Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 311:2010 về Thép và gang - Xác định hàm lượng nhôm - Phương pháp phân tích hóa học

• Số hiệu: TCVN311:2010
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2010

Hàm lượng nhôm, %	Khối lượng mẫu, g
Từ 0,002 đến 0,01 Trên 0,01 đến 0,2	1,0000 0,8000

Cho khối lượng mẫu vào cốc thạch anh dung tích 150 ml. Thêm 15 ml axit clohidric, 5 ml axit nitric và sau khi đun tan, cô đến thể tích 10 ml.

Thêm 20 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 9, cô đến bốc khói trắng và bốc 5 min. Để nguội, cho 10 ml nước, đun tan muối và lọc qua giấy lọc chảy vừa có thêm một ít bột giấy lọc. Rửa vài lần bằng nước nóng rồi cho dung dịch lọc cùng nước rửa vào bình định mức dung tích 100 ml. Cho giấy lọc cùng kết tủa vào chén platin, sấy, hóa tro và nung. Thấm ướt cặn trong chén bằng 5 giọt đến 6 giọt axit sunfuric 1 + 2, thêm 5 ml dung dịch axit flohidric, cô khô rồi nung ở 700 0C đến 800 0C. Nung cặn với 1 g kali pirosunfat. Lấy khối chảy ra bằng nước rồi nhập với dung dịch lọc trước. Khi hàm lượng nhôm trên 0,01 %, thêm nước vào trong bình định mức đến vạch, lắc kỹ và tùy theo hàm lượng nhôm lấy phần dung dịch mẫu theo Bảng 2.

Bảng 2

Hàm lượng nhôm,

%

Thể tích dung dịch đem xác định,

ml

Khối lượng mẫu,

g

...

...

...

Trên 0,01 đến 0,10

Trên 0,10 đến 0,20

toàn bộ

50

25

1,0

0,4

0,2

Thêm nước vào dung dịch đến thể tích 60 ml rồi đem điện phân ở điện thế 5 V đến 7 V với mật độ dòng 0,16 A/cm^2 bề mặt catôt thủy ngân trên máy điện phân. Có thể dùng thiết bị điện phân đơn giản theo Hình 1.

...

...

...

Lọc dung dịch qua giấy lọc chảy nhanh, rửa bằng nước vào bát thạch anh, nhựa hoặc platin dung tích 150 ml. Cô đến thể tích 20 ml, lắc dung dịch còn nóng, thêm 5 ml dung dịch natri hidroxit và từng giọt 0,5 ml dung dịch hidro peoxit. Đun sôi 2 min, thỉnh thoảng khuấy.

Làm nguội dung dịch, chuyển vào bình định mức dung tích 100 ml, thêm nước đến vạch rồi lắc. Lọc dung dịch thu được qua hai lần giấy lọc khô vào cốc.

Lấy 50 ml dung dịch khi hàm lượng nhôm từ 0,002 % đến 0,01 % hoặc 25 ml khi hàm lượng nhôm trên 0,01 % vào bình định mức dung tích 100 ml. Cho 2 giọt dung dịch phenolphtalein, trung hòa bằng dung dịch axit clohidric 1 + 7 đến mất màu hồng và dư 0,4 ml. Thêm 5 ml dung dịch eriocromxiamin R rồi sau 2 min cho 30 ml dung dịch đệm. Sau 10 min, thêm nước đến vạch, lắc kỹ.

CHÚ DẪN:

1. Bình điện phân.

2. Bình cân bằng đựng thủy ngân.

3. Dung dịch điện phân.

4. Điện cực platin.

...

...

...

6. Thủy ngân.

7. Ống cao su.

8. Ampe kế.

9. Vôn kế.

10. Công tắc.

11. Nguồn điện một chiều

12. Biến trở

Hình 1 - Sơ đồ thiết bị điện phân đơn giản với catôt thủy ngân

Sau 20 min, đo độ hấp thụ quang của dung dịch ở bước sóng 530 nm. Dùng dung dịch thử nghiệm làm dung dịch so sánh.

