生铁是铸铁生产的重要原料，用天然含有V、Ti元素的钒钛生铁熔炼的铸铁，在石墨形态、基体组织和基本特性上与普通铸铁基本一样，但化学成分与普通铸铁略有不同。此外，钒钛铸铁具有高强度和高耐磨性以及更好的抗氧化性。

钒钛生铁的化学成分检测，历来借用普通生铁的化学分析方法，先分析Si、P、Mn三元素，然后再分别单独称样溶解测定V、Ti元素^[1~3]。这种方法费时、费事、分析周期长，不能称为真正意义上的快速分析，并且这种方法所用试剂品种多、分析程序繁琐、分析成本较高。钒钛生铁中的V、Ti含量一般都在0.2%~0.5%左右，而且钒钛生铁中含有其他合金元素种类少、含量低。基于此，本工作借鉴有关文献^[4~5]，探索了一次称样溶解采用光度法联合连续测定钒钛生铁中Si、P、Mn、V、Ti元素，方法操作简便、分析快速、结果准确，采用试剂品种少、用量小，分析成本大幅降低，而且避免了使用剧毒的亚砷酸钠试剂和复杂的操作步骤，填补了钒钛生铁系统快速分析方法的空白。

1 试验部分

1.1 主要试剂与仪器

溶解酸：每升此酸中含硫酸50mL、硝酸8mL；硝酸溶液（1+3）；过氧化氢溶液（1+1）；过硫酸铵溶液：200g/L；硝酸银溶液：40g/L；钼酸铵溶液：50g/L；硅混合还原剂：每100mL此液中含有草酸3g、抗坏血酸1.2g；钒酸铵溶液：2g/L，称2g钒酸铵加热溶解于50mL水中，冷却后加入硝酸20mL，以水稀释至1L;磷酸溶液（1+1）；氟化铵（固体）。

721E型分光光度计（上海光谱仪器有限公司）

1.2 分析方法

称取经磁化的细薄试样1.000g于250mL高型烧杯中，加入80mL预热的溶解酸，约1g过硫酸铵（固体），低温加热溶解。待大部分试样溶解后，再加过硫酸铵溶液10mL，继续在近沸点温度溶解。溶解至试试液中无细小气泡产生时，加入硝酸溶液（1+3）10mL，继续加热溶解至试样溶解完全，并煮沸约1min。若试液呈棕褐色或有棕色沉淀出现，则滴加过氧化氢溶液（1+1）使试液变清亮，继续煮沸1min后，取下高型烧杯流水冷却，用脱脂棉快速过滤并定容于100mL容量瓶中，作为母液。

1.2.1 锰的测定

分取母液10mL于125mL高型烧杯中，在电炉上加热，滴加硝酸银溶液5滴，加过硫酸铵溶液5mL，加热煮沸至试液冒大气泡，取下，加水35mL，摇匀。在530nm波长处，用1cm比色皿，以水为参比，测吸光度A锰。

1.2.2 硅的测定

分取锰显色试液5mL于125mL高型烧杯中，在电炉上加热至刚冒泡，取下加钼酸铵溶液10mL，摇动15s，加硅混合还原剂25mL，摇匀。在680nm波长处，用0.5~1cm比色皿，以水为参比，测吸光度A硅。

1.2.3 磷的测定

分取母液15mL两份，分别置于125mL高型烧杯中。

显色液：加钒酸铵溶液4mL，边摇边加钼酸铵溶液6mL。

参比液：加水10mL，摇匀。

在470nm波长处，用1~2cm比色皿，测吸光度A磷。

1.2.4 钛的测定

分取母液20mL于125mL高型烧杯中，加过氧化氢溶液（1+1）2mL，摇匀，放置2min后，加磷酸溶液（1+1）2mL，摇匀。先倒出一部分此显色液于适宜的比色皿中，在剩下的显色液中加入0.3~0.5g氟化铵，摇匀作参比液。在470nm波长处，用2~3cm比色皿，测吸光度A钛。

1.2.5 钒的测定

分取母液20mL于125mL高型烧杯中，加过氧化氢溶液（1+1）2mL，加水2mL，摇匀作参比液，以测钛的参比液作为钒显色液，在470nm波长处，用2~3cm比色皿，测吸光度A钒。

