THÉP VÀ GANG - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG VANADI - PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC
Steel and iron - Determination of vanadium content - Methods of chemical analysis
Lời nói đầu
TCVN 308:2010 thay thế TCVN 308:1989.
TCVN 308:2010 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 VANADI - PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC
Steel and iron - Determination of vanadium content - Methods of chemical analysis
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp chuẩn độ xác định vanadi trong thép và gang với hàm lượng từ 0,01 % đến 6,00 %.
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 (r = 1,19), ký hiệu (r = 1,19) để chỉ độ đậm đặc của dung dịch có khối lượng riêng bằng 1,19 g/ml ở 20 oC, 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 2.
Phương pháp dựa vào quá trình oxy hóa vanadi (IV) lên vanadi (V) bằng kali pemanganat và chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr. Loại ảnh hưởng của crôm dưới dạng crômil clorua.
5. Thiết bị, dụng cụ và thuốc thử
5.1. Thiết bị và dụng cụ
Bất cứ thiết bị chuẩn độ điện thế nào bảo đảm độ chính xác theo Bảng 2.
Dụng cụ thông thường sử dụng trong phòng thử nghiệm.
5.2. Thuốc thử
5.2.1. Axit clohydric, r = 1,19 và dung dịch 1 + 1;
5.2.2. Axit nitric r = 1,40 và dung dịch 1 + 1;
5.2.3. Axit pecloric r = 1,67;
5.2.4. Axit sunfuric r = 1,84, dung dịch 1 + 4; 1 + 9 và 1 + 20;
5.2.5. Axit photphoric r = 1,70;
5.2.6. Sắt (II) sunfat, dung dịch mới pha như sau: hoà tan 2 g sắt (II) sunfat trong 100 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 10.
5.2.7. Kali pemanganat, dung dịch 25 g/ml và 0,01 M;
5.2.8. Natri nitrit, dung dịch 20 g/1000 ml và 2 g/ 1000 ml mới pha;
5.2.9. Natri cacbonat;
5.2.10. Urê, dung dịch 100 g/ 1000 ml mới pha;
5.2.11. Axit fenylantranilic, dung dịch 0,2 % pha chế như sau: hoà tan 0,2 g axit fenylantranilic trong 100 ml dung dịch natri cacbonat nóng 0,2 %;
5.2.12. Vanadi oxit;
5.2.13. Dung dịch tiêu chuẩn vanadi:
Dung dịch A: hoà tan 1,7852 g vanadi oxit trong 60 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 9, thêm 5 ml axit nitric, đun sôi để loại nitơ oxit rồi cô đến bốc khói trắng. Để nguội, tráng thành cốc bằng bình tia nước rồi lại cô tiếp đến bốc khói trắng. Làm nguội, thêm 100 ml nước và đun đến tan muối. Sau khi dung dịch nguội, chuyển vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm dung dịch axit sunfuric 1 + 9 đến vạch và lắc. 1 ml dung dịch A chứa 1 mg vanadi;
Dung dịch B: cho 100 ml dung dịch A vào bình định mức dung tích 1000 ml. Thêm dung dịch axit sunfuric 1 + 9 đến vạch, lắc kỹ. 1 ml dung dịch B chứa 0,1 mg vanadi;
5.2.14. Muối Mohr, dung dịch 0,01 M: hòa tan 4 g muối Mohr trong 400 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 20. Chuyển vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm dung dịch axit sunfuric 1 + 20 đến vạch rồi lắc kỹ;
Xác định độ chuẩn của dung dịch muối Mohr theo dung dịch tiêu chuẩn vanadi như sau: cho 2 ml đến 5 ml dung dịch tiêu chuẩn vanadi A vào cốc dung tích 400 ml, thêm 50 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 4, 10 ml dung dịch sắt (II) sunfat, cho nước đến khoảng 150 ml rồi làm nguội đến 20 0C. Cho từng giọt dung dịch kali pemanganat 25 g/ml đến xuất hiện màu hồng bền không mất đi trong 1 min đến 2 min. Vừa khuấy vừa cho từng giọt dung dịch natri nitrit 20g/1000 ml đến vừa mất màu hồng rồi thêm 10 ml dung dịch urê và 10 ml axit photphoric. Sau 3 min, chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr. Xác định điểm tương đương bằng phương pháp chuẩn độ điện thế hoặc chuẩn độ thường với 5 giọt dung dịch axit fenylantranilic. Độ chuẩn của dung dịch muối Mohr (T) tính bằng g/ml vanadi, theo công thức:
Trong đó:
m khối lượng vanadi trong phần dung dịch chuẩn đã đem chuẩn độ, tính bằng gam;
v thể tích dung dịch muối Mohr tiêu hao khi chuẩn độ, tính bằng ml.
