是钢铁分析的必测项目。1.1.3 钢铁分析的特点及分析内容（1）分析内容全分析：全分析：即系统分析即系统分析分析项目按该钢材种类牌号的国家标准或行业分析项目按该钢材种类牌号的国家标准或行业标准进行。标准进行。重点成分分析：重点成分分析：C C、SiSi、MnMn、S S、P P五种元素及相应钢材的特定五种元素及相应钢材的特定功能元素。功能元素。情况不明材料分析：情况不明材料分析：先定性或半定量分析，再确定所需分析项目。先定性或半定量分析，再确定所需分析项目。样品制备较简单：样品制备较简单：分布相对均匀分布相对均匀分解较容易：分解较容易：酸溶酸溶定量分析方法较简单：定量分析方法较简单：多用分光光度法，只有多用分光光度法，只有少数用滴定法。许多项目用自动分析仪。如金属材少数用滴定法。许多项目用自动分析仪。如金属材料元素一体化分析仪是综合性元素分析仪，该仪器料元素一体化分析仪是综合性元素分析仪，该仪器可满足钢、铁、合金钢、不锈钢、耐热钢、玛钢、可满足钢、铁、合金钢、不锈钢、耐热钢、玛钢、耐磨钢等材料中元素的测定。仪器通过电弧燃烧炉耐磨钢等材料中元素的测定。仪器通过电弧燃烧炉燃烧样品，红外分析法测定燃烧样品，红外分析法测定C C、S S元素的含量，通过元素的含量，通过光电比色法测定光电比色法测定MnMn、P P、SiSi、CrCr、NiNi、MoMo、CuCu、TiTi、V V、AlAl、W W、MgMg、稀土总量等元素的含量。、稀土总量等元素的含量。（2）分析特点 铁在地壳中的丰度大约为铁在地壳中的丰度大约为5%5%，在丰度表中居氧、，在丰度表中居氧、硅、铝之后，排位第四位。硅、铝之后，排位第四位。铁在各类岩浆岩中的平均含量为：铁在各类岩浆岩中的平均含量为：超基性岩超基性岩9.64%9.64%；基性岩；基性岩 8.61%8.61%；中性岩；中性岩 3.67%(3.67%(正长岩正长岩)，5.85%(5.85%(闪长岩闪长岩)；酸性岩；酸性岩 2.80%(2.80%(富钙岩富钙岩)，1.42%1.42%(贫钙岩贫钙岩)。铁是广泛存在的最普通元素之一，它和所有元铁是广泛存在的最普通元素之一，它和所有元素都可以共生，含铁矿物也可伴生众多元素，其中素都可以共生，含铁矿物也可伴生众多元素，其中较为密切的是与铁同周期的过渡元素和铂族元素，较为密切的是与铁同周期的过渡元素和铂族元素，此外还有镁、铝及一些常见非金属元素。此外还有镁、铝及一些常见非金属元素。1.2 钢铁冶炼原料铁矿石分析1.2.1 铁在自然界的存在 主要矿石类型：赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等。主要矿石类型：赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等。磁铁矿：磁铁矿：FeOFeFeOFe2 2O O3 3，具强磁性。具强磁性。赤铁矿：赤铁矿：FeFe2 2O O3 3，无磁性。无磁性。褐铁矿：褐铁矿：mFemFe2 2O O3 3nHnH2 2O O。菱铁矿：菱铁矿：FeCOFeCO3 3。黄铁矿：黄铁矿：FeSFeS2 2。此外还有钒钛铁矿、铬铁矿等。此外还有钒钛铁矿、铬铁矿等。1.2.2 铁矿石类型 铁的氧化物均可溶于酸；铁盐、亚铁盐与碱作铁的氧化物均可溶于酸；铁盐、亚铁盐与碱作用生成相应的氢氧化物沉淀：用生成相应的氢氧化物沉淀：Fe(OH)Fe(OH)3 3沉淀完全的沉淀完全的pH4.1pH4.1，Fe(OH)Fe(OH)2 2沉淀完全的沉淀完全的pH9.7(pH9.7(有铵盐存在时可有铵盐存在时可能沉淀不完全能沉淀不完全)。新沉淀的新沉淀的Fe(OH)Fe(OH)3 3 与强碱作用形成可溶性铁酸与强碱作用形成可溶性铁酸盐：盐：Fe(OH)Fe(OH)3 3+OHOH-FeOFeO2 2-+2H+2H2 2O pHO pH 1414而而Fe(OH)Fe(OH)2 2+2+2OHOH-Fe(OH)Fe(OH)4 4 2 2-pHpH 13131.2.3 铁的分析化学性质（1）铁化合物酸碱性质 铁盐在水溶解中容易发生水解，强酸铁盐在水铁盐在水溶解中容易发生水解，强酸铁盐在水溶液中水解能释放出质子：溶液中水解能释放出质子：FeFe3+3+H+H2 2O Fe(OH)O Fe(OH)2 2+H+H+Fe(OH)Fe(OH)+H+H2 2O Fe(OH)O Fe(OH)2 2+H+H+2Fe 2Fe3+3+2H+2H2 2O FeO Fe2 2(OH)(OH)2 24+4+2H+2H+另，另，FeFe3+3+与碱金属碳酸盐作用不形成碳酸盐而与碱金属碳酸盐作用不形成碳酸盐而生成氢氧化物，就是因为碳酸铁在水溶液中水解。