ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ
И ЧУГУН НЕЛЕГИРОВАННЫЙ

Методы определения кремния

ГОСТ 22536.4-88

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ И ЧУГУН НЕЛЕГИРОВАННЫЙ

Методы определения кремния

Carbon steel and unalloyed cast iron.
Methods for determination of silicon

ГОСТ
22536.4-88

Срок действия с 01.01.90

до 01.07.95

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт устанавливает гравиметрический (при массовой доле кремния от 0,1 до 4,0 %) и фотометрический (при массовой доле кремния от 0,005 до 1,0 %) методы определения кремния.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Общие требования к методам анализа - по ГОСТ 22536.0-87.

1.2. Погрешность результата анализа (при доверительной вероятности Р = 0,95) не превышает предела Δ, приведенного в табл. 1 при выполнении условий:

расхождение между результатами двух (трех) параллельных измерений не должно превышать (при доверительной вероятности Р = 0,95) значения d2 (d3), приведенного в табл. 1;

воспроизведенное в стандартном образце значение массовой доли кремния не должно отличаться от аттестованного более чем на допускаемое (при доверительной вероятности Р = 0,85) значение δ, приведенное в табл. 1.

При невыполнении одного из вышеуказанных условий проводят повторные измерения массовой доли кремния. Если и при повторных измерениях требования к точности результатов не выполняются, результаты анализа признают неверными, измерения прекращают до выявления и устранения причин, вызвавших нарушение нормального хода анализа.

Расхождение двух средних результатов анализа, выполненных в различных условиях (например, при внутрилабораторном контроле воспроизводимости), не должно превышать (при доверительной вероятности Р = 0,95) значения dk, приведенного в табл. 1.

Таблица 1

Массовая доля кремния, %

Δ, %

Допускаемые расхождения, %

δ, %

dk

d2

d3

От 0,005 до 0,010 включ.

0,0022

0,0028

0,0023

0,0028

0,0014

Св. 0,010 » 0,020 »

0,003

0,004

0,003

0,004

0,002

» 0,020 » 0,050 »

0,005

0,006

0,005

0,006

0,003

» 0,050 » 0,10 »

0,008

0,010

0,008

0,010

0,005

» 0,10 » 0,2 »

0,014

0,018

0,014

0,018

0,009

» 0,2 » 0,5 »

0,022

0,028

0,022

0,028

0,014

» 0,5 » 1,0 »

0,03

0,04

0,03

0,04

0,02

» 1,0 » 2,0 »

0,05

0,06

0,05

0,06

0,03

» 2,0 » 4,0 »

0,07

0,08

0,07

0,08

0,04

2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ

2.1. Сущность метода

Метод основан на выделении кремния в виде полимеризованной кремниевой кислоты из кислого раствора, ее дегидратации и взвешивании полученного диоксида кремния.

2.2. Аппаратура и реактивы

Электропечь сопротивления лабораторная.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77 или по ГОСТ 14261-77 и разбавленная 1:1 и 1:50.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77 и разбавленная 1:1, 1:2 и 1:4.

Кислота азотная по ГОСТ 4461-77 или по ГОСТ 11125-84 и разбавленная 1:2.

Кислота хлорная, ч. д. а. или х. ч.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484-78.

Аммоний роданистый по ГОСТ 19522-74, раствор с массовой концентрацией 50 г/дм3.

Изделия технические из благородных металлов и сплавов по ГОСТ 6563-75.

2.3. Проведение анализа

2.3.1. Навеску стали или чугуна в зависимости от массовой доли кремния (см. табл. 2) помещают в стакан вместимостью 250-300 см3 и проводят растворение навески и выделение кремниевой кислоты по одному из описанных ниже методов.

Таблица 2

Массовая доля кремния, %

Навеска стали или чугуна, г

От 0,1 до 0,5 включ.

2,0

Св. 0,5 » 2,0 »

1,0

» 2,0 » 4,0 »

0,5

2.3.2. Сернокислотный метод

В стакан с навеской приливают 15-25 см3 серной кислоты (1:4), и нагревают до полного растворения пробы. Добавляют азотную кислоту до прекращения вспенивания раствора и 20 см3 серной кислоты (1:1). Содержимое стакана выпаривают до появления белых паров серной кислоты, которым дают выделиться 5-8 мин. Затем стакан снимают с плиты, охлаждают и осторожно по стенкам стакана приливают 10 см3 соляной кислоты, слегка перемешивая содержимое. Через 4-5 мин приливают 50-70 см3 горячей воды, накрывают стакан часовым стеклом и нагревают при перемешивании до растворения солей. Осадок сразу же отфильтровывают на фильтр «белая лента» с добавлением небольшого количества фильтробумажной массы и промывают горячей соляной кислотой (1:50) до отрицательной реакции промывных вод на железо (проба с раствором роданистого аммония), а затем 3-5 раз горячей водой. Фильтр с осадком сохраняют.

