冶金分析课件教材

1、第1页/共184页冶金分析冶金分析第2页/共184页1. 冶金分析概述1. 定义定义：冶金分析是一门专业性很强分析化学。 它是研究冶金生产过程中各种物料的组成及 其含量的测定方法和有关理论的一门学科。2. 作用作用：在冶金分析中，对原料的选择、冶炼 工艺流程的控制，冶金产品的检验，新产品 的试制及应用，都必须以分析结果为重要依 据。第3页/共184页1. 冶金分析概述3.3.发展状况及意义：发展状况及意义： 用氧顶吹转炼钢代替平炉炼钢，缩短时间 由十几小时到几十分钟，提出炉前炉前分析。 现代冶金分析不仅要作组分分析，而且要作 状态、价态、结构微粒微区薄层纵深分析。 现代分析技术图书馆中冶金样中

2、有很多现代分析的书籍，作为我们只能是了解，将来工作需要的话再深造第4页/共184页1. 冶金分析概述4 4 冶金分析过程的特点冶金分析过程的特点1.1.试样来源复杂。试样来源复杂。 3. 选择的方法要求快速、简便、易重复选择的方法要求快速、简便、易重复 2. 同一元素分析方法多，杂质影响大。同一元素分析方法多，杂质影响大。例例Si 光度光度 容量容量 重量重量 4. 取样方法多，正确。取样方法多，正确。第5页/共184页1. 冶金分析概述5 5、冶金分析方法分类冶金分析方法分类按作用分按作用分 标准方法标准方法 非标准方法非标准方法1 1). ). 标准方法：标准方法：由国际某个组织或国家的某

3、个特定机构统一规定的分析方法。可分为：第6页/共184页 标类法：标类法：原料分析和成品的质量分析，由所得结果来作为工艺计算、财务计算，评定产品质量的依据，要求准确度高。 快速法：快速法：一定准确度下要求快速，用于控制生产过程炉前分析，是冶炼过程中不可少的。 仲裁法或校核法仲裁法或校核法 仲裁：仲裁： 以解决争议为目的的分析方法 校核：校核：厂内复核某项分析结果而进行的分析 方法1. 冶金分析概述第7页/共184页1. 冶金分析概述 (1) 这些方法往往是原标类法中增添一些补充而使精确度提高，这些方法往往是原标类法中增添一些补充而使精确度提高，要求技术更高的分析人员进行。要求技术更高的分析人员

4、进行。 (2) 分析方法标准须满足以下要求：分析方法标准须满足以下要求： 在政府标准化管理机构领导和组织下进行，按规定的程序编制。 按规定格式编写。 方法的成熟性得到公认，方法的准确度和精密度可通过协作试 验确定。第8页/共184页1. 冶金分析概述 (3)一些标准代号：一些标准代号： ISO国际质量认定标准 中国国家标准方法代号GB 例：GB223.69-89钢铁及合金中燃烧气体容量法测碳 ASTM美国标准检验协会 JIS日本工业标准 中国部颁标准 YB 冶金部、HB 化工部. 地方标准第9页/共184页1. 冶金分析概述 2).2).非非标准方法标准方法 企业标准企业标准 文献方法文献方法

5、 冶金分析方法很多，且准确度也不相同。因此，测定一个试样的某个组分时，采用不同的方法，测得结果有出入。故，一般都用国家标准方法。唐山钢铁公司对GB进行内部简化，但不影响结果的准确度第10页/共184页2. 标准试样、基准试样 一、标标准试样试样（标样标样）：已经准确知道其化学组成的天然样品或工业产品（矿石、金属、合金、炉渣等）或人工配制的人造试样。 要求: 组成均匀； 稳定不变； 主要化学成分准确地确定辅助元素的含量，只是参 考，不能作为标准。 二、基准试样试样：纯度极高的单质或化合物，一般至少相当于保 证试剂（GR：光谱纯；SP或EP：放射纯）第11页/共184页2. 标准试样、基准试样 四

6、、两样作用四、两样作用 1）检验分析结果是否正确，校正误差 2）在各种仪器分析中用的制作工作曲线 3）用于标定各种标液浓度（基准试样可直接配标液） 4）仪器的校准 5）检查和改进分析方法 三、三、两种试样两种试样的的区别区别： 基准是由一般化学试剂提纯而得。 标准是由国家内有关研究机关或工厂实验室组织生产，它的准确含量由最可靠方法、由有经验的分析人员测定而得。第12页/共184页2. 标准试样、基准试样 六、我国现有的标准物质（六、我国现有的标准物质（P131-138P131-138） GBWGBW表示什么表示什么 五、存储与选用五、存储与选用 存储：存储：于干燥器中密封，防氧化、玷污、受潮失

7、效。怕光 的可于棕色干燥器中。 选用：选用：与待测试样组分尽量一致，并成分含量接近。第13页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差一、表示方法 1. 分析结结果的表示方法常以被测测元素在试样试样中的存在状状 态态而定。（在后续课续课程中会显会显示出来来） 例如：铁的表示 合金中的铁用Fe%表示 矿石中的铁一般用Fe2O3%表示 若为了知道铁矿石中的铁含量来制定冶金工业生产。 用全部的（各种存在状态的铁）含量， TFe%：试试样样中含铁铁元素的质质量分数数.第14页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差 硅酸盐和炉渣样品：硅酸盐和炉渣样品：因为它们是硅酸盐，是SiO2和金属氧化物的复

8、合物。 Si以SiO2% Ca以CaO% Al以Al2O3% Mg以MgO% Fe以Fe2O3 Mn以MnO% 用氧化物表示分析结果在一定程度上，反映了客观实在，便于检用氧化物表示分析结果在一定程度上，反映了客观实在，便于检查分析结果的可靠性。所以，所有组分氧化物百分率的总和应为查分析结果的可靠性。所以，所有组分氧化物百分率的总和应为1 100%00%左右。左右。第15页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差2、根据试样的聚集状态、根据试样的聚集状态 气体：体积百分比； 液体：g成分重量/L液 固体：重量百分比； 微量痕量组分时，用ppm、ppb表示的也有第16页/共184页3. 分析结

