Phương pháp phân tích hàm lượng P và Mn trong gang thép bằng phương pháp trắc quan

MỤC LỤC

Thép [6]-Tr252

Đó là các nguyên tố thường xuyên có trong mọi loại thép với một lƣợng giới hạn mà ta gọi là các tạp chất thường có. - Mn và Si: chúng có mặt trong thép do có sẵn trong nguyên liệu quặng sắt và khi luyện thép người ta cho thêm ferosilic, feromangan để khử oxi. - Hiện nay công nghiệp luyện kim sử dụng ngày càng nhiều sắt, thép vụn (phế liệu) do các ngành kinh tế, quốc phòng thải ra, nên trong đó có nhiều bộ phận làm bằng thép hợp kim, vì thế trong thép C có thể có lẫn một lƣợng nhỏ các nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Cu với hàm lƣợng < 0,2% và W, Mo, Ti với hàm lƣợng < 0,1%.

Thép hợp kim là loại thép ngoài Fe, C và các tạp chất thường có, người ta cố ý đƣa vào các nguyên tố đặc biệt với một lƣợng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép. Nhƣ trong bảng 1.1 thì chỉ khi hàm lƣợng các nguyên tố Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, lớn hơn giá trị lớn nhất trong bảng mới đƣợc coi là thép hợp kim, còn các nguyên tố Ti, Cu, và B chỉ đảm bảo nhƣ số liệu trong bảng đã đƣợc coi là thép hợp kim. Các thép hợp kim có những đặc tính trội hơn hẳn so với thép cacbon cả về cơ tính, tính chịu nhiệt độ cao, đặc biệt là các tính chất vật lí và hóa học.

Chẳng hạn: thép cacbon dễ bị gỉ trong không khí, dễ bị ăn mòn trong các môi trường axit, bazơ và muối, không có các tính chất vật lí đặc biệt nhƣ: từ tính, giãn nở đặc biệt.

ẢNH HƯỞNG CỦA P VÀ Mn ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA GANG THÉP 1. Ảnh hưởng của P và Mn đến tính chất của gang

Ảnh hưởng của P và Mn đến tính chất của thép

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Kim loại Mn sau khi đƣợc hoàn nguyên, hòa tan ngay vào Fe nóng chảy, vì vậy tránh đƣợc hiện tƣợng bay hơi và oxi hóa [16]-Tr125.

TÌNH HÌNH PHÂN TÍCH P, Mn TRONG GANG THÉP

Do đó việc nghiên cứu cải tiến phương pháp phân tích là rất cần thiết. Phương pháp đường chuẩn trắc quang cho phép phân tích nhanh, chính xác, nhất là trong trường hợp phân tích hàng loạt mẫu.

TÍNH CHẤT CỦA P

Tính chất của P nguyên tố [11]

Kết tủa vàng dễ tan trong dung dịch nước amoniac và kiềm, nên phản ứng cần tiến hành trong môi trường axit nitric đặc (pH < 1).

Trạng thái tự nhiên của P

P là nguyên tố rất phổ biến trong tự nhiên, nó có vai trò rất quan trọng đối với sự sống. P có mặt trong những chất quan trọng và giữ vai trò tích cực trong chuyển hóa sinh học của cơ thể người và sinh vật.

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG P

Xác định hàm lượng P bằng phương pháp trọng lượng

Các phương pháp trắc quang hợp chất màu xanh molipden, đều dựa trên nguyên tắc chuyển các hợp chất P vô cơ về dạng octophotphat, sau đó kết tủa octophotphat dưới dạng axit heteropolyphotphomolipdic màu vàng, chất này là chất oxy hóa mạnh. Trước đây, người ta có thường xác định P vô cơ bằng các phương pháp nhƣ: Phike-subaroi (Фиске-Суббароу), Nhers (Нерс), Samnher (Самнер), Ratbun-betlax (Ратбун-Бетлах), Benxin (Бенцин)..[32]-ctp33-37.Các phương pháp này chủ yếu sử dụng các chất khử vô cơ nhƣ HSO3-, Fe2+, Sn2+.., để thực hiện phản ứng khử tạo hợp chất màu xanh molipden. Dưới đây giới thiệu phương pháp xác định octophotphat bằng trắc quang hợp chất màu xanh molipden sử dụng chất khử là axit ascobic [19] p.4-113- 4- 114.

Axit heteropolyphotphoromolipdic và muối của chúng là những chất oxi hoá rất mạnh, oxi hoá dƣợc nhiều chất khử, trong khi đó axit H2MoO4 không oxi hoá đƣợc [8,31]. Hợp chất màu xanh molipden có thành phần chủ yếu là (Mo8O23.H2O; Mo4O11.H2O; Mo2O5.H2O..), tồn tại dưới dạng các tiểu phân keo trong dung dịch, dễ bị hấp phụ bởi các chất hấp phụ, nên trước khi đo quang không được lọc dung dịch màu. Phản ứng (1.41) rất tỉ lượng, cường độ màu xanh tỉ lệ với nồng độ octophotphat, đo cường độ màu cho phép xác định nồng độ octophotphat.

Phương pháp trắc quang axit vanadomolipdophotphoric không tốt cho các mẫu nước, nhưng thích hợp cho các mẫu đất [19,23].

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Mn

Xác định hàm lượng Mn bằng phương pháp thể tích [25]

Dung dịch loãng octophotphat phản ứng với amonimolipdat trong môi trường axit tạo ra axit heteropolymolipdophotphoric. Nhờ sự có mặt của amoni metavanadat NH4VO3 tạo thành axit vanadomolipdophotphoric (màu vàng). Màu ổn định trong vài ngày và không bị thay đổi bởi nhiệt độ phòng.