生成氢氧化物，就是因为碳酸铁在水溶液中水解。铁的价态有铁的价态有0 0、+2+2、+3+3和和+6+6，FeFe3+3+比比FeFe2+2+稳定。稳定。在研磨试样时试样中的在研磨试样时试样中的Fe()Fe()和溶液中的和溶液中的FeFe2+2+可可能被氧化。提高酸度或使能被氧化。提高酸度或使FeFe2+2+形成稳定络合物有利于形成稳定络合物有利于其稳定性增加。其稳定性增加。FeFe3+3+是弱氧化剂，只有较强的还原剂如是弱氧化剂，只有较强的还原剂如SnClSnCl2 2、TiClTiCl3 3、盐酸羟胺等才能将它还原。盐酸羟胺等才能将它还原。铁的氧化还原性质是建立铁的测定方法的依据。铁的氧化还原性质是建立铁的测定方法的依据。（2）铁的氧化还原性质重铬酸钾法是主要测定方法。重铬酸钾法是主要测定方法。预处理：预处理：有汞法：有汞法：试样用酸分解后，加稍过量的试样用酸分解后，加稍过量的SnClSnCl2 2将将FeFe3+3+全部还原为全部还原为FeFe2+2+，过量的过量的SnClSnCl2 2用用HgClHgCl2 2除去：除去：SnClSnCl4 42-2-+HgClHgCl2 2 SnClSnCl6 62-2-+HgHg2 2ClCl2 2 无汞法：无汞法：试样分解后用试样分解后用SnClSnCl2 2将大部分将大部分FeFe3+3+还原为还原为FeFe2+2+，再用再用TiClTiCl3 3将剩余的将剩余的FeFe3+3+还原，用还原，用NaNa2 2WOWO4 4为指示为指示剂剂 W()W()无色无色 W()W()蓝色蓝色，再用，再用K K2 2CrCr2 2O O7 7将过量的将过量的TiClTiCl3 3还原至钨蓝消失。还原至钨蓝消失。1.2.4 铁的测定方法（1）滴定法氧化过量的氧化过量的TiClTiCl3 3，也可在也可在CuCu2+2+的催化下，利用空气中的的催化下，利用空气中的O O2 2进行，使钨蓝褪色。进行，使钨蓝褪色。滴定：滴定：向预处理完的试液加硫磷向预处理完的试液加硫磷混酸，以二苯胺磺酸钠为指示混酸，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用剂，用K K2 2CrCr2 2O O7 7标准溶液滴定。标准溶液滴定。高锰酸钾法、间接碘量法高锰酸钾法、间接碘量法和和EDTAEDTA络合滴定法也能用于铁络合滴定法也能用于铁的测定。的测定。低品位原矿石及选矿尾矿中的铁含量较低，低品位原矿石及选矿尾矿中的铁含量较低，可选用光度法和可选用光度法和AASAAS法等仪器分析方法，以法等仪器分析方法，以AASAAS法法为佳。为佳。光度法主要有磺基水杨酸法和邻菲啰啉法。光度法主要有磺基水杨酸法和邻菲啰啉法。原子吸收分光光度法的灵敏度不高，不如邻菲啰原子吸收分光光度法的灵敏度不高，不如邻菲啰啉光度法。啉光度法。0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示器显示器（2）光度法和AAS法如组成复杂，含有机物如组成复杂，含有机物等杂质，通常采用等杂质，通常采用COCO2 2气体保气体保护滴定法：护滴定法：矿样研磨至过矿样研磨至过100100目筛，目筛，不烘，风干；预先在试样中不烘，风干；预先在试样中加入加入NaHCONaHCO3 3或大理石，加或大理石，加HClHCl使产生使产生COCO2 2 ，并在锥瓶上加，并在锥瓶上加NaHCONaHCO3 3保护装置，加热使试保护装置，加热使试样分解，冷却后再用样分解，冷却后再用K K2 2CrCr2 2O O7 7法测定。法测定。