9、果的表示方法、允许差 3 3、分析结果的规范表达、分析结果的规范表达 质检所的正规报表第17页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差二、准确度与允许差二、准确度与允许差 1. 分析结果所表达的意思：分析结果所表达的意思： 表示组分含量大小 表示准确程度（98.2% 不准；98.20% 准确） 2. 允许差允许差 化学成分允许差化学成分允许差 成品化学成分允许差成品化学成分允许差 化学成分允许差：化学成分允许差：规定用同一方法分析同一元素时，允许的平行 测定结果的偏差。第18页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差元素元素分析方法分析方法含量含量TkTk（偏差）（偏差）NiNi重量法

10、重量法0.20.20.80.0570.0570.80.81.50.0930.093光度法光度法0.0100.0100.0250.00250.1010.1010.2500.010第19页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差 允许差的特点：允许差的特点： 同一分析方法，同一试样中某元素其含量范 围不同,规定的允许差不同。 方法不同，允许差不同。 范围，允许差Tk。 标样Tk小于实际样品Tk。第20页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差钢钢 成品化学成分允许差：成品化学成分允许差： 规定允许的铁水（钢水）的分析结果与成品（固体）取样分析结果差。 例：GB/T222-2006 钢的成品

11、化学成分允许差第21页/共184页3. 分析结果的表示方法、允许差 本讲思考题：本讲思考题： 1.如何用置信度、置信区间表示测量范围？ 2.允许差有几种表示方法，各代表什么意义？ 3.化学方法允许差的特点是什么？ 4.何为标样？在冶金分析中的作用？ 5.如何选用保管基准试样？第22页/共184页第二章第二章 矿石的分析矿石的分析1、掌握矿矿石试样试样的采取和制备备； 铁矿石分析方法； 酸溶铁（SFe）； 全铁测定（TFe）； 亚铁（FeO）测定。2、了解铁矿铁矿石一般分析项项目：SiO2、全铁 TFe、S、P。 从冶炼出发还要测酸溶性铁（SFe）、氧化亚铁（FeO） CaO、MgO、MnO2、

12、烧碱。3、 难难点：亚铁分析方法第23页/共184页 一、矿物一、矿物 地壳中具有一定化学成分和一定物理化学性质的天地壳中具有一定化学成分和一定物理化学性质的天然产物矿物然产物矿物 金属矿属矿物指用以提炼各种金属元素的分类类 非金属矿属矿物为耐火材料、冶金材料（熔剂）陶瓷材料 2.1 概述第24页/共184页2.1 概述二、二、 矿石矿石 矿物在自然界中或以单质、以化合物、以多种化合物的组合形式存在的，含有一种或数种有用矿物，其富集程度达到了现代工业中具有经济价值的品位（工业品位）的自然集合体称为矿称为矿石。石。 1. 种类：种类： 含有一种被研究的金属：如常见的赤铁矿 同时含有多种矿物。如铅

13、锌矿 第25页/共184页 2. 脉石：脉石： 含有有用矿物的岩石，在组成上可能很不一致，以石英和硅酸盐为最多。 常见的：碳酸盐、黄铁矿、某些金属（如铁、锰）的氧化物 和氢氧化物 矿石是冶炼的基础原料。分析是保证产品的质量、控制冶炼过程和研究新矿石是冶炼的基础原料。分析是保证产品的质量、控制冶炼过程和研究新工艺必不可少的手段。工艺必不可少的手段。2.1 概述第26页/共184页2.2 矿石试样的采取和制备一、取样方法一、取样方法 1. 1. 在呈块状堆积的矿石中，应在具代表性的分布点上取样，在呈块状堆积的矿石中，应在具代表性的分布点上取样，取样点的数目和每点上取样量的多少，按实际情况确定。取样

14、点的数目和每点上取样量的多少，按实际情况确定。 选横、竖线交点作为取样点，用锹或铲从深0.50.7m处各取一份试样。表层风化、氧化表层风化、氧化 大块堆底细砂，中心聚集大块堆底细砂，中心聚集 不均因素不均因素 大堆不能扒开取样大堆不能扒开取样第27页/共184页2.2 矿石试样的采取和制备矿石试样的采取和制备2. 2. 车厢取样车厢取样 没有运输不分层时，在表面取样没有运输不分层时，在表面取样 有运输已分层时，则按不同深度取样有运输已分层时，则按不同深度取样在若干个车厢一份份取样时，则可以在第一节车厢取A点，第二车厢取B点.第28页/共184页2.2 矿石试样的采取和制矿石试样的采取和制备备3

15、. 3. 在选矿或烧结料运输皮带上取样。在选矿或烧结料运输皮带上取样。 只要每隔一定时间间隔取样一次。取样点处用铲将皮带上全宽度范围内物料全部扒下。 取样器：取样器：锹、铲、挖料钻 直径1250nm薄铁圆筒状取样管第29页/共184页2.2 矿石试样的采取和制矿石试样的采取和制备备二（取样量）制样二（取样量）制样( (见见P2中中1.1.11.1.2部分部分) ) 送到分析室的原始样是几十公斤、几公斤不等，代表矿体送到分析室的原始样是几十公斤、几公斤不等，代表矿体的某一块数或矿层的化学组成。的某一块数或矿层的化学组成。 分析用样只需几克、几十克，最多也不过百克，因此对原分析用样只需几克、几十克

16、，最多也不过百克，因此对原始试样进行加工。始试样进行加工。 矿物原料试样的制备，要经过破碎、混匀、缩分、过筛、矿物原料试样的制备，要经过破碎、混匀、缩分、过筛、吸铁等工序，即由原始试样缩减到分样用量为止。吸铁等工序，即由原始试样缩减到分样用量为止。第30页/共184页 kgQ k值值0.10.5矿石特性系数矿石特性系数 mmd1. 1. 最低重量：最低重量：用切乔特公式用切乔特公式2.2 矿石试样的采取和制矿石试样的采取和制备备2kdQ 第31页/共184页各类矿石各类矿石K值值矿种矿种k值值铁铁 锰锰0.10.2Cu Mo W0.10.5Ni(硫化物) Co0.20.5Cr不大于0.250.