Ngoài ra H3PO4 có vai trò làm tăng độ bền của HMnO4 và ở một mức độ nào đó tránh tạo MnO(OH)2↓(nâu) và tránh giải phóng O2.

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG P (Bằng phương pháp trắc quang hợp chất màu xanh molipden)
    • ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
      • PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ MẪU

        Đợi màu phát triển ổn định, quét phổ trên máy UV-Vis Biochrom Ltd của các dung dịch này trong khoảng bước sóng từ 200 1000nm, sử dụng nước cất làm nền. Ảnh hưởng của pH đến phản ứng tạo hợp chất màu xanh molipden Chuẩn bị 15 bình định mức 50ml, lấy vào mỗi bình 7,00ml dung dịch photphat chuẩn KH2PO4 (5mg P/l). Đo quang loạt dung dịch màu trên máy UV-Vis Biochrom Ltd ở bước sóng lí thuyết 888nm [57] trong khoảng thời gian từ 0  40 phút sau khi tạo phản ứng màu.

        Sự phụ thuộc độ bền của hợp chất màu xanh molipden vào thời gian Chuẩn bị một dung dịch màu: hút 5,00ml dung dịch photphat chuẩn KH2PO4. Xây dựng phổ hấp thụ electron của hợp chất màu xanh molipden - Chuẩn bị một dung dịch màu tương tự như trên, ở các điều kiện tối ưu đã chọn, quét phổ của dung dịch màu trên máy UV-Vis Biochrom Ltd trong khoảng bước sóng từ 600 1000nm, sẽ chọn đƣợc max ứng với trị số Amax. - Cũng tương tự như trên, chuẩn bị một loạt dung dịch màu ở các nồng độ P khác nhau, quét phổ của loạt dung dịch màu trên máy trong khoảng bước sóng từ 600  1000nm, so sánh các giá trị max của các phổ ở các nồng độ khác nhau.

        Đợi màu phát triển ổn định trong khoảng thời gian tối ƣu, đo quang của loạt dung dịch màu trên máy UV-Vis Biochrom Ltd ở giá trị max đã chọn và đường chuẩn sẽ tự thiết lập. Chuẩn bị một số dung dịch photphat đã biết chính xác nồng độ (nằm trong khoảng tuyến tính của đường chuẩn), tiến hành tạo phản ứng màu như khi xây dựng đường chuẩn và xác định lại nồng độ theo đường chuẩn. Lắc đều các bình, đợi màu phát triển ổn định, tiến hành đo quang của cả 3 dung dịch trên máy quang phổ UV-Vis 23RS trong khoảng bước sóng từ 400 ÷ 600nm, dùng nước cất làm dung dịch nền.

        - Thêm tiếp vào mỗi bình 0,7ml dung dịch formaldoxime và điều chỉnh pH của các dung dịch trong bình thay đổi trong khoảng 8 ÷ 12 bằng các thể tích dung dịch NaOH 4M khác nhau, lắc kĩ khoảng 5 phút. - Xác định pH của các bình bằng máy đo pH meter và đo quang của loạt dung dịch trên bằng máy quang phổ UV-Vis 23RS tại bước sóng lí thuyết 450nm [21], sử dụng dung dịch nền gồm tất cả các thành phần nhƣ trên, nhƣng không có Mn. - Đo quang của loạt dung dịch trên bằng máy quang phổ UV-Vis 23RS tại bước sóng lí thuyết 450nm [21], sử dụng dung dịch nền gồm tất cả các thành phần.

        - Đo quang của dung dịch màu trên bằng máy quang phổ UV-Vis 23RS tại bước sóng lí thuyết 450nm [21] ở các khoảng thời gian khác nhau. Chuẩn bị một số dung dịch Mn đã biết chính xác nồng độ (nằm trong khoảng tuyến tính của đường chuẩn). Tiến hành tạo phản ứng màu như khi xây dựng đường chuẩn và xác định lại nồng độ theo đường chuẩn. Kết quả thu được nếu nằm trong phạm vi sai số cho phép thì đường chuẩn có độ tin cậy và đƣợc sử dụng để đo các mẫu phân tích tiếp theo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU. Chuẩn bị các mẫu gang thép chuẩn. Các mẫu gang thép tiêu chuẩn Trung Quốc Mẫu. Chuẩn bị các mẫu gang thép sản xuất trong nước. Các mẫu gang sản xuất tại Thái Nguyên. Phân xưởng 3 – Công ty cổ phần Cơ khí Gang thép Thái Nguyên) Mẫu Gang trục cán. Các mẫu thép sản xuất tại Thái Nguyên. Phân xưởng 3 – Công ty cổ phần Cơ khí Gang thép Thái Nguyên) Mẫu thép CT3. - Chuyển giấy lọc cùng kết tủa vào bình erlen khác dung tích 250ml, hoà tan bằng một thể tích chính xác Vo ml dd NaOH 0,1M (đảm bảo đủ dƣ), lắc kĩ và giầm nát giấy lọc để kết tủa đƣợc hòa tan hoàn toàn.

        Đợi màu phát triển ổn định (sau khoảng thời gian tối ƣu đã chọn), đo mật độ quang của loạt dung dịch màu trên máy UV-Vis Biochrom Ltd ở bước sóng tối ưu đã chọn.

        Bảng 2.2. Chuẩn bị các dung dịch màu ở các giá trị pH khác nhau
        Bảng 2.2. Chuẩn bị các dung dịch màu ở các giá trị pH khác nhau

        Tiếng Nga

        Алексеев (1963)

        Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. luyện kim, Bộ công nghiệp).