NaHCO3饱饱和溶液和溶液1.2.5 Fe()的测定主要来源于试样的制备过程。如试样中不含强磁主要来源于试样的制备过程。如试样中不含强磁性矿物时，可用磁铁分离出金属铁。性矿物时，可用磁铁分离出金属铁。在试样中加入在试样中加入CuSOCuSO4 4溶液，发生置换反应：溶液，发生置换反应：CuSOCuSO4 4+Fe Fe Cu Cu+FeSO FeSO4 4金属铁变成金属铁变成FeFe2+2+而进入溶液，过滤，用而进入溶液，过滤，用K K2 2CrCr2 2O O7 7法或磺法或磺基水杨酸光度法测定。基水杨酸光度法测定。为消除为消除CuSOCuSO4 4颜色对终点的干扰，在滴定前加入颜色对终点的干扰，在滴定前加入AlAl片使片使CuCu2+2+沉淀。如不加沉淀。如不加AlAl片，可加片，可加HNOHNO3 3使使FeFe2+2+氧化氧化为为FeFe3+3+，再加氨水使形成，再加氨水使形成Fe(OH)Fe(OH)3 3，过滤后用过滤后用HClHCl重重新溶液后测定。新溶液后测定。试样中如含试样中如含FeOFeO，通常会使测定结果偏高。通常会使测定结果偏高。1.2.6 金属铁的测定在计算含有金属铁的试样中各组分含量时，均在计算含有金属铁的试样中各组分含量时，均应考虑金属铁的影响，予以校正。应考虑金属铁的影响，予以校正。对铁以外项目的校正：对铁以外项目的校正：A%A%：某组分实际含量；某组分实际含量；a%a%：该组分的测定值；该组分的测定值；Fe%Fe%：金属铁的含量。金属铁的含量。选择依据：选择依据：矿石特点；分析项目；测定要求；干矿石特点；分析项目；测定要求；干扰元素；扰元素；单独测定全铁：单独测定全铁：多采用酸溶，以多采用酸溶，以HClHCl为佳。如不能为佳。如不能全分解，可用硫磷混酸分解，但须注意加热时间不能全分解，可用硫磷混酸分解，但须注意加热时间不能过长，冒白烟过长，冒白烟1-31-3minmin即可，否则会生成焦磷酸盐，使即可，否则会生成焦磷酸盐，使结果偏低。结果偏低。测定铁矿石中的测定铁矿石中的AlAl2 2O O3 3：用用NaOHNaOH熔融分解。熔融分解。测定测定S S和和P P：NaNa2 2COCO3 3-ZnO-ZnO半熔法。半熔法。铁矿石全分析：铁矿石全分析：NaNa2 2O O2 2或或NaOHNaOH熔融分解。熔融分解。1.2.7 铁矿石分析（1）试样分解 TFeTFe、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、MnOMnO、P P2 2O O5 5、SOSO3 3、AsAs；有时加有时加FeOFeO和金属和金属FeFe。SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、MnMn、P P、S S的测定方法可参的测定方法可参照硅酸盐分析中的方法，照硅酸盐分析中的方法，AsAs一般用原子吸收分光光度法一般用原子吸收分光光度法测定。测定。（2）全分析项目1.3.1 采样、制样原则1.3.2 试样的采集和制备（1）采样工具钢制长柄勺；铸模；取样枪钢制长柄勺；铸模；取样枪（2）采集方法（3）制样方法1.3 钢铁试样的采集、制备及分解钢铁试样主要采用酸分解法，常用的有盐酸、钢铁试样主要采用酸分解法，常用的有盐酸、硫酸和硝酸。三种酸可单独或混合使用，分解钢铁硫酸和硝酸。三种酸可单独或混合使用，分解钢铁样品时，若单独使用时一种酸，往往分解不够彻底，样品时，若单独使用时一种酸，往往分解不够彻底，故更多是混合使用。故更多是混合使用。此外可用来分解钢铁样品的还有磷酸和高氯酸，此外可用来分解钢铁样品的还有磷酸和高氯酸，主要起助溶作用。主要起助溶作用。某些难分解试样，也可使用碱熔法分解。某些难分解试样，也可使用碱熔法分解。1.3.3 试样的分解 测定各种形态的碳属于相分析；碳在钢铁中主测定各种形态的碳属于相分析；碳在钢铁中主要以两种形式存在：游离碳和化合碳。游离碳一般要以两种形式存在：游离碳和化合碳。游离碳一般不与酸作用，而化合碳能溶解于酸。不与酸作用，而化合碳能溶解于酸。