17、3Pb Zn Sn 0.2铝铝土矿矿(非均一的,如黄铁矿黄铁矿化铝铝土矿矿,钙质铝钙质铝土角砾砾岩)0.30.5锑锑 汞不小于0.10.2菱镁矿镁矿 石灰石 白云石0.050.1脉金(颗颗粒基本上小于0.1mm)0.2脉金(颗颗粒基本上近于0.1mm)0.4脉金脉金(颗粒基本上大于颗粒基本上大于0.6mm)0.81.0铌铌 钽钽 锆锆 铪铪 Be Li Ru Os 稀土元素稀土元素 0.10.5磷矿石磷矿石(分布均匀者分布均匀者) 萤石萤石 黄铁矿黄铁矿0.2高岭土高岭土 粘土粘土 石英岩石英岩0.10.2明矾明矾 石膏石膏 硼矿硼矿0.20.2第32页/共184页2.2 矿石试样的采取和制矿

18、石试样的采取和制备备 例如例如:有一矿样已全部通过有一矿样已全部通过20号筛号筛(d=0.84mm),矿种的矿种的K=0.2,则需要缩分出的样品的最低重量为：则需要缩分出的样品的最低重量为：Q=0.20.842=0.141kg 说明说明:该矿种通过该矿种通过20号筛缩分出连续加工的样品重量不能少于号筛缩分出连续加工的样品重量不能少于141g,否则失去代表性否则失去代表性. 缩分次数缩分次数: 当样品原始重量比它最低可靠重量大当样品原始重量比它最低可靠重量大N倍倍,则缩分次则缩分次数数:N=2m, m:缩分次数缩分次数. 第33页/共184页2.2 矿石试样的采取和制矿石试样的采取和制备备 例如

19、例如: 原重原重2kg 全部通全部通过过20号筛号筛最低可靠重量最低可靠重量141g，N=2000/141=14倍倍，2314141g，就是最就是最低可靠低可靠质质量量，有足有足够够的代表性的代表性。 实际工作中实际工作中,如没有提出特殊要求如没有提出特殊要求，k=0.2。全部按要求的筛全部按要求的筛号碎后号碎后，缩分至最低可靠重量以上缩分至最低可靠重量以上，再全部细碎至所需粒度再全部细碎至所需粒度。第34页/共184页2.2 矿石试样的采取和制矿石试样的采取和制备备2. 2. 样品加工程序样品加工程序: 三个阶段三个阶段:粗碎、中碎、细碎 每个阶段又包括四个程序：每个阶段又包括四个程序：破碎

20、 过筛 混匀 缩分3. 3. 样品过筛样品过筛，过程中一定要使样品全部通过过程中一定要使样品全部通过，绝不能任意绝不能任意弃去筛上样品弃去筛上样品.第35页/共184页2.2 矿石试样的采取和制矿石试样的采取和制备备4. 样品混匀样品混匀,代表性代表性 掀角法掀角法(量小的量小的) 分样品法分样品法(量大的量大的) 环锥法环锥法5. 样品缩分样品缩分 四分四分 分样器分样器6. 样品烘干样品烘干 大宗样品自然干(风干法) 少量样品电烘箱 105110 有些样品不可烘干: 物相分析,测定Fe2+样品 有些样品低温烘干: 黄铁矿中硫化矿 6080 有些样品较高温烘干: 铝土矿 锰矿 130第36页

21、/共184页2.3 矿石分析矿石分析 一一、铁矿石分析铁矿石分析 1. 铁矿定义与种类铁矿定义与种类矿石主要成分含铁量% 铁的品位要求磁铁矿FeOFe2O3(Fe3O4)72.45660赤铁矿Fe2O370.05458菱铁矿Fe2CO348.23035褐铁矿Fe2O3nH2O4862.94550第37页/共184页2.3 矿石分析矿石分析矿石中 TFe/ FeO2.7 磁铁矿； TFe/ FeO2.7 赤铁矿 TFe与SFe之差 硅酸铁 这部分铁在冶炼中不能还原为金属铁. 当硅酸铁中的铁大于24%,要相应提高全铁品位要求.不够品位要求的进行选矿处理不够品位要求的进行选矿处理.第38页/共184

22、页2.3 矿矿石分析 2. 2. 组成组成 脉石脉石: CaO、MgO、Al2O3、SiO2等等铁矿石铁矿石 伴生元素伴生元素: S、P、Pb、Zn、Cu、Mn、Cr、V、Ti Fe的氧化物盐的氧化物盐: FeOFe2O3、Fe2SiO3、Fe2CO3、 Fe2(SiO3)3、 Fe2(CO3)3、第39页/共184页2.3 矿矿石分析 3. 分析项目分析项目 铁矿石中的铁大都以高价铁(Fe2O3)状态和亚铁(FeO)状态存在，少量以硅酸盐形式存在，几乎无金属铁，还含有少量有害组分: SiO2、S、P、As等，它们冶炼过程中还原为单质渗入生铁中，严重影响金属质量。 铁矿石一般分析项目铁矿石一般

23、分析项目：SiO2、全铁TFe、S、P。从冶炼出发还要测酸溶性铁(SFe) 、氧化亚铁(FeO) 、CaO、MgO、MnO2、烧减等.第40页/共184页SiO2 GB1364-78 S GB1368-78 Al2O3 GB1365-78 CaO GB 1366-78 P GB1369-78 Mn 1370-78 MgO GB1367-78 Fe和和H2O分分 1363-78 GB/T6730.1-1986 GB/T6730.22-1986代替代替 . . . . . .2.3 矿矿石分析 参考国标参考国标 第41页/共184页2.3 矿矿石分析 4. 分析方法分析方法(书书P9) 铁矿石的分

