硼铁中硼的测定方法的改进与应用

硼铁中硼的测定方法的改进与应用
摘要利用具有氧化性的碱性混合熔剂将试样熔融后，硼转化为硼酸盐进入溶液中，定容干过滤，使硼与铁、锰等干扰元素分离，分取部分干滤后的滤液以对硝基酚为指示剂，调节试液至弱碱性，消除Al(OH)3的干扰，调节酸度后再无CO2存在的试液中加入甘露醇与硼酸作用结合成离解度很大的一种配位酸，在PH=7以下，既可用氢氧化钠标准溶液进行滴定，从而求出硼的百分含量。

关键词硼铁合金；碱性熔剂；对硝基酚指示剂；甘露醇；酸碱滴定法
The Modification and Application of Determining Boron Content in Ferroboron CHENG Wen-zhang，CHEN De-kai
LaiGangGroup，Laiwu 271104，Shandong Province
Abstract melt the specimen by mixed alkaline flux possessing oxidability，then the boron can be converted into borate dissolved in solution. Perform the filtration，thus boron can be separated from iron，manganese and other elements. Adjust part of the solution into weak alkaline by using p-nitrophenol as indicator，thus we can get rid of the interference of Al(OH)3. adjust the acidity of the solution and keep CO2 out of it，add mannitol and then it can combine with boric acid to form a kind of ligand acid with high degree of dissociation. Finally，we can determine the content of boron via conduct titration with sodium hydroxide standard solution when the ph value equals 7.
Keywords ferroboron，alkaline flux，P-Nitrophenol indicator，mannitol，acid-base titration
0 引言
近几年来，在炼钢技术的不断提高下，对新钢种的开发应用中，硼铁合金作为主要的合金添加剂在生产中得到广泛的应用，硼在钢中多以固溶体、氧化物、碳化物及其它硼化物形式存在，钢中加入微量硼可增强钢的淬透性、提高钢的强度，耐磨性、可塑性等。

目前硼铁合金中的硼的测定一般参考文献（1）的分析方法进行测定，存在着分析时间长，操作繁琐，终点观察不明显等现象，为此我们在此分析方法的基础上做了大量的试验论证工作，从样品的粒度，称样量、熔剂、指示剂、溶液酸度的选取，干扰离子的分离和消除等方面入手，对操作过程进行了合理的改进，用对硝基酚指示剂代替甲基红指示剂调节溶液的PH值，效果非常理想，在消除干扰离子方面，避免了因加入碳酸钙加热时，引起激烈反应放出二氧化碳气体，导致溶液溅失等因素的影响，通过调节溶液的酸碱度，使氢氧化铝沉淀消除其干扰。

该方法经优化改进后，具有操作简便、快速，滴定终点清晰等优点，有较高的准确度和精密度，并在生产中得到应用。

1试验部分
1.1 样品的制备
将所取样品全部置于破碎机内粉碎，经四分法分取后，置于研磨机内磨制粒度全部通过200目筛，把样品装入袋中封好，保存于干燥皿中备用。

1.2 主要试剂
1）碱性混合熔剂：过氧化钠3份与碳酸钠1份研细，混匀；
2）盐酸：（1+1），0.05mol/L；
3）氢氧化钠标准溶液：0.05mol/L；
4）无水乙醇：95% ；
5）对硝基酚指示剂：1%，称取1g指示剂溶解于80ml乙醇中，用水稀释至100ml混匀；
6）酚酞指示剂：1%，称取1g指示剂溶解于60ml的乙醇中，用水稀至100ml 混匀；
7）甘露醇：（固体）。

1.3 实验方法
称取0.3000g试样于盛有碱性混合熔剂5.0000g的铁坩埚中，混匀后再覆盖2.0000g混合熔剂，在低温处加热至熔剂变色后，再移入700℃～800℃的马弗炉中，熔融至透明（约10min）后取出，稍冷在500mL 的烧杯中，用100mL的热水浸出熔块，洗出坩埚加入2mL乙醇溶液，加热煮沸2min后取下，冷却后移入250mL的容量瓶中，以水稀至刻度摇匀。

