THÉP VÀ GANG - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TITAN - PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC
Steel and iron - Determination of titanium content - Methods of chemical analysis
Lời nói đầu
TCVN 299 : 2010 thay thế TCVN 299 : 1989.
TCVN 299 : 2010 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 17 Thép biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
THÉP VÀ GANG - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TITAN - PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC
Steel and iron - Determination of titanium content - Methods of chemical analysis
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định titan trong thép và gang khi:
- Hàm lượng titan từ 0,01 % đến 0,15 % (hoặc 0,01 % đến 1,50 % nếu mẫu chứa niobi, tantan) sử dụng phương pháp chiết so màu;
- Hàm lượng titan từ 0,15 % đến 1,50 % nếu mẫu không chứa niobi, tantan sử dụng phương pháp so màu không chiết.
Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết đối với việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
TCVN 1058 : 1978, Hóa chất - Phân nhóm và ký hiệu mức độ tinh khiết.
TCVN 1811 : 2009 (ISO 14284 : 1996), Thép và gang - Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử để xác định thành phần hóa học.
3.1. Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử theo TCVN 1811 : 2009.
3.2. Tất cả các hóa chất sử dụng phải có độ tinh khiết hóa học. Trường hợp không có, cho phép dùng loại tinh khiết phân tích. Độ tinh khiết của các hóa chất, theo TCVN 1058 : 1978.
3.3. Đối với các hóa chất dạng lỏng, ví dụ axit clohidric (ρ = 1,19), ký hiệu (ρ = 1,19) để chỉ độ đậm đặc của dung dịch có khối lượng riêng bằng 1,19 g/ml ở 20 °C, ký hiệu (1 + 4) để chỉ nồng độ dung dịch khi pha loãng: số thứ nhất là phần thể tích hóa chất đậm đặc cần lấy; số thứ hai là phần thể tích nước cần pha thêm vào.
3.4. Nồng độ phần trăm (%) để chỉ số gam hóa chất trong 100 ml dung dịch.
3.5. Nồng độ g/L để chỉ số gam hóa chất trong 1 L dung dịch.
3.6. Dùng cân có độ chính xác đến 0,1 mg.
3.7. Số chữ số sau dấu phẩy của kết quả phân tích lấy bằng số chữ số của giá trị sai lệch trong Bảng 1.
4.1. Bản chất phương pháp
Phương pháp dựa vào sự tạo phức có màu giữa titan với diantipyrylmetan. Phức này được chiết bằng clorofoc rồi đo độ hấp thụ quang ở 395 nm.
4.2. Thiết bị, dụng cụ và thuốc thử
4.2.1. Thiết bị và dụng cụ
Phổ quang kế hoặc máy so màu quang điện.
Dụng cụ thông thường sử dụng trong phòng thử nghiệm.
4.2.2. Thuốc thử
4.2.2.1. Axit sunfuric ρ = 1,84, dung dịch 1 + 2 và 1 + 5;
4.2.2.2. Axit clohidric ρ = 1,19 và dung dịch 1 + 1, 1 + 6, 1 + 9, 1 + 100;
4.2.2.3. Axit ascobic, dung dịch 40 g/L mới pha;
4.2.2.4. Hidro peoxit, dung dịch 30 %;
4.2.2.5. Kali pirosunfat;
4.2.2.6. Diantipyrylmetan, dung dịch mới pha như sau: hòa tan 4 g diantipyrylmetan trong 100 ml dung dịch axit clohidric 1 + 6;
4.2.2.7. Thiếc kim loại dạng hạt;
4.2.2.8. Thiếc (II) clorua, dung dịch mới pha như sau: hòa tan 200 g thiếc (II) clorua trong 145 ml axit clohidric đặc nóng. Để nguội, thêm nước đến thể tích 1 000 ml và ít hạt thiếc.
4.2.2.9. Clorofoc, đựng trong chai thủy tinh màu.
4.2.2.10. Titan dioxit, mới nung ở 1 000 °C hoặc titan kim loại;
4.2.2.11. Dung dịch tiêu chuẩn titan:
Dung dịch A: nung chảy 0,1668 g titan dioxit với 5 g kali pirosunfat trong chén hoặc cốc thạch anh dung tích 100 ml. Đậy bằng nắp thạch anh. Để nguội, hòa tan khối chảy trong 100 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 2 nóng. Chuyển vào bình định mức dung tích 1 000 ml, làm nguội, thêm dung dịch axit sunfuric 1 + 5 đến vạch và lắc kỹ.