在成分分析中，一般钢样只测定总碳量；而生在成分分析中，一般钢样只测定总碳量；而生铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和化合铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和化合碳的含量。碳的含量。总碳量的测定方法方法有很多，但通常都是将总碳量的测定方法方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法测定。具体的测定该当有气体容量法、再用适当方法测定。具体的测定该当有气体容量法、吸收重量法、非水滴定法、光度法、色谱法和多种吸收重量法、非水滴定法、光度法、色谱法和多种电分析化学法。电分析化学法。1.4 主要元素分析1.4.1 碳的测定燃烧燃烧-气体容积法是目前国内外广泛采用的标气体容积法是目前国内外广泛采用的标准方法。本法成本低，有较高的准确度。其缺点是准方法。本法成本低，有较高的准确度。其缺点是要求有较熟练的操作技巧，分析时间较长，对低碳要求有较熟练的操作技巧，分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。试样测定误差较大。试样在试样在1 11501501 1250250的高温的高温O O2 2气流中燃烧，钢气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成铁中的碳被氧化生成COCO2 2；生成的；生成的COCO2 2与过剩的与过剩的O O2 2经经导管引入量气管，测定体积；然后通过装有导管引入量气管，测定体积；然后通过装有KOHKOH溶溶液的吸收器，吸收其中的液的吸收器，吸收其中的COCO2 2；剩余的；剩余的O O2 2再返回量再返回量气管中，根据吸收前后体积之差，得到气管中，根据吸收前后体积之差，得到COCO2 2的体积，的体积，据此计算出试样中碳的质量分数。据此计算出试样中碳的质量分数。（1）燃烧-气体容积法将试样通氧燃烧，产生的气体导入已调好将试样通氧燃烧，产生的气体导入已调好pHpH值的值的高氯酸钡吸收液时，会使溶液高氯酸钡吸收液时，会使溶液pHpH值降低，利用电解生值降低，利用电解生成的成的H+H+使溶液的使溶液的pHpH值回复到原值。根据法拉第定律，值回复到原值。根据法拉第定律，可求出所生成的可求出所生成的H+H+的量，从而计算出碳的量。的量，从而计算出碳的量。（2）燃烧-非水滴定法试样在试样在1150115013001300的高温氧气流中燃烧，生成的高温氧气流中燃烧，生成的气体经除硫管后，进行乙醇乙醇胺介质中被吸收，的气体经除硫管后，进行乙醇乙醇胺介质中被吸收，以百里酚酞以百里酚酞-甲基红为指示剂，用乙醇钾标准溶液滴甲基红为指示剂，用乙醇钾标准溶液滴定至溶液呈稳定的深蓝色。定至溶液呈稳定的深蓝色。（3）燃烧-库仑法在特定的电导池中装入一定量的能够吸收在特定的电导池中装入一定量的能够吸收COCO2 2的电解质溶液，当溶液吸收的电解质溶液，当溶液吸收COCO2 2后，电导率即发生后，电导率即发生改变，其改变量与改变，其改变量与COCO2 2的量成正比，据此可求出的量成正比，据此可求出COCO2 2的量。该法测定误差大，很少使用。的量。该法测定误差大，很少使用。（4）碳硫分析仪又分为容量法碳硫分析仪、库仑碳硫分析仪、又分为容量法碳硫分析仪、库仑碳硫分析仪、和红外碳硫分析仪。和红外碳硫分析仪。燃烧系统：燃烧系统：管式炉、电弧炉、高频炉。管式炉、电弧炉、高频炉。测量范围：测量范围：0.01-6.00%0.01-6.00%（可扩展）（可扩展）测定时间：测定时间：0.5-1.50.5-1.5minmin（5）电导法 将钢铁试样于将钢铁试样于1250125013130000的高温下通氧燃烧，的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的混合气体经除尘使硫全部转化为二氧化硫，将生成的混合气体经除尘管后进入淀粉溶液，二氧化硫被吸收后生成亚硫酸，管后进入淀粉溶液，二氧化硫被吸收后生成亚硫酸，可用碘酸钾标准溶液滴定。可用碘酸钾标准溶液滴定。