ПОРОШОК ЖЕЛЕЗНЫЙ

Методы определения кремния

 

ГОСТ 16412.3-91

 

 

 

КОМИТЕТ СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ СССР

Москва

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Дата введения 01.07.92

Настоящий стандарт устанавливает гравиметрический (при массовой доле кремния от 0,2 % и выше) и фотометрический (при массовой доле кремния от 0,01 до 0,5 %) методы определения кремния в железном порошке.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Общие требования к методам анализа - по ГОСТ 28473.

2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ

2.1. Сущность метода

Метод основан на выделении кремния в виде полимеризованной кремниевой кислоты из кислого раствора, ее дегидратации и взвешивании полученного диоксида кремния.

2.2. Аппаратура, реактивы и растворы

Тигли платиновые по ГОСТ 6563.

Кислота соляная по ГОСТ 3118 и разбавленная 1:1, 1:2 и 1:50.

Кислота азотная по ГОСТ 4461.

Кислота серная по ГОСТ 4204, разбавленная 1:1.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484.

Натрий углекислый по ГОСТ 83.

Калий роданистый по ГОСТ 4139.

2.3. Проведение анализа

2.3.1. Навеску железного порошка массой 2 г (при массовой доле кремния от 0,20 до 0,50 %) и 1 г (при массовой доле кремния свыше 0,50 %) помещают в стакан вместимостью 250 см³ и проводят растворение навески и выделение кремниевой кислоты по одному из описанных ниже методов.

2.3.2. Солянокислотный метод

В стакан с навеской приливают 50 см³ соляной кислоты (1:1) и растворяют при слабом нагревании в течение 7 - 10 мин. Добавляют 5 см³ азотной кислоты и продолжают нагревание до растворения пробы. Затем к раствору приливают 20 - 30 см³ горячей воды и фильтруют нерастворившийся в кислотах остаток на фильтр средней плотности «белая лента». Осадок промывают 3 - 4 раза горячей соляной кислотой (1:50), помещают его в платиновый тигель, высушивают и озоляют.

Тигель охлаждают, добавляют 1 г углекислого натрия, накрывают крышкой и сплавляют при температуре не ниже 1000 °С.

Тигель с крышкой помещают в стакан вместимостью 200 см³, прибавляют 20 см³ соляной кислоты (1:2) и нагревают до полного растворения плава. Тигель с крышкой извлекают из стакана, ополаскивают водой и присоединяют раствор к основному фильтрату.

Раствор осторожно выпаривают досуха, прокаливая остаток при температуре 130 - 140 °С.

Сухой остаток смачивают 10 см³ соляной кислоты и снова выпаривают досуха.

После охлаждения к сухому остатку приливают 10 - 20 см³ соляной кислоты, нагревают в течение 2 - 3 мин, добавляют 100 - 150 см³ горячей воды и нагревают содержимое стакана до растворения солей.

Горячий раствор с осадком кремниевой кислоты быстро фильтруют на два фильтра «белая лента».

Осадок промывают горячей соляной кислотой (1:50) до отрицательной реакции промывных вод на железо (по реакции, с раствором роданистого калия) и затем 2 - 3 раза водой. Фильтр с осадком кремниевой кислоты помещают в платиновый тигель, высушивают, озоляют и прокаливают при температуре 1000 - 1100 °С до постоянной массы.

Затем тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Осадок смачивают 3 - 5 каплями воды, добавляют 2 - 3 капли серной кислоты, 3 - 5 см³ фтористоводородной кислоты и осторожно выпаривают содержимое тигля до удаления паров серной кислоты. Тигель прокаливают при температуре 1000 - 1100 °С до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

2.3.3. Серносолянокислотный метод

В стакан с навеской приливают 30 - 50 см³ соляной кислоты (1:1) и нагревают до растворения пробы, затем добавляют по каплям небольшое количество азотной кислоты до прекращения вспенивания раствора и выпаривают раствор досуха.

Охлажденный сухой остаток смачивают 20 см³ серной кислоты (1:1) и нагревают до появления белых паров серной кислоты, которым дают выделяться в течение 3 - 5 мин. Стакан снимают с плиты, охлаждают, осторожно приливают по стенкам стакана 15 см³ соляной кислоты, слегка перемешивая содержимое стакана. Спустя 1 - 2 мин приливают 120 - 130 см³ горячей воды и нагревают до растворения солей. Далее проводят анализ, как приведено в п. 2.3.2.

2.4. Обработка результатов

Массовую долю кремния (X) в процентах вычисляют по формуле

где m₁ - масса тигля с осадком диоксида кремния до обработки фтористоводородной кислотой, г;

m₂ - масса тигля с остатком после обработки фтористоводородной кислотой, г;

m₃ - масса тигля с осадком контрольного опыта, г;

m₄ - масса тигля с остатком контрольного опыта после обработки фтористоводородной кислотой, г;

0,4674 - коэффициент пересчета с диоксида кремния на кремний;

m - масса навески железного порошка, г.