Có thể pha chế dung dịch A từ titan kim loại theo cách sau: cho 0,100 g titan kim loại vào cốc dung tích 400 ml, thêm 30 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 2 và đun đến tan hoàn toàn. Làm nguội dung dịch, chuyển vào bình định mức dung tích 1 000 ml, thêm dung dịch axit sunfuric 1 + 5 đến vạch rồi lắc. 1 ml dung dịch A chứa 0,1 mg titan.
Dung dịch B: Lấy 100 ml dung dịch A vào bình định mức dung tích 1 000 ml, thêm dung dịch axit sunfuric 1 + 5 đến vạch rồi lắc. 1 ml dung dịch B chứa 0,01 mg titan. Pha dung dịch B ngay trước khi dùng.
4.3. Cách tiến hành
Phân hủy mẫu theo một trong hai phương pháp sau:
Phương pháp 1: Cho 0,1000 g mẫu vào chén hoặc cốc thạch anh dung tích 100 ml. Đậy bằng nắp thạch anh rồi nung chảy với 5 g đến 10 g kali pirosunfat từ nhiệt độ thấp. Nâng nhiệt độ từ từ đến 700 °C, giữ khoảng 50 min để tạo thành khối chảy đồng nhất.
Lấy khối chảy ra bằng 20 ml dung dịch axit clohidric 1 + 9 rồi cô đến còn khoảng 15 ml.
Phương pháp 2: Cho 0,1000 g mẫu vào cốc dung tích 1 000 ml. Rót 10 ml dung dịch axit clohidric 1 + 1 rồi đun nóng. Trong khi mẫu tan, thêm từng giọt dung dịch hidropeoxit. Sau khi mẫu tan hết đun sôi đến phân hủy hết lượng hidropeoxit dư. Pha loãng dung dịch bằng 20 ml axit clohidric 1 + 9 nóng. Lọc dung dịch qua giấy lọc chảy vừa vào cốc dung tích 100 ml. Rửa 2 lần bằng dung dịch axit clohidric 1 + 100 và 2 lần bằng nước. Cho giấy lọc cùng cặn vào chén thạch anh, sấy khô, đốt ở 600 °C rồi đem nung chảy với 1 g kali pirosunfat. Để nguội, lấy khối chảy ra bằng 10 ml dung dịch axit clohidric 1 + 9. Thêm 20 ml dung dịch axitclohidric 1 + 9. Lọc qua giấy lọc chảy vừa. Rửa vài lần bằng nước. Bỏ bã. Nhập dung dịch với dung dịch lọc đầu. Cô đến thể tích còn 15 ml.
Sau khi phân hủy mẫu theo một trong hai phương pháp trên, dung dịch được dùng để phân tích như sau:
Khi hàm lượng titan từ 0,01 % đến 0,15 %: rót toàn bộ dung dịch mẫu vào phễu chiết dung tích 100 ml. Thêm 15 ml dung dịch axit clohidric 1 + 9.
Khi hàm lượng titan trên 0,15 % đến 1,50 %: chuyển dung dịch mẫu vào bình định mức dung tích 100 ml. Thêm dung dịch axit clohidric 1 + 9 đến vạch. Lắc kỹ. Lấy 20 ml (nếu titan từ 0,15 % đến 0,75 %) hoặc 10 ml (nếu titan trên 0,75 % đến 1,50 %) cho vào phễu chiết dung tích 100 ml. Thêm 10 ml dung dịch axit clohidric 1 + 9 và 5 ml dung dịch axit ascobic, sau 3 min cho 10 ml dung dịch diantipimic. Lắc kỹ, sau 30 min cho 20 ml dung dịch thiếc (II) clorua rồi lắc và thêm 20 ml clorofoc. Lắc khoảng 1 min. Sau khi phân lớp, cho phần hữu cơ vào bình định mức dung tích 50 ml. Chiết 2 lần nữa, mỗi lần với 5 ml clorofoc. Nhập phần hữu cơ lại. Thêm clorofoc đến vạch. Lắc rồi lọc qua giấy lọc khô vào bình khô. Sau không quá 15 min (kể từ khi chiết xong), đo độ hấp thụ quang ở 395 nm. Dùng cuvét đựng clorofoc để so sánh.
Để dựng đồ thị chuẩn, lấy 10 ml dung dịch axit clohidric 1+9 vào 7 bình chiết dung tích 100 ml. Cho 1; 2; 4; 8; 12; 15 ml dung dịch B tương đương 0,01; 0,02; 0,04; 0,08; 0,12; 0,15 mg titan vào 6 trong 7 bình trên, thêm 5 ml dung dịch axit ascobic, lắc kỹ. Sau 3 min thêm 10 ml dung dịch diantipyrylmetan rồi tiếp tục như phần trên.
