试析检测金属中硅含量的化学分析法

吴新琦

摘要：硅作为一种有效的脱氧剂，在不同的领域都发挥了重要的作用。在炼钢过程中需要加入硅铁来除去钢水中多余的氧气。因此，钢中必须含有硅物质。同时，在钢中添加硅可以显著提高钢的强度、硬度和弹性，改善钢的磁导率。同时通过硅的应用能够降低变压器钢的磁滞损耗。正是由于钢中硅的特殊磁导性，硅钢才诞生。测定硅的方法有很多，如重量法、氟硅酸钾法以及光度法等。对于测定极低含量钢铁中的硅，我们一般将利用硅钼蓝光度法，这种测量方法具有操作简单和经济性的优势。

关键词：金属硅；硅含量；检测；化学分析方法

对金属中硅含量的测定方法有很多，但是每种方法都具有自身的优势和特点。通常情况下金属中硅含量的测定主要利用重量法和容量法。重量法测量的优势在于其测量的准确度较高，但是测定的时间长，针对测定样品较多的情况下则不适用。针对样品数量少的硅含量测定一般采用硅钼蓝光度法，这种方法操作较为简单，且不需要过多的时间，具有较强的经济实用性。

1、化学分析原理

通过试验方法对金属中硅含量进行检测，主要是利用钢铁样本，利用稀酸将钢铁试样溶解在微酸性溶液当中，硅酸与钼酸反应反应后生成硅钼杂多酸，在草酸存在的环境下，使用亚硫酸亚铁还原成硅钼蓝，进而测出其吸光度，并且进行化学方法分析。金属样本在利用稀硫酸分解之后，会将其中的硅转换为可溶性的硅酸，在弱酸性（pH值：（0.7-1.3）环境下，硅酸与钼酸反应生成硅钼杂多酸。在草酸存在下，使用硫酸亚铁胺将硅钼黄还原为硅钼蓝。硅钼蓝的蓝色深度越深，硅含量越高。因此，光度测定可用于测定钢铁中硅含量。酸度对试验反应有很大影响。生成硅钼黄的最佳条件适宜的酸度为pH值（0.7-1.3）。如果酸度太低，反应会发生相反的情况，如果酸度太高，反应速度会非常慢，并会促进磷钼蓝和砷钼蓝的形成，对分析会有很大的影响。

2、试剂和仪器

试剂与药品： 硫酸（1+17）。2、钼酸铵溶液（5%）须存放在塑料瓶内。3、硅标准溶液3、草酸溶液（5%）。5、亚甲基胺硫酸盐溶液（6%），称取硫酸亚铁氨5g于250ml烧杯中，使用1ml硫酸（1+17）湿润，加水约60ml溶解，用水稀释至100ml。

硅标液：721 型分光光度计 ；2cm 比色皿（2 支）；量筒、试管、锥形瓶、烧杯、胶头滴管、量杯等器具。

3.分析步骤

试验样本利用托盘天平称取0.1000-0.4000g（硅含量控制为100-1000μg），将样品置于150ml锥形瓶中，然后加入30ml硫酸（1+17），在低温下慢慢加热，注意不能沸腾，直至样品完全溶解，在此处应不断补充加热过程中损失的水，加热至沸腾，再加入4%的高锰酸钾溶液，直到可以看到二氧化锰水合物的沉淀，然后加热约1分钟，然后向其中加入10%的亚硝酸钠溶液，直到试液不浑浊，然后继续煮沸约1至2分钟。如有混合物中发现沉淀物或不溶性残渣，应趁热用中速滤纸过滤掉所有残渣和沉淀物，然后立即用热水冲洗。冷却后，将溶液移至100ml容量瓶中，用水稀释至刻度并摇匀。

转移2份10.00ml供试品溶液，分别置于50ml容量瓶中，如下处理：显色液：加入5.00ml钼酸铵溶液（5%），摇匀，在沸水浴中加热30秒，然后加入10ml草酸溶液（5%）摇匀。沉淀溶解后30秒内加入5.0ml硫酸亚铁溶液（6%）。用水稀释至刻度摇匀。对照溶液：先加入10ml草酸溶液（5%），再加入5.00ml钼酸铵溶液（5%），再加入5.0ml硫酸亚铁溶液（6%），用水稀释至刻度，摇匀。将上述溶液分别移入1-3cm的吸收皿中，在分光光度计上测量其在680nm波长处的吸光度，并从工作曲线上检查相应的硅含量。

4.工作曲线的绘制

精准称取已知含有微量纯硅的部分纯铁或低硅钢作为基样，称取硅标准溶液（20μG/ml）0ml、0.5ml、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL、6.00mL。将它们分别放置在上述几个基础样品中，并根据分析步骤进行化学分析。由标准溶液中的硅含量和底部样品中的硅含量之和绘制测量吸光度的工作曲线。

5. 注意事项

（1） 使用该方法对金属中硅含量的分析不包括对酸不溶性硅的分析。

（2） 显色液中的铁含量对硅钼蓝光泽的强度有较大影响。

因此，工作曲线上的含量应接近样品中的铁含量值。

（3） 将钼酸加入显色溶液后，也可以采用完全不加热的方式，也一样品能够在室温下环境下放置15min，然后加入草酸溶液。

（4） 在烧杯中称量试验样品过程中，注意不要将试样倒在烧杯壁上，避免影响解决方案的效率。

（5） 此次实验必须按照试验标准严格控制加酸量和加热温度。

震动的程度和次数也应进行严格的控制，达到试验的要求即可。

（6）水浴中的水必须煮沸，溶解时间严格的进行控制，避免时间过长，应有效的避免硅酸从溶液中蒸发和沉淀，导致对分析的结果不够准确，最终结果过低。

（7）试验期间在添加钼酸铵后，必须进行摇动，不能静态倒入容器。

（8）本试验采用比较法来计算金属中硅含量。

（9）试验仪器如果长时间不适用，应进行停用或断电处理，需要停机以避免光电信号老化。

（10）每次对溶液进行比色后，应向反应杯中添加蒸馏水。用于防止液体挂在色度计的墙上或灰尘落入其中。

6、 结论：

在试验过程中如果在平行分析两个或多个样品的过程中，如果获得的分析数据的范围值不超过允许差值的两倍，那么可以将最终结果识别为有效值，并可以使用它来获得平均值。采用标准样品检验时，结果的偏差不得超过允许偏差范围，这样才能获得更加精准的硅含量测量准确性。金属中硅含量的测量方法有很多种。重量法在测量过程中需要分析的周期较长，操作过程较为繁琐，硅含量数据得出的时间相对较慢；光谱分析法中的比色法适用于金属中硅含量较低的情况，氟硅酸钾法在应用的过程中需要合理的选择合理的指示剂，而草酸-硫酸亚铁铵外钼蓝光度法测定金属中硅是一种非常有效且实用的分析方法，不需要繁琐的操作程序和试剂等，与其他方法相比具有操作方便灵活，测量精准度高等多种优势，在金属中硅含量的测量过程中具有较高的经济实用性。因此，在金属硅含量测定过程中是一种非常适合且经济实用性较强的方法。

参考文献：

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