Để xác định độ chuẩn dung dịch muối Mohr, cho phép dùng kali dicrômat.
5.2.15. Muối Mohr, dung dịch 0,002 M: cho 200 ml dung dịch muối Mohr 0,01 M vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm dung dịch axit sunfuric 1 + 20 đến vạch, lắc. Xác định độ chuẩn dung dịch muối Mohr 0,002 M theo dung dịch tiêu chuẩn vanadi như sau: cho 5 ml đến 10 ml dung dịch vanadi B vào cốc dung tích 250 ml, thêm 50 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 4 và 10 ml dung dịch sắt (II) sunfat. Cho nước đến 100 ml rồi làm nguội đến 20 oC. Vừa khuấy vừa cho vào dung dịch từng giọt dung dịch kali pemanganat 0,01 M đến xuất hiện màu hồng không mất đi trong 1 min tới 2 min rồi tiếp tục từng giọt dung dịch natri nitric 20 g/ml đến mất màu hồng. 10 ml urê và 10 ml axit photphoric. Sau 3 min, chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr. Điểm tương đương được xác định như ở dung dịch muối Mohr 0,01 M;
5.2.16. Amoni pesunfat.
6.1. Khi hàm lượng vanadi từ 0,1 % đến 0,2 %
Cho 1,0000 g mẫu (khi hàm lượng vanadi từ 0,01 % đến 0,1 %) hoặc 0,5000 g (khi hàm lượng vanadi trên 0,1 % đến 0,2 %) vào cốc dung tích 400 ml. Tùy hàm lượng crôm và vonfram trong thép và gang mà tiến hành phân hủy mẫu theo một trong hai phương pháp sau:
Khi hàm lượng crôm không lớn hơn 3 % và mẫu không chứa vonfram: đun nóng để hoà tan mẫu trong 20 ml đến 30 ml dung dịch axit clohidric và 10 ml đến 15 ml dung dịch axit nitric. Sau đó thêm 50 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 4. Đun đến bốc khói trắng, làm nguội, tráng thành cốc bằng nước rồi lại cô đến bốc khói trắng. Để nguội, thêm 40 ml đến 50 ml nước và đun cho tan muối. Chuyển dung dịch vào cốc dung tích 250 ml, thêm nước đến 100 ml rồi cho 2 ml đến 5 ml dung dịch sắt sunfat. Lắc kỹ rồi lại để nguội.
Khi hàm lượng crôm trên 3 % và mẫu không chứa vonfram: đun nóng mẫu trong 20 ml đến 30 ml axit clohidric khoảng 10 min đến 15 min. Thêm 10 ml đến 15 ml axit nitric rồi đun tiếp đến mẫu tan hoàn toàn. Cho vào đó 40 ml đến 50 ml axit pecloric rồi đun dung dịch đến oxy hóa hoàn toàn crôm. Đun tiếp rồi đều đặn cho từng đợt 3 đến 5 giọt axit clohidric đến ngừng bốc khói crômil clorua. Sau khi tan hết khói crômil clorua, đun dung dịch đến bốc khói trắng của axit pecloric rồi để nguội. Tráng thành cốc bằng nước và lại đun đến khi khói của axit pecloric bốc dày đặc rồi để thêm 2 min đến 5 min. Để nguội, cho thêm 5 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 4 rồi đun cho tan muối. Làm nguội rồi thêm 10 ml đến 15 ml dung dịch sắt sunfat và chuyển vào cốc dung tích 250 ml. Pha nước đến 100 ml và để nguội.
Trong trường hợp mẫu chứa vonfram, trước khi phân hủy mẫu theo 2 cách trên, cho vào mẫu 5 ml axit photphoric.
Làm nguội dung dịch mẫu thu được ở trên đến nhiệt độ không quá 20 oC. Vừa cho từng giọt dung dịch kali pemanganat 0,01 M vừa khuấy đến màu hồng bền. Sau 1 min cho từ từ dung dịch natri nitric 2 g/1000 ml đến mất màu rồi thêm 10 ml dung dịch urê. Sau 3 min, chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr 0,002 M từ microburet trên máy chuẩn độ điện thế hoặc chuẩn độ thường với 5 giọt dung dịch axit fenylantranilic.
