重量法测定铌铁中铌的含量探讨

唐 芳

（华菱衡阳钢管有限公司技术中心，湖南 衡阳 421001）

铌铁合金在钢铁冶炼中主要是作为一种合金化原材料被加入炼钢过程，是一种稀有金属合金材料。钢中加入铌，能显著提高钢的强度和抗腐蚀性，改善钢的焊接性能，使钢有极好的抗氧化性能并降低钢的碱脆性，可用于制造无磁钢。在铸铁中添加铌能析出坚硬耐磨的碳氮化铌相，从而提高强度和延长使用寿命。铌铁合金价格昂贵，因此精确分析铌的含量对原材料结算、加入量和成本控制有着重要的意义。在目前的现状下，关于判定铌含量的具体实践操作已经能够灵活运用多种测定方法。铌铁合金中铌的化学分析方法主要有国标GB/T3654.1-1983铌铁化学分析方法：纸上色层分离重量法测定铌、钽量。该法操作步骤繁琐，消耗大量的化学药品同时还需要使用甲基异丁基酮、丁酮等有机试剂，不够环保。也有采用仪器分析电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）同时测定铌铁中多组成的报道，但由于溶样过程加入大量的氢氟酸，容易腐蚀贵重仪器，检测成本较高。本文提出采用氢氟酸、硝酸溶解，冒硫酸烟。在稀盐酸溶液中加入单宁酸让铌完全沉淀，经过滤、灼烧、称量得到的五氧化二铌，计算铌的质量分数。该方法操作简单、准确度及精密度高。

1 实验部分

1.1 主要实验试剂与材料

除非另外说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和蒸馏水或与其纯度相当的水。其中主要包含硝酸(ρ约 1.42 g/mL)、氢氟酸(ρ 约 1.15 g/mL)、单宁酸、硼酸、盐酸、硫酸溶液、酒石酸以及焦硫酸钾等。

1.2 实验过程

称取约0.25g试样，精确至0.0001 g（随同试样做空白试验）将试样置于聚四氟乙烯烧杯（或铂皿）中，加入5 mL氢氟酸，并滴加5 mL硝酸，剧烈作用停止后，加热至试样完全溶解。加10mL硫酸（1+1），加热蒸发至冒硫酸烟。冷却，加30mL盐酸（1+1），加热至可溶性盐溶解。将试液转入500 mL烧杯中，加20 mL硼酸饱和溶液，用水稀释至250 mL，加热，加入100 mL单宁酸溶液及少量纸浆，加热煮沸，静置。用慢速滤纸加纸浆过滤，沉淀用单宁酸—盐酸洗液洗至无铁离子。

将沉淀连同滤纸置于事先相同温度灼烧称重的铂坩埚中，干燥、灰化，于1000℃灼烧，冷却至室温称重，反复灼烧至质量恒定。

1.3 结果计算

按下式计算Nb%：

式中：m1—铂坩埚和沉淀的质量，g；m2—铂坩埚的质量，g；m—试样的质量，g；0.6991—五氧化二铌换算为铌的系数

1.4 注意事项

如所得沉淀含杂质则需要进行二次沉淀；当试样中含有钽和钛时，精密分析时需进行钽、钛的校正。

2 结果与讨论

2.1 溶样条件的选择

铌是一种非常稳定的元素，常温下铌对许多酸和盐的溶液都是稳定的，但是铌铁却易溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中。硫酸冒烟对其完全溶解能起促进作用。本文做了一下试样前处理的方法摸索，试验结果见表1。

表1 试样溶解方法试验

由表1可知，方案3都使铌铁溶解完全且清亮，故选择了简单、快速且使用试剂最少的方案3加热溶解试样。

2.2 沉淀条件的选择

由于铌易在酸性液中水解成铌酸沉淀，当煮沸铌的无机酸溶液，在溶液中加入饱和硼酸时使得铌与其他杂质初步分离。本法在1mol/L稀盐酸溶液中使铌充分水解，加入单宁酸溶液让铌完全沉淀，并使铌（钽）与铁、锰、铝等元素分离。沉淀时的温度和沉淀时间对测定分析结果有一定的影响。不同沉淀条件下测定结果见下表2所示。

表2 不同沉淀条件下分析结果

由表2可知，加热至70～80℃，加热煮沸10 min并静置1 h后在过滤获得的检测结果与标准值比较接近故选择为最佳沉淀条件。

2.3 灼烧温度和时间

沉淀后五氧化二铌的灼烧温度和时间，对测定结果有重要的影响。本文通过一系列实验对同一样品在不同灼烧条件下的检测结果如表3。

表3 不同灼烧条件下的检测结果

由表3可知，沉淀于1000℃灼烧30 min基本已经达到恒重，故选择此条件为最佳灼烧温度和时间。

2.4 精密度试验

称取6份铌铁标准样品，按本实验方法和实验条件进行测量分析，测量结果的相对标准偏差见表4。

表4 精密度实验

2.5 准确度试验

为检验试验方法的准确性，采用测定标准样品标值的方法进行比对试验，对两个铌铁标准样品GBW（E）010357和GBW（E）010414进行测定，并将测定值与认定值相比较，结果表明二者吻合较好，数据见表5。

表5 准确度试验

2.6 对比试验

采用不同铌含量的样品，按本实验方法进行操作，并与其他实验室的国家标准重量法分析结果进行比较。测定结果见表6。

表6 对比分析

由表6可见，使用本法与传统的国标法及标准值进行比较，其偏差满足国家化学分析中的标准允许偏差。

3 结语

此此次实验相比于传统的实验流程与实验材料而言，其主要选择了氢氟酸以及硝酸作为实验材料。经过溶解处理以后，对于沉淀物进行相应的过滤处理，然后对于滤渣物质进行灼烧与鉴定。因此相比而言，重量法的含量测定方法具有快速与简便的实验操作优势，并且改进了原有的水解重量法。从测量误差的角度来讲，运用重量法可以保证达到更小的实验测量误差，对于常规分析的基本要求能够予以有效的满足。