...

...

...

Với giá trị mật độ quang đo được và khối lượng nhôm tương ứng, dựng đồ thị chuẩn.

4.4. Tính kết quả

Hàm lượng nhôm (Al) tính bằng phần trăm (%) theo công thức:

Trong đó:

m₁ khối lượng nhôm xác định được theo đồ thị chuẩn, tính bằng gam;

m 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 3.

Bảng 3 - Sai lệch cho phép

...

...

...

Sai lệch cho phép, % (tuyệt đối)

Từ 0,002 đến 0,005

Trên 0,005 đến 0,01

Trên 0,01 đến 0,05

Trên 0,05 đến 0,10

Trên 0,10 đến 0,20

Trên 0,20 đến 0,50

Trên 0,50 đến 1,0

Trên 1,0 đến 2,5

...

...

...

Trên 5,0 đến 10,0

0,001

0,002

0,003

0,005

0,02

0,03

0,06

0,10

...

...

...

0,20

5. Phương pháp chuẩn độ phức

5.1. Bản chất phương pháp

Phương pháp dựa vào sự hòa tan mẫu trong axit, nung chảy cặn không tan, tách nhôm dưới dạng benzoat rồi tạo phức với EDTA, chuẩn độ lượng dư của EDTA bằng dung dịch muối kẽm, phân hủy phức bằng natri florua và chuẩn độ lượng EDTA giải phóng ra bằng dung dịch muối kẽm với chỉ thị xylenol da cam.

Loại ảnh hưởng của crom và sắt bằng axit thioglicolic, loại ảnh hưởng của titan bằng hidropeoxit.

5.2. Thiết bị, dụng cụ và thuốc thử

5.2.1. Thiết bị và dụng cụ

Dụng cụ thông thường sử dụng trong phòng thử nghiệm.

5.2.2. Thuốc thử

...

...

...

5.2.2.2. Axit nitric r = 1,40;

5.2.2.3. Axit sunfuric r = 1,84, dung dịch 1 + 1, 1 + 2 và 1 + 4;

5.2.2.4. Axit pecloric r = 1,67;

5.2.2.5. Axit axetic, dung dịch 96 %;

5.2.2.6. Axit flohidric, dung dịch 40 %;

5.2.2.7. Amoniac r = 0,91, dung dịch 1 + 1;

5.2.2.8. Amoni clorua;

5.2.2.9. Kali pirosunfat;

5.2.2.10. Hidro peoxit, dung dịch 1 %;

...

...

...

5.2.2.12. Natri florua, dung dịch bão hòa ở nhiệt độ phòng.

5.2.2.13. Natri hidroxit, dung dịch 30 %;

5.2.2.14. Amoni axetat;

5.2.2.15. Dung dịch đệm pH 6,0: hòa tan 250 g amoni axetat trong 500 ml nước. Thêm từng giọt axit axetic hoặc dung dịch amoniac đã đạt được pH = 6,0 (kiểm tra bằng máy đo pH);

5.2.2.16. Dung dịch rửa: cho 200 ml dung dịch amoni benzoat vào 500 ml nước rồi axit hóa bằng dung dịch axit axetic đến pH 4,0 đến 4,5 (kiểm tra bằng giấy chỉ thị vạn năng);

5.2.2.17. Hỗn hợp chỉ thị: trộn một phần xylenol da cam với 10 phần kali clorua rồi nghiền cả hai trong cối sứ.

5.2.2.18. Phenolphtalein, dung dịch 0,1 % trong etanol;

5.2.2.19. Xylenol da cam;

5.2.2.20. Kali clorua;

...

...

...