4.4. Tính kết quả
Hàm lượng titan (Ti) tính bằng phần trăm (%) theo công thức:
Ti = | (m1 – m2) | x 100 |
m |
Trong đó:
m1 là khối lượng titan trong dung dịch mẫu, xác định theo đồ thị chuẩn, tính bằng gam;
m2 là khối lượng titan trong dung dịch thí nghiệm kiểm tra, tính bằng gam;
m là khối lượng mẫu tương ứng với phần dung dịch đem xác định, tính bằng gam.
Sai lệch cho phép giữa các kết quả xác định song song không được lớn hơn giá trị sai lệch cho phép nêu ở Bảng 1. Nếu sai lệch lớn hơn thì phải xác định lại. Kết quả cuối cùng là trung bình cộng của ba kết quả xác định song song.
Bảng 1 - Sai lệch cho phép
Hàm lượng titan, % | Sai lệch cho phép, % (tuyệt đối) |
Từ 0,01 đến 0,05 | 0,004 |
Trên 0,05 đến 0,15 | 0,008 |
Trên 0,15 đến 0,30 | 0,015 |
Trên 0,30 đến 0,50 | 0,020 |
Trên 0,50 đến 1,00 | 0,030 |
Trên 1,00 đến 1,50 | 0,040 |
5. Phương pháp so màu không chiết
5.1. Bản chất phương pháp
Phương pháp dựa vào sự tạo phức có màu giữa titan và diantiprilmetan và đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 395 nm.
5.2. Thiết bị và thuốc thử
5.2.1. Thiết bị
Phổ quang kế hoặc máy so màu quang điện.
Dụng cụ thông thường sử dụng trong phòng thử nghiệm.
5.2.2. Thuốc thử
Axit sunfuric ρ = 1,84, dung dịch 1 + 1, 1 + 2 và 1 + 5;
Axit clohidric ρ = 1,19, dung dịch 1 + 1, 1+ 6,1+ 9,1 + 100;
Axit nitric ρ = 1,40;
Axit photphoric ρ = 1,70;
Axit ascobic, dung dịch 40 g/L mới pha;
Hidro peoxit, dung dịch 30 %;
Diantipyrylmetan, dung dịch mới pha chuẩn bị như 4.2.2;
Thiếc (II) clorua, dung dịch mới pha, chuẩn bị như 4.2.2;
Thiếc kim loại dạng hạt;
Chén kim loại;
Titan dioxyt, mới nung ở 1 000 °C hoặc titan kim loại;
Dung dịch tiêu chuẩn titan chuẩn bị như 4.2.2;
5.3. Cách tiến hành
Cân 0,1000 g mẫu. Phân hủy mẫu theo một trong hai phương pháp ở 4.3.
Trường hợp mẫu không tan hết, cho 15 ml đến 20 ml axit clohidric và 5 ml đến 7 ml axit nitric. Đun đến khi bốc hết khói nitơ axit. Thêm 10 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 1. Nếu mẫu chứa vonfram thì thêm 2 ml đến 3 ml axit photphoric. Cô dung dịch đến bốc khói trắng. Để nguội, hòa tan muối bằng 20 ml dung dịch axit clohiđric 1+9 đến vạch, lắc kỹ.
Lấy 20 ml dung dịch (nếu hàm lượng titan từ 0,15 % đến 0,75 % ) hoặc 10 ml (nếu hàm lượng titan từ 0,75 % đến 1,5 %) vào 2 bình định mức dung tích 100 ml. Thêm 10 ml dung dịch axit ascobic, lắc và sau 3 min tiếp tục cho 15 ml dung dịch axit clohidric 1 + 1 rồi cho vào 1 trong 2 bình 10 ml dung dịch diantipyrylmetan. Thêm nước đến vạch, lắc kỹ.
Sau 30 min, đo độ hấp thụ quang của dung dịch ở bước sóng 395 nm.
Dùng dung dịch trong bình không chứa diantipyrylmetan làm dung dịch so sánh.
Để dựng đồ thị chuẩn, cho vào 7 cốc dung tích 100 ml, mỗi cốc 0,1 g sắt rồi hòa tan theo 4.3. Chuyển dung dịch vào bình định mức dung tích 100 ml rồi thêm vào 6 bình dung dịch tiêu chuẩn titan B và tiếp tục tiến hành như cách dựng đồ thị chuẩn trong 4.3.
5.4. Tính kết quả
Hàm lượng titan trong mẫu được tính như trong 4.4.
Sai lệch giới hạn giữa các lần xác định song song không được lớn hơn giá trị giới hạn quy định trong Bảng 1.