24、解铁矿石的分解: 1) HCl(浓)分解，残渣为白色或浅灰色. 2) 若黑色或其它色，用HF或NH4F处理. 3) 磁铁矿分解慢，用SnCl2或H2SO4H3PO4（21）混酸 4) 铁矿石系统分析.熔剂KOH/Na2O2/Na2CO3/半熔法 （半熔法参考分析化学熔剂部分） 5) 铬铁矿:Na2O2 6) 钛铁矿:焦硫酸钾第42页/共184页2.3 矿矿石分析 铁矿石的合适溶剂P11 引出SFe、TFe以及TFe溶（熔）解的两种方法第43页/共184页（1）酸溶铁）酸溶铁(SFe) a. 重铬酸钾容量法重铬酸钾容量法 2.3 矿矿石分析 第44页/共184页2.3 矿矿石分析 2622224

25、SnClHgClClHgSn这里是汞盐测铁法（国家仲裁方法）这里是汞盐测铁法（国家仲裁方法）反应方程：2Fe3+Sn2+6Cl-2Fe2+SnCl62- Sn2+2HgCl2+4Cl-2Hg2Cl2+SnCl62- 主反应： 6Fe2+Cr2O72-+14H+6Fe3+2Cr3+7H2O Hg被Cr2O72-氧化，并能将反应生成Fe3+ Fe2+。 还原时，较浓的酸度、较小的体积、较热的试液容易掌握还原终点。SnCl2将Fe3+黄色退去，在过量12D为宜。否则太过量的Sn2+发生：第45页/共184页 H2SO4-H3PO4的作用：的作用： a. 调节酸度 b. 降低Fe3+/Fe2+，使指示

26、剂进入突跃之内。 C. Fe3+ +PO43-生成无色配离子Fe(HPO4)+，掩蔽Fe3+的黄色 干扰终点的观察 理论分析反应的可行性。理论分析反应的可行性。 ， 2.3 矿矿石分析 23/ FeFe23/ FeFe23/ FeFe第46页/共184页2.3 矿矿石分析 终点判断：终点判断： 终点色由Cr3+绿、Fe3+黄、指示剂紫红三者比例大小决定终点颜色，但只要绿色得到一定程度突然转色，就是终点，这里一定观察到中间色。第47页/共184页b. SnCl2与与TiCl3联合还原法。联合还原法。P11 SnCl2加到试液颜色由小米黄之后，钨酸钠为指示剂，用TiCl3无汞盐测铁法：无汞盐测铁法

27、：滴定至黄变兰（钨兰），再过量一D停止，用Cu2作催化剂，把过量的Ti3+再处理，不用Cu2也可以，时间变长。值得提的是，兰色的存在保证不受空气中O2干扰。c. EDTA容量法容量法.磺基水杨酸指示剂测定磺基水杨酸指示剂测定2.3 矿矿石分析 第48页/共184页2.3 矿矿石分析 (2) 全铁测定全铁测定TFe 在溶样时，HCl不能把铁矿石中的Fe2(SiO3)3溶解。因此，在酸溶时，加入适量碱金属氟化物，则测得值中包括了硅酸铁， 即 TFe。氟化物用量氟化物用量:1g过多过多: Fe2+氧化 并防碍Fe3+的还原 侵蚀玻璃烧杯析出的硅酸，吸附铁离子. 用酸不能完全溶解的铁矿样必须改用碱熔分

28、解用酸不能完全溶解的铁矿样必须改用碱熔分解.第49页/共184页（3） 亚铁测定亚铁测定 P12 有时由于高炉冶炼的需要或者确定可否进行磁选时，需要了解 矿石或烧结矿中亚铁的量。需测定亚铁很不容易，因为O2/H2O=1.23V，Fe=0.68V，在溶解试样时如果不采取措施， 就可能发生Fe2+ Fe3+反应。因此，溶样时：, ,溶样在隔绝空气的简易装置中进行溶样在隔绝空气的简易装置中进行 对于单纯的铁矿中亚铁的测定对于单纯的铁矿中亚铁的测定，HCl-NaF分解试样或 H2SO4-HF（Pt坩埚中） HCl-NaF溶样时，溶样时，FeO、FeSiO3都被溶解，直接Cr2O72-滴定。2.3 矿矿

29、石分析 第50页/共184页2.3 矿矿石分析 操作操作: . 排空气排空气:加加HCl之前加入适量之前加入适量NaHCO3或洁净的方解石。或洁净的方解石。 II加入加入HCl后立即产生后立即产生CO2排出空气排出空气。 III立即塞以带导管的胶塞立即塞以带导管的胶塞，试样分解完毕试样分解完毕。 IV 开启塞子并迅速加入开启塞子并迅速加入NaHCO3饱和溶液或几粒方解石饱和溶液或几粒方解石,重重新盖上塞子新盖上塞子，流水冷却流水冷却。 V 加加H2SO4-H3PO4混酸和指示剂，立即滴定混酸和指示剂，立即滴定Cr2O72-至终点至终点.第51页/共184页2.3 矿矿石分析 对于含高价锰对于含

30、高价锰 含高价锰和酸溶性硫化物含高价锰和酸溶性硫化物.不学不学 高价铈和铬的高价铈和铬的作业：作业： 1. 写出无汞盐测铁的原理和步骤? 2. 铁矿石中铁有几种表示方法?比较溶解时各有什么不同? 3. 常见的铁矿石中主要的杂质有哪些?测铁时如何消除干扰? 4. TFe测定中，加入NaF用量？为什么？第52页/共184页2.3 矿矿石分析 4. 金属铁测定金属铁测定 (后叙后叙3.3)5. 铁矿石中其它项目分析铁矿石中其它项目分析. 关于关于MnO在锰矿分析中介绍在锰矿分析中介绍. 关于关于SiO2、S、P、TiO2、Al2O3、CaO、MgO 测定可：测定可： 单独称样，只作其中单项分析。 不