1.4.2 硫的测定 硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用于测硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用于测定高硫试样。燃烧定高硫试样。燃烧滴定法具有简单、快速、准确及滴定法具有简单、快速、准确及适应面广的特点，被广泛采用，它也是国内外的标准适应面广的特点，被广泛采用，它也是国内外的标准方法；而红外碳硫分析仪是测量微量硫的良好方法。方法；而红外碳硫分析仪是测量微量硫的良好方法。（1）燃烧碘酸钾滴定法本法采用双氧水溶液作为吸收剂吸收二氧化硫，本法采用双氧水溶液作为吸收剂吸收二氧化硫，生成的生成的H H2 2SOSO3 3被氧化为被氧化为H H2 2SOSO4 4，然后用然后用NaOHNaOH标准滴定溶标准滴定溶液滴定液滴定，即可求出即可求出SOSO2 2的质量分数。的质量分数。吸收：吸收：SOSO2 2+H+H2 2O =HO =H2 2SOSO3 3 H H2 2SOSO3 3+H+H2 2O O2 2 =H =H2 2SOSO4 4+H+H2 2O O滴定：滴定：2 2NaOH+HNaOH+H2 2SOSO4 4=Na=Na2 2SOSO4 4+2H+2H2 2O O本法克服了本法克服了SOSO2 2在吸收器中逃逸的现象，对滴定在吸收器中逃逸的现象，对滴定速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该法速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SOSO3 3产生也产生也能被滴定，不影响测定结果。能被滴定，不影响测定结果。（2）燃烧酸碱滴定法主要分为燃烧主要分为燃烧-容量法碳硫分析仪和红外碳硫分析仪。容量法碳硫分析仪和红外碳硫分析仪。燃烧系统：燃烧系统：管式炉、电弧炉、高频炉。管式炉、电弧炉、高频炉。测量范围：测量范围：0.0005-2.00%0.0005-2.00%（可扩展）（可扩展）测定时间：测定时间：0.5-1.50.5-1.5minmin（3）碳硫分析仪重量法有磷钼酸铵法、磷酸镁铵法、磷钼酸喹啉重量法有磷钼酸铵法、磷酸镁铵法、磷钼酸喹啉法、法、8-8-羟基喹啉法等。重量法用于高磷试样的测定。羟基喹啉法等。重量法用于高磷试样的测定。1.4.3 磷的测定 钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度法。钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度法。一般是使磷转化为磷酸，在与钼酸铵反应生成磷钼酸，一般是使磷转化为磷酸，在与钼酸铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼蓝光度法进行测定。进行测定。试样用硝酸分解后生成正磷酸和亚磷酸，再用高试样用硝酸分解后生成正磷酸和亚磷酸，再用高锰酸钾处理成正磷酸，再与相应试剂作用进行测定。锰酸钾处理成正磷酸，再与相应试剂作用进行测定。（1）重量法磷钼酸铵法：磷钼酸铵法：在硝酸介质中，磷酸与钼酸铵生成在硝酸介质中，磷酸与钼酸铵生成磷钼酸铵：磷钼酸铵：H H3 3POPO4 4+2MoO+2MoO4 43-3-+2NH+2NH4 4+22H+22H+(NH(NH4 4)2HPO)2HPO4 412MoO12MoO3 3HH2 2O+11HO+11H2 2O O 沉淀干燥或灼烧后称重。沉淀干燥或灼烧后称重。磷钼酸喹啉法是国家标准仲裁方法：在硝酸介质磷钼酸喹啉法是国家标准仲裁方法：在硝酸介质中，正磷酸与钼酸盐、喹啉作用生成黄色的磷钼中，正磷酸与钼酸盐、喹啉作用生成黄色的磷钼酸喹啉沉淀：酸喹啉沉淀：H H3 3POPO4 4 +12MoO12MoO4 42-2-+3C3C9 9H H7 7N N +24H24H+(C(C9 9H H7 7N)N)3 3H H3 3(PO(PO4 412MoO12MoO3 3)H)H2 2OO +11H11H2 2O O沉淀用过滤坩埚过滤，置于沉淀用过滤坩埚过滤，置于180180恒温干燥箱中恒温干燥箱中干燥至恒重，冷却至室温后称重。