2.5. Абсолютные допускаемые расхождения результатов параллельных определений не должны превышать значений, приведенных в таблице.

3. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ

3.1. Сущность метода

Метод основан на реакции образования желтой кремнемолибденовой гетерополикислоты, восстановления этого соединения аскорбиновой кислотой до кремнемолибденовой сини и измерении оптической плотности окрашенного раствора.

Влияние фосфора и ионов Fe (III) устраняют добавлением лимонной кислоты.

3.2. Аппаратура, реактивы и растворы

Фотоэлектроколориметр или спектрофотометр.

Тигли платиновые по ГОСТ 6563.

Кислота соляная по ГОСТ 3118, разбавленная 1:1, 1:5, 1:20 и 1:200.

Кислота азотная по ГОСТ 4461.

Кислота серная по ГОСТ 4204, разбавленная 1:1 и 4:5.

Кислота лимонная по ГОСТ 3652, раствор с массовой долей 8 %.

Аммоний молибденовокислый по ГОСТ 3765, раствор с массовой долей 5 %, приготовленный из перекристаллизованного реактива. Хранят в полиэтиленовой посуде.

Натрия гидроксид по ГОСТ 4328, раствор с массовой долей 10 %.

Кислота аскорбиновая, раствор с массовой долей 2 %; готовят непосредственно перед употреблением.

Натрий углекислый по ГОСТ 83.

Кремния диоксид по ГОСТ 9428.

Стандартные растворы кремния.

Раствор А: навеску диоксида кремния массой 0,2139 г, предварительно прокаленную до постоянной массы при температуре 1000 - 1100 °С, помещают в платиновый тигель, прибавляют 2 г углекислого натрия, закрывают платиновой крышкой и сплавляют при температуре 1000 - 1100 °С. Тигель охлаждают, помещают в стакан вместимостью 250 см³, приливают 50 см³ воды и нагревают до полного растворения плава. Раствор кремнекислого натрия фильтруют в мерную колбу вместимостью 1 дм³. Фильтр промывают 4 - 5 раз горячей водой. Раствор в колбе охлаждают, добавляют 20 см³ раствора гидроксида натрия, доливают до метки водой и перемешивают.

1 см³ раствора А содержит 0,0001 г кремния.

Устанавливают массовую концентрацию стандартного раствора кремнекислого натрия А: 100 см³ раствора помещают в стакан вместимостью 250 см³, приливают 20 см³ соляной кислоты (1:1) и выпаривают досуха. Сухой остаток смачивают 5 - 7 см³ соляной кислоты, снова выпаривают досуха и нагревают в течение 1 ч при температуре 130 - 140 °С. Приливают 10 - 15 см³ соляной кислоты (1:1), 100 см³ горячей воды и нагревают до кипения. Кремниевую кислоту отфильтровывают на два фильтра «белая лента». Осадок промывают пять раз горячей соляной кислотой (1:20) и еще два раза горячей водой. Фильтр с осадком помещают в платиновый тигель, высушивают и озоляют. Осадок прокаливают при температуре 1000 - 1100 °С. Тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Осадок смачивают 2 - 3 каплями воды, добавляют 2 - 3 капли серной кислоты, 3 - 5 см³ фтористоводородной кислоты и осторожно выпаривают содержимое тигля досуха. Остаток в тигле прокаливают при температуре 1000 - 1100 °С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Массовую концентрацию раствора (Т), выраженную в граммах кремния на 1 см³, вычисляют по формуле

где m₁ - масса тигля с осадком диоксида кремния до обработки фтористоводородной кислотой, г;

т₂ - масса тигля с остатком после обработки фтористоводородной кислотой, г;

m₃ - масса тигля с осадком контрольного опыта до обработки фтористоводородной кислотой, г;

m₄ - масса тигля с остатком контрольного опыта после обработки фтористоводородной кислотой, г;

0,4674 - коэффициент пересчета диоксида кремния на кремний;

V - объем стандартного раствора, взятый для анализа, см³.

Раствор Б: 50 см³ раствора А помещают в мерную колбу вместимостью 250 см³, доливают до метки водой и перемешивают. 1 см³ раствора Б содержит 0,00002 г кремния.

Растворы хранят в полиэтиленовой посуде.

Железо карбонильное, ос.ч.