31、制成母液，然后按硅酸盐系统分析方法测定各项。 母液制备: 熔剂: KOH+少量的Na2O2或NaCO3+硼酸(2+1) 坩锅:银 水浸取，硝酸酸化，定容250ml，分取各测。第53页/共184页2.3 矿矿石分析 SiO2测定测定: 高氯酸脱水重量法 动物胶凝聚重量法硅酸盐分析中讲硅酸盐分析中讲 氟硅酸钾容量法 硅钼蓝光度快速法 钢铁分析中讲（系统分析中）钢铁分析中讲（系统分析中）第54页/共184页2.3 矿矿石分析 P测定测定 磷易氧化，所以矿石中没有游离状态的磷，铁矿中的磷几乎都以磷酸盐形态存在。 方法方法 重量法重量法:焦磷酸镁法焦磷酸镁法，磷钼酸铵法磷钼酸铵法，很少用很少用。 容量法

32、容量法:钼酸铵容量法钼酸铵容量法，柠檬酸钼酸铵容量法。柠檬酸钼酸铵容量法。 光度法光度法:磷钼蓝法磷钼蓝法，磷钼兰法磷钼兰法。 脱脱Si是难点、重点是难点、重点 HCl、HNO3-HClO4是冒烟，脱是冒烟，脱Si第55页/共184页2.3 矿矿石分析 S的测定的测定 铁矿石中，硫多以硫化物(FeS2)或硫酸盐(CaSO42H2O)等形式存在。在铁矿中S含量在百分之几至千分之几，少数达百分之几。方法方法 1. 碱熔或酸溶，使S转化为可溶性的硫酸盐，测SO42-有： BaSO4重量法、EDTA容量法、硫酸联苯胺容量法2. 矿样在管式炉中通过O2或空气燃烧SSO2 吸收后测定方法有： 碘量法碘量法

33、 中和法中和法 常用方法在钢铁分析中讲解. 光度法光度法第56页/共184页2.3 矿矿石分析 CaO、MgO、Al2O3、TiO2测定测定吸取滤下液(母液)，合适酸度测定，见硅酸盐分析方法。第57页/共184页2.3 矿矿石分析 二二、 锰矿石分析锰矿石分析 锰在自然界中分布很广锰在自然界中分布很广，几乎所有矿石及硅酸盐的岩石几乎所有矿石及硅酸盐的岩石中都含有锰。最常见的锰矿是无水或含水的氧化锰或碳酸锰中都含有锰。最常见的锰矿是无水或含水的氧化锰或碳酸锰。第58页/共184页2.3 矿矿石分析 1. 种类、重要成分及种类、重要成分及Mn%种类种类 重要成分Mn%杂质成分有杂质成分有软锰矿软锰

34、矿MnO262%SiO2、S、P、As、Fe、Al、Cu、Mg前四种为种为有害元素硬锰矿硬锰矿MnO2MnOnH2O54%黑锰矿黑锰矿Mn3O472%菱锰矿菱锰矿MnCO390锐铁矿锐铁矿TiO70第63页/共184页2.3 矿矿石分析 测定方法测定方法 光度法：无机光度法：无机H2O2显色剂显色剂Ti(H2O2)红红色物色物质质。Ti3+ Ti4+两种变价这一化学性质。两种变价这一化学性质。有机（含羟基），有机（含羟基），Ti与氧的键合能力强。与氧的键合能力强。容量法：容量法：操作过程：见下页（结合P164页讲解）K2S2O7 用于碱性、中性氧化物熔解反应：第64页/共184页2.3 矿矿石

35、分析 干扰离子干扰离子：Fe3+，V4+,5+，Mo5+,6+，W6+，F-第65页/共184页2.3 矿矿石分析 应用高铁标准溶液滴定时，用硫氰酸盐（紫色）或中性红指示剂。应用高铁标准溶液滴定时，用硫氰酸盐（紫色）或中性红指示剂。 高铁法：高铁法： Al3+/Al1.66V Ti4+/Ti3+0.092V Fe3+/Fe2+0.68V 作业：根据相关资料，把以上内容复习并总结，准备小测。第66页/共184页2.3 矿矿石分析 钛矿石中钛的分析钛矿石中钛的分析 滴定：滴定：还原：还原：终点指示：终点指示： 隔绝空气条件下，用金属隔绝空气条件下，用金属Al将四价钛还原为三价钛，而后用将四价钛还原

36、为三价钛，而后用 Fe3标液氧化三价钛，以硫氰盐为指示剂。当三价钛完全被后，标液氧化三价钛，以硫氰盐为指示剂。当三价钛完全被后，微过量的微过量的Fe3离子生成红色硫氰酸铁，借以指示终点。离子生成红色硫氰酸铁，借以指示终点。 一、原理一、原理第67页/共184页2.3 矿矿石分析 1. 1. 1. K2S2O7熔融法熔融法 称称0.20.5g样品于样品于瓷坩埚中，加瓷坩埚中，加3gK2S2O7，低温（，低温（300500）熔化后，再高温（高温炉熔化后，再高温（高温炉500）熔至红色熔体。冷却后放入烧杯，）熔至红色熔体。冷却后放入烧杯，用用5H2SO480ml浸取洗涤坩埚，加热煮沸、过滤、沉淀，用

37、浸取洗涤坩埚，加热煮沸、过滤、沉淀，用10H2SO4洗洗4次，合并滤液。加次，合并滤液。加35NaOH至沉淀物至沉淀物Fe(OH)3、Ti(OH)4凝凝聚，用定性滤纸过滤。沉淀用聚，用定性滤纸过滤。沉淀用2NaOH洗洗5次，后以次，后以10H2SO4热液热液溶解沉淀于锥形瓶中，洗涤溶解沉淀于锥形瓶中，洗涤5次，控制总体积约次，控制总体积约100ml，加浓，加浓HCl 50ml，加饱和，加饱和(NH4)2SO4（防止（防止Ti3+氧化）氧化）10ml或乙酸，加或乙酸，加2gAl片，用片，用带封闭的漏斗的胶塞塞紧，煮沸至带封闭的漏斗的胶塞塞紧，煮沸至Al片全溶，液体变清。冷却后用片全溶，液体变清。