Фильтрат вместе с промывными водами переносят в стакан, в котором проводилось растворение, и дополнительно выделяют кремниевую кислоту, проводя операции выпаривания раствора и фильтрования осадка как приведено выше.

Фильтры с основными и дополнительно выделенными осадками помещают в платиновый тигель, высушивают, озоляют и прокаливают при температуре 1000-1100 °С до постоянной массы.

Тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Затем осадок смачивают 3-5 каплями воды, приливая ее по стенкам тигля, прибавляют 3-5 капель серной кислоты (1:2) и 3-5 см3 фтористоводородной кислоты. Содержимое тигля осторожно, не давая кипеть, выпаривают до прекращения выделения белых паров серной кислоты. Затем тигель прокаливают при температуре 1000-1100 °С до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Одновременно с выполнением анализа проводят контрольный опыт на загрязнение реактивов.

2.3.3. Серносолянокислотный метод

В стакан с навеской приливают 30-50 см3 соляной кислоты (1:1) и нагревают до растворения пробы, затем добавляют по каплям небольшое количество азотной кислоты до прекращения вспенивания раствора и выпаривают раствор досуха.

Охлажденный сухой остаток смачивают 20 см3 серной кислоты (1:1) и нагревают до появления белых паров серной кислоты, которым дают выделяться в течение 3-5 мин. Стакан снимают с плиты, охлаждают, осторожно приливают по стенкам стакана 15 см3 соляной кислоты, слегка перемешивая содержимое стакана. Спустя 1-2 мин приливают 120-130 см3 горячей воды и нагревают до растворения солей. Далее проводят анализ как приведено в п. 2.3.2.

2.3.4. Хлорнокислотный метод

В стакан с навеской приливают 15-20 см3 азотной кислоты (1:2), накрывают стакан стеклом и нагревают до растворения пробы. Если навеска растворяется плохо, следует прибавить 10-15 см3 соляной кислоты. После растворения навески прибавляют 20-40 см3 хлорной кислоты, снова накрывают стакан стеклом и выпаривают до появления белых паров хлорной кислоты, которым дают выделяться в течение 15-20 мин. Затем стакан охлаждают, осторожно приливают 15-20 см3 соляной кислоты, 50-70 см3 горячей воды, слегка перемешивая содержимое стакана, и нагревают до растворения солей при 60-70 °С (не более 4-6 мин). Далее проводят анализ как указано в п. 2.3.2.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Массовую долю кремния (X) в процентах вычисляют по формуле

где m1 - масса тигля с осадком диоксида кремния, г;

m2 - масса тигля с остатком после обработки фтористоводородной кислотой, г;

m3 - масса тигля с осадком, полученным в контрольном опыте, г;

m4 - масса тигля с остатком, полученным в контрольном опыте после обработки фтористоводородной кислотой, г;

m - масса навески пробы, г;

0,4674 - коэффициент пересчета диоксида кремния на кремний.

2.4.2. Нормы точности и нормативы контроля точности определения массовой доли кремния приведены в табл. 1.

3. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ

(при массовой доле кремния от 0,01 до 0,05 %)

3.1. Сущность метода

Метод основан на образовании кремнемолибденового комплекса в слабокислой среде, восстановлении его аскорбиновой кислотой или тиомочевиной в присутствии сернокислой меди до кремнемолибденовой сини и измерении оптической плотности окрашенного раствора при длине волны 810 нм.

3.2. Аппаратура и реактивы

Фотоэлектроколориметр или спектрофотометр.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77, разбавленная 1:3, 1:8.

Натрий углекислый ГОСТ 83-79.

Кислота щавелевая по ГОСТ 22180-76, раствор с массовой концентрацией 80 г/дм3.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77 и разбавленная 1:3.

Аммоний молибденовокислый по ГОСТ 3765-78, перекристаллизованный из спирта, раствор с массовой концентрацией 50 г/дм3.