干燥至恒重，冷却至室温后称重。将前面重量法所得到的磷钼酸喹啉沉淀溶于一将前面重量法所得到的磷钼酸喹啉沉淀溶于一定过量的碱标准溶液中：定过量的碱标准溶液中：(C(C9 9H H7 7N)N)3 3H H3 3(PO(PO4 412MoO12MoO3 3)H)H2 2OO +26NaOH26NaOHNaNa2 2HPOHPO4 4 +12Na12Na2 2MoOMoO4 4 +3C3C9 9H H7 7N N +15H15H2 2O O再用硝酸标准溶液回滴剩余的碱。再用硝酸标准溶液回滴剩余的碱。磷钼酸铵沉淀同样可溶解于强碱标液中，再用磷钼酸铵沉淀同样可溶解于强碱标液中，再用强酸标准溶液滴定过量的碱：强酸标准溶液滴定过量的碱：(NH(NH4 4)2 2HPOHPO4 412MoO12MoO3 3HH2 2O+24OHO+24OH-2NH2NH4 4+HPO+HPO4 42-2-+12MoO+12MoO4 42-2-+13H+13H2 2O O常量及微量的磷均可用滴定法测定。常量及微量的磷均可用滴定法测定。（2）酸碱滴定法在在0.6-1.70.6-1.7mol/L HNOmol/L HNO3 3介质中，磷酸与钼酸铵、介质中，磷酸与钼酸铵、偏钒酸铵形成黄色的磷钒钼杂多酸：偏钒酸铵形成黄色的磷钒钼杂多酸：2H2H3 3POPO4 4+22MoO+22MoO4 43-3-+2NH2NH4 4VOVO3 3 +46HNO46HNO3 3 P P2 2O O5 5VV2 2O O5 522MoO22MoO3 3nHnH2 2O+46NHO+46NH4 4NONO3 3+(26-n)H+(26-n)H2 2O Omaxmax380nm380nm，maxmax2.6102.6103 3，由于显色剂由于显色剂的的 maxmax360nm360nm，故实际工作中的测定波长一般为故实际工作中的测定波长一般为420420nmnm，此波长下此波长下1.3101.3103 3。室温下室温下3030minmin显色完显色完全，可稳定一天。全，可稳定一天。（3）光度法磷钒钼黄光度法磷钒钼黄光度法 在酸性溶液中，磷酸与钼酸铵形成黄色的磷钼在酸性溶液中，磷酸与钼酸铵形成黄色的磷钼杂多酸，可被硫酸亚铁、抗坏血酸、硫酸肼、氯化杂多酸，可被硫酸亚铁、抗坏血酸、硫酸肼、氯化亚锡等还原为蓝色的磷钼蓝，亚锡等还原为蓝色的磷钼蓝，maxmax905nm905nm，maxmax5.34105.34104 4，故实际工作中的测定波长一般故实际工作中的测定波长一般为为6 660nm60nm，此波长下此波长下1.3101.3104 4。影响显色反应的主要因素是酸度、钼酸铵的浓影响显色反应的主要因素是酸度、钼酸铵的浓度及还原剂的用量。酸度应控制在度及还原剂的用量。酸度应控制在0.0.8-1.1mol/L8-1.1mol/L；钼酸铵的浓度应在钼酸铵的浓度应在0.10.1-0.2%-0.2%之间；显色反应在煮沸之间；显色反应在煮沸数分钟后可完成，也可加数分钟后可完成，也可加Bi()Bi()、Sb(Sb()作催化剂，作催化剂，室温下室温下1515minmin可显色完全。可显色完全。铁、硅、砷的存在对测定在干扰。铁、硅、砷的存在对测定在干扰。磷钼蓝光度法磷钼蓝光度法先使磷与钼酸和钒酸形成磷钒钼杂多酸，用异先使磷与钼酸和钒酸形成磷钒钼杂多酸，用异戊醇萃取戊醇萃取(分离过量的钼分离过量的钼)，直接用有机相在原子吸，直接用有机相在原子吸收分光光度计上测定。收分光光度计上测定。分析线分析线331.3331.3nmnm，钼与磷的计量关系为钼与磷的计量关系为22:122:1，灵，灵敏度可达敏度可达0.0060.006/mL(mL(异戊醇相异戊醇相)。磷含量高时可改。磷含量高时可改用次灵敏线用次灵敏线317.0317.0nmnm、376.4nm376.4nm和和386.4386.4nmnm来测定。来测定。（4）原子吸收分光光度法钢铁中硅的测定方法有很多，可根据含量的钢铁中硅的测定方法有很多，可根据含量的不同来选择适当的方法。不同来选择适当的方法。常量测定有常量测定有SiOSiO2 2重量法和重量法和K K2 2SiFSiF6 6容量法。