38、冷却后用NH4Fe(SO4)2 标液滴至紫色变浅，加标液滴至紫色变浅，加10mlKSCN（5）继续滴至稳）继续滴至稳定的红色为终点。定的红色为终点。，第68页/共184页2.3 矿矿石分析 第69页/共184页2.3 矿矿石分析 2. Na2O2熔融法熔融法 称称0.20.5g样品于瓷铁坩埚中，加入样品于瓷铁坩埚中，加入3gNa2O2与与与样品混匀，表与样品混匀，表面盖上面盖上2gNa2O2，在在700熔至透明，冷却后用熔至透明，冷却后用30ml水浸取，水洗坩水浸取，水洗坩埚数次后，过滤沉淀残渣，将沉淀用约埚数次后，过滤沉淀残渣，将沉淀用约50ml10H2SO4溶于锥形瓶溶于锥形瓶中，用中，用

39、1H2SO4洗滤纸，补加洗滤纸，补加30ml浓浓HCl至总体积为至总体积为200ml左右，左右，加加3gAl片，加热至红色消失，再添加片，加热至红色消失，再添加Al片，每次加约片，每次加约0.1g至反应变至反应变慢，慢，Ti3+紫色不断增加，而后加入紫色不断增加，而后加入0.1gAl片，盖上装有片，盖上装有NaHCO3的盖的盖氏漏斗，加热煮沸数分钟，取下冷至室温，打开胶塞，加入氏漏斗，加热煮沸数分钟，取下冷至室温，打开胶塞，加入100ml饱和饱和(NH4)2SO4和和10ml5KSCN，用，用NH4Fe(SO4)2滴至终点。滴至终点。，第70页/共184页 以下内容要求：1. 钢铁分析在冶金分

40、析中是重要的一部分内容，在这一讲里重点掌握钢铁分类和所含的其它元素及含量。2. 了解五大杂质元素C、Si、Mn、S、P在钢铁中存在的形式及它们对钢铁性能的影响。第三章第三章 钢铁钢铁分析第71页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类一一、钢铁材料钢铁材料 黑色金属材料是铁、饹、锰及它们的合金。通常称为钢铁材黑色金属材料是铁、饹、锰及它们的合金。通常称为钢铁材料。料。常用钢、铁材料有钢、生铁、铁合金、铸铁及各种合金（高常用钢、铁材料有钢、生铁、铁合金、铸铁及各种合金（高温合金、精密合金等）温合金、精密合金等）二二、钢与铁的、钢与铁的区别区别1. 炼铁：生铁是以铁矿石为原料并用

41、焦炭在高炉中还原而得。炼铁：生铁是以铁矿石为原料并用焦炭在高炉中还原而得。 铁矿石的主要成分为氧化铁，但也含有许多杂质，经高炉冶铁矿石的主要成分为氧化铁，但也含有许多杂质，经高炉冶炼后这些杂质大部分都可以除去。仍留在生铁中的炼后这些杂质大部分都可以除去。仍留在生铁中的杂质元素有：杂质元素有： 冶炼所用到的炭冶炼所用到的炭C； 矿石中残留下来的矿石中残留下来的Si、Mn、S、P等。等。第72页/共184页3. 钢铁分析的五大杂质元素：钢铁分析的五大杂质元素：C C、SiSi、MnMn、S S、P P 基本成分：基本成分：TiTi、C C、MnMn、SiSi、S S、P P 4. 区别：含碳量决定

42、于是钢还是铁区别：含碳量决定于是钢还是铁 C在在1.7以上以上 生铁生铁 C在在0.051.7 钢钢3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类第73页/共184页 白生铁（白口铁）：白生铁（白口铁）：当碳以化合形式（碳化物）存在，生铁当碳以化合形式（碳化物）存在，生铁 剖面带暗白色，称为白口铁。极硬且脆，难于加工，炼钢剖面带暗白色，称为白口铁。极硬且脆，难于加工，炼钢 灰生铁：灰生铁：当生铁中当生铁中Si的含量较高，其中碳以游离状态的石墨的含量较高，其中碳以游离状态的石墨 形式存在，生铁剖面带灰色，称为灰生铁。硬度低，流动形式存在，生铁剖面带灰色，称为灰生铁。硬度低，流动 性大，便于加工，

43、用于铸铁性大，便于加工，用于铸铁(以以C的形的形式存式存在在)3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类5. 分分类类铁铁的分的分类类：第74页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类钢的分类：钢的分类： 碳素钢碳素钢 低低C钢：小于钢：小于0.25 中中C钢：钢：0.250.60 含碳量含碳量 高高C钢：大于钢：大于0.6 工业纯铁：小于工业纯铁：小于0.04合金钢合金钢 低合金钢：合金元素总含量小于低合金钢：合金元素总含量小于5 中合金钢：合金元素总含量中合金钢：合金元素总含量510 高合金钢：合金含量总元素大于高合金钢：合金含量总元素大于10 低合金结构钢：含有少量

44、合金元素（多数情低合金结构钢：含有少量合金元素（多数情 况下，总量不超过况下，总量不超过3）的低合金高强度钢）的低合金高强度钢合金元素：合金元素：Ni、Cr、Mo、V、Ti、Co、Be、N按化学按化学成分分类成分分类第75页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类 按用途分类按用途分类 碳素结构钢碳素结构钢 普通碳素钢普通碳素钢结构钢结构钢 优质碳素结构优质碳素结构 建筑及工程用，机械制造用建筑及工程用，机械制造用 合金结构钢合金结构钢 渗碳钢、调质钢、渗碳钢、调质钢、 弹簧钢、轴承钢弹簧钢、轴承钢 碳素工具钢碳素工具钢工具钢工具钢 刀具钢刀具钢 低合金刀具钢，高速钢低合金刀

45、具钢，高速钢 刀具、刀具、 合金工具钢合金工具钢 量具钢量具钢 量具、量具、 模具钢模具钢 模具模具特殊钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢特殊钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢 （耐酸、低温、耐热、电工、超高强钢）（耐酸、低温、耐热、电工、超高强钢）第76页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类普通钢：这类钢含杂质元素较多，一般含磷不大于普通钢：这类钢含杂质元素较多，一般含磷不大于0.045，含，含S 不大于不大于0.055 普通钢按标准又分为三类普通钢按标准又分为三类 甲类钢：保机械性能和甲类钢：保机械性能和P、S、N2、Cu含量的钢含量的钢 乙类钢：保化学成分乙类钢：保化学成分C、Si