3.3. Проведение анализа

Массу навески железного порошка 0,5 г (при массовой доле кремния от 0,01 до 0,05 %) или 0,2 г (при массовой доле кремния от 0,05 до 0,5 %) помещают в стакан вместимостью 250 см³, приливают 20 - 30 см³ соляной кислоты (1:5), нагревают 5 - 7 мин, не доводя до кипения. Затем приливают 1 см³ азотной кислоты и продолжают нагревать до полного растворения навески. Приливают 20 см³ воды и кипятят 7 - 10 мин до полного удаления оксидов азота. Не растворившийся в кислотах остаток отфильтровывают на фильтр «белая лента».

Стакан протирают кусочком фильтра и споласкивают водой. Осадок на фильтре промывают 3 - 4 раза горячей соляной кислотой (1:200), а затем 3 - 4 раза небольшими порциями горячей воды. Фильтрат сохраняют (раствор 1). Фильтр с осадком помещают в платиновый тигель, высушивают и озоляют. Затем прибавляют 0,5 г углекислого натрия и сплавляют в течение 15 мин при температуре не ниже 1000 °С. Тигель охлаждают, помещают в стакан, в котором проводилось растворение навески, приливают 15 см³ соляной кислоты (1:5) и нагревают до полного растворения плава. Тигель вынимают, ополаскивают водой; раствор охлаждают, присоединяют к раствору 1, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³, доливают водой до метки и перемешивают.

Раствор фильтруют через сухой фильтр «белая лента» в коническую колбу вместимостью 100 см³, отбрасывая первые порции фильтрата, предварительно ополоснув ими колбу.

Отбирают аликвотную часть раствора 10 см³, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³, прибавляют 50 см³ воды и 10 см³ раствора молибденовокислого аммония. Появление осадка или легкой опалесценции при добавлении молибденовокислого аммония свидетельствует о кислотности раствора, необходимой для образования кремнемолибденового комплекса. Через 10 мин после добавления раствора молибденовокислого аммония приливают 5 см³ серной кислоты (4:5), 5 см³ раствора лимонной кислоты и 5 см³ раствора аскорбиновой кислоты. После добавления каждого реактива растворы перемешивают. Полученный раствор доливают водой до метки, перемешивают и выдерживают в течение 30 мин. Значение оптической плотности раствора измеряют на спектрофотометре при λ = 810 нм или на фотоэлектроколориметре со светофильтром, имеющим максимум пропускания при λ = 610 нм.

В качестве раствора сравнения применяют аликвотную часть раствора анализируемой пробы, в которую добавляют все реактивы, кроме молибденовокислого аммония.

Массовую долю кремния с учетом поправки контрольного опыта определяют по градуировочному графику.

3.4. Построение градуировочного графика

При массовой доле кремния от 0,01 до 0,05 %.

В шесть стаканов вместимостью 200 см³ помещают по 0,5 г карбонильного железа. В пять из них добавляют последовательно 2, 4, 6, 8, 10 см³ стандартного раствора Б, что соответствует 4 · 10^-5; 8 · 10^-5; 1,2 · 10^-4; 1,6 · 10^-4; 2 · 10^-4 г кремния. Шестой стакан служит для проведения контрольного опыта. В стаканы приливают по 30 см³ соляной кислоты (1:5), нагревают 2 - 3 мин и далее проводят анализ по п. 3.3.

При массовой доле кремния от 0,05 до 0,5 %.

В шесть стаканов вместимостью 200 см³ помещают по 0,2 г карбонильного железа. В пять из них добавляют последовательно 2, 4, 6, 8, 10 см³ стандартного раствора А, что соответствует 2 · 10^-4; 4 · 10^-4; 6 · 10^-4; 8 · 10^-4; 1 · 10^-3 г кремния. Шестой стакан служит для проведения контрольного опыта. В стаканы приливают по 20 см³ соляной кислоты (1:5) и далее проводят по п. 3.3.

По полученным величинам оптической плотности и соответствующим им значениям концентрации кремния строят градуировочный график.

3.5. Обработка результатов

3.5.1. Массовую долю кремния (X) в процентах вычисляют по формуле

где m₁ - масса кремния, найденная по градуировочному графику, г;

m - масса навески анализируемого образца, соответствующая аликвотной части раствора, г.

3.5.2. Абсолютные допускаемые расхождения результатов параллельных определений не должны превышать значений, приведенных в таблице.

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Академией наук УССР

РАЗРАБОТЧИКИ

В.Н. Клименко, канд. техн. наук; А.Е. Кущевский, канд. хим. наук; В.А. Дубок, канд. хим. наук (руководитель темы); В.И. Корнилова, канд. хим. наук; В.В. Гарбуз, канд. хим. наук; Л.Д. Бернацкая

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 16.05.91 № 692

3. ВЗАМЕН ГОСТ 16412.3-80

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

 

СОДЕРЖАНИЕ