6.2 Khi hàm lượng vanadi từ 0,05 % đến 6 %
Tùy hàm lượng vanadi, lấy khối lượng mẫu theo Bảng 1
Bảng 1
Hàm lượng vanadi, % | Khối lượng mẫu, g |
Từ 0,05 đến 0,5 Trên 0,5 đến 1,0 Trên 1,0 đến 2,0 Trên 2,0 đến 6,0 | 1,0000 0,5000 0,2500 0,1000 |
Cho lượng của mẫu vào cốc dung tích 600 ml. Căn cứ vào hàm lượng crôm và vonfram trong thép và gang, tiến hành phân hủy mẫu theo một trong hai phương pháp sau:
Khi hàm lượng crôm không lớn hơn 3 % và mẫu không có vonfram: đun tan mẫu trong 50 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 4. Cẩn thận cho vào dung dịch đang sôi từng ít một amoni pesunfat dư và cho 5 ml đến 10 ml dung dịch muối Mohr. Thêm nước đến 100 ml (nếu cần) rồi làm nguội.
Trường hợp mẫu không tan trong axit sunfuric, đun mẫu với 20 ml dung dịch axit clohidric và 20 ml dung dịch axit nitric. Thêm 15 ml axit sunfuric rồi cô đến bốc khói trắng. Nếu còn cặn đen không tan thì cẩn thận cho từng giọt axit nitric vào dung dịch đang nóng rồi lại cô đến bốc khói trắng. Để nguội, tráng thành cốc bằng nước rồi lại cô đến bốc khói trắng. Thêm nước đến 100 ml, đun cho tan muối. Cho 5 ml đến 10 ml dung dịch muối Mohr rồi làm nguội.
Khi hàm lượng crôm lớn hơn 3 % và mẫu không có vonfram: đun nóng mẫu với 20 ml đến 30 ml dung dịch axit clohidric. Thêm 10 ml đến 15 ml dung dịch axit nitric rồi đun tiếp. Sau khi tan mẫu, thêm 40 ml đến 50 ml axit pecloric và đun đến oxy hóa hoàn toàn crôm rồi cho axit clohidric và tiến hành loại khí crômil clorua như ở điều 6.1. Tráng thành cốc bằng nước rồi cô dung dịch đến xuất hiện khói trắng của axit pecloric. Quá trình này lặp lại 2 lần. Cho vào dung dịch 50 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 4. Làm nguội rồi thêm 5 ml đến 10 ml dung dịch muối Mohr.
Trường hợp mẫu có vonfram: cho vào mẫu 10 ml axit photphoric rồi tiến hành phân hủy mẫu theo một trong hai phương pháp trên, như đối với mẫu không chứa vonfram.
Sau khi mẫu phân hủy xong, chuyển dung dịch thu được vào cốc chuẩn độ. Thể tích dung dịch mẫu phải được điều chỉnh khoảng 150 ml và nhiệt độ không được lớn hơn 20 oC.
Vừa khuấy vừa cho vào dung dịch mẫu từng giọt dung dịch kali pemanganat 25 g/1000 ml đến màu hồng bền. Khuấy mạnh, đồng thời cho từng giọt dung dịch natri nitrit đến mất màu rồi cho từ từ 10 ml dung dịch urê. Lại khuấy tiếp. Sau 3 min, chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr 0,01 M. Để xác định điểm tương đương có thể dùng phương pháp chuẩn độ điện thế sau khi thêm vào dung dịch 10 ml axit photphoric (nếu hàm lượng vonfram trên 10%, phải cho 10 ml đến 30 ml axit photphoric) hoặc phương pháp chuẩn độ thường với 5 giọt dung dịch axit fenylantranilic.
Hàm lượng vanadi (Va) tính bằng phần trăm (%) theo công thức:
Trong đó:
V thể tích dung dịch muối Mohr tiêu hao khi chuẩn độ vanadi trong dung dịch mẫu, tính bằng ml;
T độ chuẩn dung dịch muối Mohr, tính bằng g/ml vanadi;
m khối lượng mẫu, tính bằng gam.
Sai lệch giới hạn giữa các lần xác định song song không được lớn hơn giá trị giới hạn quy định trong Bảng 2.
Bảng 2 - Sai lệch cho phép
Hàm lượng vanadi, % | Sai lệch cho phép, % (tuyệt đối) |
Từ 0,010 đến 0,025 Trên 0,025 đến 0,05 Trên 0,05 đến 0,10 Trên 0,10 đến 0,25 Trên 0,25 đến 0,50 Trên 0,50 đến 1,00 Trên 1,00 đến 2,50 Trên 2,50 đến 6,00 | 0,008 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,10 0,15 |