46、、Mn、P、S和残和残Cu含量的钢含量的钢 特类钢：即保机械性能化学成分，又保特类钢：即保机械性能化学成分，又保Cr、Ni、Cu、N2含含 量的钢量的钢结构钢：一般含结构钢：一般含P、S均均0.040%工具钢工具钢: 一般含一般含P0.035，含，含S0.030%高级优质钢高级优质钢 一般含一般含P、S量均被限制在量均被限制在0.030以下。以下。 按质量分按质量分三类三类优质钢优质钢 第77页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类 按冶炼方法分类：按冶炼方法分类： 按炉别分：平炉钢（碱性、酸性），转炉钢（低吹、侧吹、按炉别分：平炉钢（碱性、酸性），转炉钢（低吹、侧吹、顶吹

47、），电炉钢（电弧、电渣、感应、真空感应）顶吹），电炉钢（电弧、电渣、感应、真空感应） 按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢6、五元素在钢铁中存在的形式及它们对钢铁性能的影响。、五元素在钢铁中存在的形式及它们对钢铁性能的影响。 以下以下5元素的讲解均从元素的讲解均从形式形式 来源来源 含量含量 性能性能 几方面表述几方面表述第78页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类 碳：碳： 钢中以钢中以Fe3C、Mn3C 等化合状态存在，等化合状态存在，称作化合碳称作化合碳 铁中以无定形碳、退火碳、结晶性碳、石墨碳等固熔体状态铁中以无定形碳、退火

48、碳、结晶性碳、石墨碳等固熔体状态 存在，存在，称游离碳称游离碳。 碳是对钢性能起决定作用的元素，含碳是对钢性能起决定作用的元素，含C量增加，强度、硬度、量增加，强度、硬度、耐磨性增加。塑性（延伸率、断面收缩率）、韧性降低。当钢中含耐磨性增加。塑性（延伸率、断面收缩率）、韧性降低。当钢中含有形成稳定碳化物的元素：铌、有形成稳定碳化物的元素：铌、Ti、V、Mo、W等时，其屈服强度等时，其屈服强度的提高更为显著。的提高更为显著。第79页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类硅硅：存在形式：以固熔体及：存在形式：以固熔体及FeSi、MnSi、FeMnSi等形式存在；等形式存在；有少

49、部分则以硅酸盐形态存在有少部分则以硅酸盐形态存在 ，形成钢中非金属夹杂物。如：，形成钢中非金属夹杂物。如： 2FeO SiO2、2MnO SiO2、Al2O3 SiO2. 来源：一般由矿石引入，也有特殊目的在冶炼时特意加入。来源：一般由矿石引入，也有特殊目的在冶炼时特意加入。 炼钢生铁炼钢生铁 0.31.5Si 含量含量 铸造生铁铸造生铁 3 钢中小于钢中小于1 硅钢硅钢4（磁性材料）（磁性材料） 、 第80页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类 性能：是钢中常见有益元素之一。性能：是钢中常见有益元素之一。 a. 硅和氧的亲和仅次于硅和氧的亲和仅次于Al、Ti，而强于，而

50、强于Mn、Cr、V。炼钢时被。炼钢时被用作还原剂、脱氧剂。用作还原剂、脱氧剂。 b. 增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数. c. 硅是硅钢的主要成分硅是硅钢的主要成分，能降低铁损能降低铁损，增加磁感强度增加磁感强度。缺点缺点:增加钢的过热和脱碳敏感性增加钢的过热和脱碳敏感性，使钢中石墨化的倾向增大使钢中石墨化的倾向增大。 用于用于：结构钢、弹簧钢、不锈钢、耐热钢、硅钢、电阻结构钢、弹簧钢、不锈钢、耐热钢、硅钢、电阻第81页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类锰锰: 存在形式存在形式：主要以主要以MnS，也以也以MnSi、

51、MnC、FeMnSi及固及固熔体状态存在熔体状态存在。 来源来源：同同Si 含量含量： 钢钢：0.30.8%， 0.8%时为锰钢时为锰钢. 生铁生铁：0.52% 高锰铁高锰铁：大于大于13% 第82页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类 性能性能： a. 良好的良好的脱氧剂脱氧剂. b. 阻止阻止FeS的形成二形成的形成二形成MnS，消除或消除或减减弱弱” ”热热脆性脆性” ”，改善，改善钢钢的的热热加工性加工性. c. 高高锰钢锰钢具有具有较较高的硬度和强度高的硬度和强度. d. 合金元素合金元素，含量高含量高时时有使有使钢钢晶粒粗化的晶粒粗化的倾倾向向，并并增加增加钢

52、钢的回的回火敏感性火敏感性。第83页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类硫硫: : 存在形式存在形式：主要以主要以MnSMnS形式存在形式存在，部分与铁块结部分与铁块结合成合成FeSFeS。 来源来源：矿石代入矿石代入, ,生铁生铁( (炼钢原料炼钢原料) )和其它原料和其它原料。 含量含量：钢钢0.05%, 0.05%, 生铁生铁0.35%0.35%。 S S有偏析现象有偏析现象，取样注意取样注意。 第84页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类 性能性能：钢中有害元素钢中有害元素。 a. 热脆性热脆性：S在钢中溶解度极小在钢中溶解度极小，与与Fe形

53、成形成FeS。FeS与与Fe形成形成低熔点低熔点(985)共晶体共晶体，即熔化即熔化，晶粒间结合力大为减弱晶粒间结合力大为减弱，产生裂产生裂纹纹，以致开裂以致开裂热脆热脆。 或者或者：FeS熔点低最后凝固熔点低最后凝固，位于钢的晶粒之间位于钢的晶粒之间，当加热压制当加热压制时时FeS熔化熔化，而钢的晶粒失去连接作用而钢的晶粒失去连接作用，易被压碎易被压碎。 b. S不利于钢的焊接性不利于钢的焊接性，焊条钢对焊条钢对S含量要求甚严含量要求甚严。 c. 在特定条件下在特定条件下，切削钢中切削钢中S 、Mn改善钢的切削加工性能。改善钢的切削加工性能。 d. S在钢中易偏析在钢中易偏析，取样时要注意取