2 结果与讨论

2.1 锰的氧化与显色

锰在催化剂Ag⁺离子存在下加热显色的适宜酸度在1mol/L以内，在此酸度下，过硫酸铵氧化所需时间短，一般加热煮沸0.5~1min氧化即完成。采用0.46mol/L左右的酸度条件和1.6mg的硝酸银加入量，则煮沸10s氧化已完全，吸光度值保持稳定。煮沸时间过长，会造成吸光度偏低，影响分析结果的准确度。

2.2 硅的显色与干扰

    在小于0.5mol/L的酸度和加热条件下，正硅酸根离子与钼酸铵能较快反应生成黄色的硅钼杂多酸络离子，再用草酸—抗环血酸将其还原形成灵敏度和选择性更高的硅钼蓝，同时高价锰也被还原，影响硅的磷、砷生成的杂多酸也被草酸破坏，消除了对硅的干扰。

2.3 磷的显色温度与时间

本法采用磷钒钼黄法测磷，室温25~30℃时，只需1~2min即显色完成，生成黄色的磷钼钒三元杂多酸；室温低时（≤10℃），要延长放置时间，需放置15~20min才能显色完全。但显色温度应避免过高（一般不高于40℃），以防止硅的干扰。显色酸度控制在0.7~1.2mol/L的范围内，将有利于提高显色速度和消除干扰。

2.4 钒、钛的显色机理与显色条件

在H₂SO₄介质中，钒被氧化为五价并与过氧化氢形成可溶性的棕黄色络合物；钛被氧化为四价并与过氧化氢作用生成黄色的较稳定的过钛酸，借此，在同一波长处可分别对钒钛进行测定。方法操作简单，显色条件较宽，易于掌握，但灵敏度不太理想。好在钒钛生铁中的钒钛含量相对较高，且含其他合金元素种类少、含量低，为测定提供了便利。

显色剂过氧化氢易受热分解，显色时试液温度不能高，应控制在室温为宜。过氧化氢的加入量也不宜过多，否则皿壁上产生小气泡会妨碍吸光度的测定。显色酸度以0.75~1.75mol/L为宜，酸度过大，易导致过氧化氢分解；过小，则易生成偏钛酸使显色不完全。

2.5 过氧化氢光度法测定钒、钛的干扰

本法溶样时，在无Ag⁺离子存在的情况下，钒、钛被过硫酸铵定量地氧化为高价，而铬不被氧化，锰、铈也处于低价状态，对测定不构成干扰。测定钒时，铁、铜、钼、铌等有干扰，可用氟化物掩蔽，消除影响。Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺等有色离子的自身颜色干扰测定，用不加过氧化氢的试液同法操作作背景吸收进行抵消。因Fe³⁺离子的大量存在，加入适量的磷酸可与Fe³⁺形成无色络合物，能有效地消除基体铁的影响，但过多的磷酸会影响钛的显色和钛—过氧化氢络合物的吸收强度，故应严格限制磷酸的用量。测定钛时，钼、钒、铌等存在不同程度的干扰，Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺等有色离子的自身颜色也影响测定，方法以加入氟化物的显色液作为参比，消除影响。

2.6 样品分析结果

选用4个不同的钒钛生铁标准样品按分析方法操作，分析结果与标准值的对照见表Ⅰ。

表Ⅰ 样品分析结果（w/%）

3 结束语

利用本方法分析钒钛生铁中Si、P、Mn、V、Ti元素，所用试剂品种少、用量小，分析成本低，结果准确性较好，而且该方法避开了使用剧毒试剂，分析步骤简单，操作简便快速，能有效地缩短分析周期，提高工作效率，生产实用性很强，较好的体现了“简、快、准、廉”的快速分析要求，是较为成功的钒钛生铁系统快速分析方法。

参考文献

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[2]徐盘明, 赵祥大. 实用金属材料分析方法[M]. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 1990, 3:232~237.

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[4]董丙成 等. 光度法联合快速测定钛铁合金中钛锰硅磷铜和镍的含量[J]. 理化检验-化学分册, 2012, 48(增刊): 107~110.

[5]陈必友, 李启华. 工厂分析化验手册（第二版）[M]. 北京: 化学工业出版社,1995, 5:235~359.

　　作者：段平昌