重量容量法。重量法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广等特点。等特点。微量分析一般用光度法，具有简单、快速、微量分析一般用光度法，具有简单、快速、准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。而准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。而其中应用最多的是硅钼蓝光度法，下面主要介绍其中应用最多的是硅钼蓝光度法，下面主要介绍还原型硅钼酸盐光度法测定还原型硅钼酸盐光度法测定。1.4.4 硅的测定试样用酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸，试样用酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸，加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸与的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸与H H4 4SiOSiO4 4反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸(硅钼黄硅钼黄)，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝，硅钼蓝，maxmax 810 810nmnm，一般在，一般在660nm660nm处测定处测定吸光度。吸光度。光度法常用高碘酸钾将锰氧化成七价后，进行光度法常用高碘酸钾将锰氧化成七价后，进行光度测定。光度测定。1.4.5 锰的测定 钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法、光度法钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法、光度法和原子吸收分光光度法。和原子吸收分光光度法。（1）滴定法滴定法可用过硫酸铵将锰氧化成七价，以亚砷滴定法可用过硫酸铵将锰氧化成七价，以亚砷酸钠酸钠-亚硝酸钠标准滴定溶液滴定。还可以用硝酸银亚硝酸钠标准滴定溶液滴定。还可以用硝酸银(酸性条件酸性条件)定量将锰氧化成三价，用硫酸亚铁铵标定量将锰氧化成三价，用硫酸亚铁铵标准滴定溶液滴定。准滴定溶液滴定。（2）光度法含量高用银盐含量高用银盐-过硫酸铵氧化滴定法测定；含量过硫酸铵氧化滴定法测定；含量低用二苯碳酰二肼光度法测定。低用二苯碳酰二肼光度法测定。银盐银盐-过硫酸铵氧化滴定法：过硫酸铵氧化滴定法：在硫磷混酸介质中，以硝酸银为催化剂，用过在硫磷混酸介质中，以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵将硫酸铵将Cr()Cr()氧化为氧化为Cr()Cr()，然后以然后以N-N-苯代邻氨苯代邻氨基苯甲酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至基苯甲酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液刚好呈亮绿色为终点。溶液刚好呈亮绿色为终点。1.5 钢铁中合金元素的测定1.5.1 铬的测定 在在pH=8pH=8-9 9的氨性溶液中，丁二酮肟与镍发生的氨性溶液中，丁二酮肟与镍发生络合反应，产生红色沉淀。氨性溶液络合反应，产生红色沉淀。氨性溶液pHpH值过小，值过小，沉淀易溶解；沉淀易溶解；pHpH值过高，易形成值过高，易形成Ni(NHNi(NH3 3)4 42+2+，同样同样增加沉淀的溶解度。沉淀经过滤、洗涤，在增加沉淀的溶解度。沉淀经过滤、洗涤，在120120下烘干恒重。下烘干恒重。FeFe3+3+、CuCu2+2+、CrCr2+2+等在氨水中等在氨水中也生成沉淀，有干扰，可加入柠檬酸或酒石酸掩也生成沉淀，有干扰，可加入柠檬酸或酒石酸掩蔽。蔽。1.5.2 镍的测定高含量丁二酮肟重量法高含量丁