54、样时要注意。第85页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类磷磷: 存在形式存在形式：Fe2P、 Fe3P及固溶体形式存在及固溶体形式存在，极少数以磷酸极少数以磷酸盐形式存在盐形式存在。 来源来源：主要来自矿石主要来自矿石，生铁生铁。 含量含量：钢钢0.05%，偶有高至偶有高至0.1%；炼钢生铁炼钢生铁 0.3%； 轧轧棍之类棍之类 0.40.5% P有偏析现象有偏析现象。 第86页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类 性能性能：P是钢中有害元素。是钢中有害元素。 a. 冷脆：剧烈地使塑性和韧性恶化，特别是低温韧性降低最甚。冷脆：剧烈地使塑性和韧性恶化，

55、特别是低温韧性降低最甚。 b. 含含P高时熔点低，流动性大而易于铸造，并可避免在轧钢板高时熔点低，流动性大而易于铸造，并可避免在轧钢板时轧辊与钢板粘合，故有时特意加入时轧辊与钢板粘合，故有时特意加入P。 c. P偏析，含偏析，含P高的部位塑性大大降低，钢中高的部位塑性大大降低，钢中P有限制。有限制。 d. P对焊接性能不利，为获得优质焊接接头，对焊接性能不利，为获得优质焊接接头，P尽量低。尽量低。 e. P可改善钢的抗蚀和切削加工性能。可改善钢的抗蚀和切削加工性能。第87页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类饹饹Cr： 铬作为残余元素时，它虽提高强度、硬度，但降低塑性和铬

56、作为残余元素时，它虽提高强度、硬度，但降低塑性和韧性。在碳素钢中含韧性。在碳素钢中含Cr少量，也与少量，也与Ni一样能降低钢的冷冲性能，一样能降低钢的冷冲性能，故碳素钢中故碳素钢中Cr、Ni都要求在都要求在0.3以下。以下。镍镍Ni： 作为残余元素，影响与作为残余元素，影响与Cr相同。相同。钨钨W： 作用：增加钢的回火稳定性，作用：增加钢的回火稳定性，红硬性和热强性，以及形成硬性和热强性，以及形成特殊的碳化物而增加钢的耐磨性。特殊的碳化物而增加钢的耐磨性。第88页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类铜铜Cu： 残残余元素，一般余元素，一般规规定定钢钢中中为为0.3左右。左

57、右。1100以上有以上有铜铜脆脆。（氧氧化化气气氛中加氛中加热热，氧氧化化铁铁皮下形成富皮下形成富铜铜合金合金层层。熔化浸蚀钢表面层晶粒熔化浸蚀钢表面层晶粒钢的表面鱼鳞状开裂）钢的表面鱼鳞状开裂）第89页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类铝铝 Al： 铝与铝与O、N有很大的亲合力。有很大的亲合力。 铝在钢中的作用：铝在钢中的作用： 炼钢脱氧定氮剂。细化晶粒，减少或消除低碳钢的时效现炼钢脱氧定氮剂。细化晶粒，减少或消除低碳钢的时效现象，提高钢的冲击韧性，特别是降低钢的脆性转变温度。象，提高钢的冲击韧性，特别是降低钢的脆性转变温度。 作为合金元素，显著提高钢的抗氧化性，改善

58、钢的电磁性作为合金元素，显著提高钢的抗氧化性，改善钢的电磁性能，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度。能，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度。 铝提高钢在氧化性酸中的耐腐蚀性。铝提高钢在氧化性酸中的耐腐蚀性。第90页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类钒钒V： 钒是强的碳化物，氮化物形成元素，在钢中主要以碳化物的钒是强的碳化物，氮化物形成元素，在钢中主要以碳化物的形态存在。形态存在。 在钢中的作用：细化钢的晶粒和组织，提高钢的强度和韧性；在钢中的作用：细化钢的晶粒和组织，提高钢的强度和韧性；增加淬火钢的回火稳定性，产生二次硬化效应，提高耐磨性。增加淬火钢的回火稳定性，产生二次硬化效应，

59、提高耐磨性。第91页/共184页3.1 钢钢、铁铁基本知识识、区别区别、分类类思考题：思考题：1. 以含碳量决定于是钢还是铁指标是多少？以含碳量决定于是钢还是铁指标是多少？2. 钢铁分析的五大杂质元素是哪几个？在钢铁中存在的形式及它钢铁分析的五大杂质元素是哪几个？在钢铁中存在的形式及它们对钢铁性能的影响？们对钢铁性能的影响？3. 除了五大杂质元素外，还有哪几个元素对钢铁性能的影响值得除了五大杂质元素外，还有哪几个元素对钢铁性能的影响值得考虑？考虑？第92页/共184页3.2 钢铁试样钢铁试样的制备备 以下内容要求：1. 掌握生铁试样的采取和制备；钢样的采取与制备。2. 了解两种样品采取和制备方

60、法的区别和不同。第93页/共184页3.2 钢铁试样钢铁试样的制备备 钢铁是熔炼产品，其组成并不均匀，这主要钢铁是熔炼产品，其组成并不均匀，这主要是在铸锭冷却时，由于其中各组分的凝固点不同是在铸锭冷却时，由于其中各组分的凝固点不同而产生偏析现象，使而产生偏析现象，使S S、P P、C C等在锭中各部分的等在锭中各部分的分布不匀。故钢或生铁的铸锭、铁水、钢水在取分布不匀。故钢或生铁的铸锭、铁水、钢水在取样时，均须按一定手续采取，才能得到平均试样。样时，均须按一定手续采取，才能得到平均试样。 第94页/共184页3.2 钢铁试样钢铁试样的制备备一般规定：一般规定： (1) (1) 制样者遵守试样制