5.2.2.22. Natri etylen diamin tetra axetat (EDTA), dung dịch 0,0125 M: hòa tan 9,306 g EDTA đã được sấy 1 h ở nhiệt độ 80 ^oC trong một ít nước, chuyển vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước đến vạch, lắc;

5.2.2.23. Kẽm kim loại, chứa không ít hơn 99,99 % kẽm;

5.2.2.24. Dung dịch kẽm sunfat 0,025 M: hòa tan 1,6343 g kẽm kim loại bằng 20 ml dung dịch axit sunfuric 1 + 4 trong cốc dung tích 250 ml. Làm nguội, chuyển dung dịch vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước đến vạch và lắc.

5.3. Cách tiến hành

Tùy hàm lượng nhôm, lấy khối lượng mẫu và thể tích axit tương ứng để hòa tan mẫu theo Bảng 4.

Bảng 4

Hàm lượng nhôm,

%

Khối lượng mẫu,

...

...

...

Thể tích axit dùng để hòa tan mẫu, ml

Axit

Dung dịch axit sunfuric 1 + 1

Clohidric

Nitric

Trên 0,2 đến 2,5

Trên 2,5 đến 5,0

Trên 5,0 đến 10,0

1,0

...

...

...

0,25

30

20

20

10

5

5

30

30

...

...

...

Đối với thép khó tan và thép có hàm lượng crom cao, dùng 15 ml dung dịch axit pecloric thay cho dung dịch axit sunfuric.

Cho khối lượng mẫu với axit clohidric và nitric tương ứng vào cốc cao thành dung tích 250 ml. Đun nóng đến tan rồi cô dung dịch với axit sunfuric (hoặc pecloric) đến xuất hiện khói trắng (không được khô). Để nguội, cẩn thận thêm nước đến thể tích khoảng 70 ml. Cho 10 ml axit clohidric, đun sôi đến tan muối rồi lọc qua giấy lọc chảy vừa với một ít bột giấy lọc. Rửa kết tủa trên giấy lọc 3 lần đến 4 lần bằng dung dịch axit clohidric 1 + 100 nóng và hai lần bằng nước nóng. Cho dung dịch lọc cùng nước rửa vào cốc cao thành dung tích 600 ml (dung dịch A).

Trường hợp trong kết tủa có vonfram, rửa tiếp giấy lọc bằng dung dịch amoniac đến loại hết vonfram, sau đó rửa hai lần bằng nước nóng. Bỏ nước rửa.

Cho giấy lọc cùng kết tủa vào chén platin, sấy, đốt và nung ở nhiệt độ 700 0C đến 800 ^oC. Thấm ướt cặn bằng 5 giọt đến 6 giọt dung dịch axit sunfuric 1 + 2, thêm 5 ml dung dịch axit clohidric cô khô rồi nung ở 700 ^oC đến 800 ^oC. Nung cặn trong chén với 1 g kali pirosunfat. Lấy khối chảy ra bằng 30 ml dung dịch axit clohidric 1 + 5 rồi nhập với dung dịch A.

Cho amoniac vào dung dịch thu được đến xuất hiện vẩn đục rồi lại hòa tan bằng từng giọt axit clohidric 1 + 1. Sau đó vừa cho vừa lắc 2 g amoni clorua, 2 ml dung dịch axit axetic, 5 ml dung dịch axit thioglicolic để liên kết hết crom (cứ 1 % crom khi khối lượng mẫu 1 g, thêm 1 ml dung dịch axit thioglicolic). Lượng axit thioglicolic dư không ảnh hưởng.

Sau đó cho 20 ml dung dịch rửa. Điều chỉnh pH của dung dịch đến 4,0 đến 4,5 theo giấy chỉ thị vạn năng bằng dung dịch axit clohidric 1 + 1 hoặc dung dịch amoniac.