Перекристаллизация молибденовокислого аммония: 250 г молибденовокислого аммония растворяют в 400 см3 воды при 70-80 °С. Горячий раствор фильтруют через фильтр «синяя лента» в стакан, содержащий 300 см3 этилового спирта. Раствор охлаждают и выдерживают в проточной воде в течение 1 ч. Выпавшие кристаллы отфильтровывают на воронку Бюхнера с фильтром «белая лента». Кристаллы промывают 2-3 раза этиловым спиртом порциями по 20-30 см3 и высушивают на воздухе.

Спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 5962-67 или ГОСТ 18300-87.

Железо карбонильное радиотехническое по ГОСТ 13610-79.

Кислота аскорбиновая, раствор с массовой концентрацией 50 г/дм3, свежеприготовленный.

Тиомочевина по ГОСТ 6344-73, раствор с массовой концентрацией 100 г/дм3.

Медь сернокислая (II) пятиводная по ГОСТ 4165-78, раствор с массовой концентрацией 4 г/дм3 в серной кислоте, разбавленной 1:3.

Натрия гидроксид по ГОСТ 4328-77, раствор с массовой концентрацией 100 г/дм3.

Желатин по ГОСТ 11293-78, раствор с массовой концентрацией 5-10 г/дм3.

Диоксид кремния по ГОСТ 9428-73, прокаленный при 1000-1100 °С.

Остальная аппаратура и реактивы по п. 2.2.

Стандартные растворы кремния

Раствор А: навеску диоксида кремния массой 0,2140 г сплавляют в платиновом тигле с 2 г безводного углекислого натрия. Плав выщелачивают в горячей воде, добавляют 40 см3 раствора гидроксида натрия с массовой концентрацией 100 г/дм3, переводят раствор в мерную колбу вместимостью 1 дм3, доливают до метки водой и перемешивают.

1 см3 раствора содержит 0,0001 г кремния.

Раствор Б: 50 см3 раствора А помещают в мерную колбу вместимостью 250 см3, доливают до метки водой и перемешивают.

1 см3 раствора Б содержит 0,000020 г кремния.

Растворы хранят в полиэтиленовой посуде.

Установление массовой концентрации стандартного раствора кремния А: 50 см3 стандартного раствора помещают в стакан вместимостью 200 см3, приливают 30 см3 соляной кислоты, выпаривают до влажных солей, добавляют 10 см3 соляной кислоты и вновь выпаривают до влажных солей. Стакан с осадком охлаждают до 50 °С, добавляют 10 см3 соляной кислоты и 1-2 см3 раствора желатина. Через 1 мин добавляют еще 2 см3 желатина, перемешивают и дают отстояться 10 мин. Затем добавляют 50 см3 горячей воды, перемешивают, через 10 мин добавляют еще столько же горячей воды и снова перемешивают, после чего фильтруют через фильтр «белая лента» с фильтробумажной массой, промывают 8-10 раз соляной кислотой (1:50), и 4-5 раз горячей водой.

Фильтр с осадком помещают в платиновый тигель и затем поступают, как указано в п. 2.3.2, включая обработку полученного осадка диоксида кремния фтористоводородной кислотой.

Массовую концентрацию стандартного раствора кремния (7), выраженную в г/см3, рассчитывают по формуле

где V - объем стандартного раствора кремния, взятый для анализа, см3;

m1 - масса тигля с осадком диоксида кремния, г;

m2 - масса тигля с остатком после обработки фтористоводородной кислотой, г;

m3 - масса тигля с осадком, полученным в контрольном опыте, г;

m4 - масса тигля с остатком, полученным в контрольном опыте, после обработки фтористоводородной кислотой, г;

m - масса навески пробы, г;

0,4674 - коэффициент пересчета диоксида кремния на кремний

3.3. Проведение анализа

3.3.1. Навеску стали или чугуна в зависимости от массовой доли кремния (см. табл. 3) помещают в коническую колбу вместимостью 100 см3, приливают 10-15 см3 серной кислоты (1:8), и нагревают на водяной бане, не допуская кипения раствора.

Таблица 3

Массовая доля кремния, %

Навеска стали или чугуна, г

Аликвотная часть

От 0,01 до 0,05 включ.

0,5

10

Св. 0,05 » 0,10 »

0,3

10

» 0,10 » 0,5 »

0,2

5

» 0,5 » 1,0 »

0,1

5