待沉淀下降后，干过滤于没有水分的塑料烧杯中，吸取滤液50mL于300mL 的锥形瓶中，滴加对硝基酚指示剂2滴，用HCL（1+1）中和至黄色消失，然后再用0.05000mol/L的NaOH中和至刚出现黄色，并过量2滴，加热至沸，如黄色消失，可继续滴加0.05000mol/L的NaOH数滴，至出现黄色，取下稍冷用快速滤纸过滤，用热水洗烧杯及沉淀各4次，弃去沉淀，滤液以HCL（0.05000mol/L）标准溶液中和至黄色消失，并过量2滴，将溶液加热至沸约15min～20min后，取下流水冷却至室温，用NaOH（0.05000mol/L）中和至出现微黄色，加入酚酞指示剂4滴，甘露醇2.0000g摇至溶解后，用NaOH（0.05000mol/L）的标准溶液滴定至出现微红色不消失，再加入甘露醇1.0000g摇至溶解后，继续用NaOH （0.05000mol/L）的标准溶液滴定至再加入甘露醇后，微红色不消失为终点，根据所消耗的NaOH（0.05mol/L）标准溶液的体积（V），计算出试样中硼的百分含量。

1.4 结果计算
硼的质量百分数按下式进行计算：
B%=[C×V×0.01082/（G×50/250）] ×100也可以用标样进行换算公式如下：B%=〔T×V/(G×50/250)〕×100
式中：C为NaOH标准溶液的浓度( mol/L ) ；
V为滴定所消耗NaOH标准溶液的体积(mL)；
G为称取试样的质量(g)；
T为NaOH标准溶液对硼的滴定度(g/mL)。

2 结果与讨论
2.1 称样量的选择
经试验对试样的称样量进行了适当的调整，由原来的0.5000g改为现在的0.3000g，这样更容易使样品能够在高温下熔融完全，同时有利于过滤和洗涤。

2.2 熔剂的选择
如果样品单独使用过氧化钠熔融，低温加热时反应剧烈、条件难以控制，易出现火星飞溅，导致分析失败。

而使用过氧化钠和无水碳酸钠混合熔剂进行熔融，可以减缓反应的剧烈程度，在700℃～800℃时使样品熔融完全。

注意熔融样品时不可直接放在高温处，应先低温后高温。

2.3 共存元素干扰的消除
利用具有氧化性的强碱性溶液沉淀分离铁、锰等干扰元素，若试样中含锰高，可在浸出熔融物时先加入2ml乙醇破坏，否则分离后溶液中的颜色影响调节酸碱度。

将部分干过滤后的滤液，用盐酸和氢氧化钠调到弱碱性，加热、过滤除去氢
氧化铝沉淀，消除其干扰。

由于碳酸盐也能被滴定，因此酸化后的溶液必须加热煮沸予以除去。

2.4 酸度的影响
实验表明，用对硝基酚指示剂调节溶液的酸碱度，溶液颜色变化明显易于判断。

2.5 加入甘露醇的用量及目的
由于硼酸是一种很弱的酸，电离常数Ka=6.4×10-10，在水溶液中不能用碱直接进行滴定，而硼与甘露醇形成的配合物其离解常数比硼酸大1万倍以上，所以在分离干扰元素后的滤液中，调好酸度后，加入甘露醇与硼酸作用生成较强的配位酸，分析时一般需反复加甘露醇共4g～6g为宜，然后以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准溶液直接进行滴定。

其反应式如下：
2CH2OH(CHOH)4CH2OH+H3BO3≒HBO3〔CH2(CHOH)4CH2OH〕2+2H2O HBO3〔CH2(CHOH)4CH2OH〕2+NaOH≒NaBO3〔CH2(CHOH)4CH2OH〕2+H2O
2.6 滴定时试液体积的控制
要求滴定过程中，试液的体积不应过大，最好控制在100ml以内，否则试液中甘露醇的浓度降低，影响甘露醇-硼酸配合物的形成。

分析过程中，应注意强碱性试液不能在玻璃容器中放置过久，以免玻璃中的硼侵入，使分析结果偏高。

如果样品中铝的含量小于0.10％时，可不必进行二次分离。

配制NaOH标准溶液和分析样品所用水最好用煮沸后，经冷却不含有CO2的分析用水。

有利于用标准溶液直接计算分析结果，消除了水中CO2的干扰。

2.7 方法的准确度和精密度
用硼铁合金标样及试样按上述试验方法进行操作，所测硼的结果如表1。

3 结论
实验数据表明，硼铁合金中硼的测定方法的优化改进，不仅分析速度有所提高，而且操作简便，试剂和标样用量少，降低了检验成本，具有较高的准确度和精密度，能满足生产急需，现以应用于实际工作中。

参考文献
[1]鞍山钢铁研究所.实用冶金分析[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1990.
[2]信息标准研究院标准研究所.矿产品、原料及其实验方法标准汇编[S].北京：中国标准出版社，2003.
[3]杭州大学·分析化学手册（第二分册）[M].北京：化学工业出版社，1982，332.
[4]冶金部信息标准研究院编.钢铁及铁合金化学分析方法标准汇编（上）.北京：中国标准出版社，1988，89.。