Đun dung dịch đến sôi và sôi nhẹ trong 5 min. Để yên dung dịch 10 min đến 15 min ở nhiệt độ 80 ^oC. Làm nguội, lọc qua giấy lọc chảy vừa. Rửa cốc và kết tủa trên giấy lọc 4 lần đến 5 lần bằng dung dịch rửa nóng. Bỏ dung dịch lọc. Dùng vòi tia chuyển kết tủa trên giấy lọc vào cốc đã dùng để kết tủa nhôm và hòa tan phần kết tủa trên giấy lọc bằng 15 ml dung dịch axit clohidric 1 + 100 nóng. Rửa giấy lọc 4 lần đến 5 lần bằng dung dịch axit clohidric 1 + 100 nóng. Đun nóng đến 40 ^oC đến 50 ^oC.

Trường hợp titan trong mẫu đến 1 %, thêm 1 ml dung dịch hidropeoxit (nếu trong mẫu không có titan, cho 1 ml dung dịch hidropeoxit không ảnh hưởng). Thêm 50 ml dung dịch EDTA (lượng này đủ và có dư trong mọi trường hợp hàm lượng nhôm với giới hạn trên) nếu hàm lượng nhôm thấp, có thể giảm lượng dung dịch EDTA tới mức tương ứng. Cho ít giọt dung dịch phenolphtalein rồi trung hòa bằng dung dịch amoniac đến xuất hiện màu hồng yếu. Sau đó cẩn thận thêm từng giọt dung dịch axit clohidric 1 + 1 đến mất màu hồng và dư 2 giọt đến 3 giọt. Dung dịch phải có pH 5,5 đến 6,0 (kiểm tra theo giấy chỉ thị vạn năng).

Cho vào dung dịch 20 ml dung dịch đệm, đun sôi và sôi 2 min. Nếu mẫu có titan, không được đun quá.

...

...

...

Nếu sau khi thêm hỗn hợp xylenol da cam, dung dịch có ánh tím đỏ thì thêm ít giọt dung dịch axit clohidric 1 + 1 đến dung dịch có màu vàng rõ, đồng thời điều chỉnh pH của dung dịch theo giấy chỉ thị vạn năng vào khoảng 5,5 đến 6,0.

Cho vào dung dịch đó 30 ml dung dịch natri florua và đun sôi 2 min. Nếu trước đó đã cho dung dịch hidropeoxit thì không được đun sôi lâu hơn. Dung dịch lại có màu vàng. Làm nguội dung dịch, nếu mẫu chứa titan thì thêm 5 giọt hidro peoxit, chuẩn độ bằng dung dịch kẽm sunfat đến khi màu của dung dịch chuyển từ vàng sang đỏ tím.

Nếu mẫu chứa trên 1 % titan hoặc chứa xeri, niobi, zirconi và tantan, cô dung dịch thu được sau khi hòa tan kết tủa benzoat (như phần trên) đến thể tích 40 ml rồi trung hòa bằng dung dịch natri hidroxit và cho dư 20 ml. Đun đến 30 ^oC, làm nguội, chuyển vào bình định mức dung tích 250 ml, thêm nước đến vạch và lắc kỹ.

Lọc dung dịch qua giấy lọc xếp khô vào cốc nhựa khô. Tráng bỏ phần dung dịch lọc đầu.

Lấy 200 ml dung dịch vào cốc dung tích 800 ml, thêm 40 ml dung dịch EDTA (lượng này đủ và dư trong mọi trường hợp hàm lượng nhôm với giới hạn trên, trường hợp nhôm ít, có thể giảm lượng dung dịch EDTA xuống mức tương ứng). Thêm ít giọt dung dịch phenolphtalein, trung hòa bằng dung dịch axit clohidric 1 + 1 đến mất màu rồi tiếp tục tiến hành như trên.

5.4. Tính kết quả

Hàm lượng nhôm (Al) tính bằng phần trăm (%) theo công thức:

Trong đó:

...

...

...

m khối lượng mẫu tương ứng với phần dung dịch mẫu đã lấy đem xác định, tính bằng gam;

0,0006742 khối lượng nhôm tương đương với 1 ml dung dịch kẽm sunfat 0,025 M.

Sai lệch giới hạn giữa các lần xác định song song không được lớn hơn giá trị giới hạn quy định trong Bảng 3.