Ферробор. Методы определения бора

ГОСТ 14021.1-78

Группа В19

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ФЕРРОБОР

Методы определения бора

Ferroboron. Methods for the determination of boron

ОКСТУ 0809

Дата введения 1980-01-01

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР

РАЗРАБОТЧИКИ

И.К.Майборода, В.В.Мирошниченко

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24.08.78 N 2330

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 2204-80

4. ВЗАМЕН ГОСТ 14021.1-68

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

6. Ограничение срока действия снято по протоколу 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ (март 1999 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в августе 1981 г., мае 1989 г. (ИУС 11-81, 8-89)


Настоящий стандарт устанавливает титриметрический и потенциометрический методы определения бора (при массовой доле бора от 3,0 до 35%) в ферроборе, предназначенном для легирования сталей и сплавов.
 

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Общие требования к методам анализа - по ГОСТ 28473.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1.2. Лабораторная проба должна быть приготовлена в виде тонкого порошка с размером частиц 0,16 мм по ГОСТ 25207.

(Введен дополнительно, Изм. N 2).
 

2. ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ БОРА

2.1. Сущность метода

Метод основан на свойстве малодиссоциированной борной кислоты образовывать с многоатомными спиртами (маннитом, глицерином) комплексные соединения, которые значительно сильнее диссоциируют и титруются щелочью в присутствии индикатора - фенолфталеина, с резким переходом окраски раствора в розовый цвет, не изменяющийся при добавлении многоатомного спирта. Мешающее действие железа, марганца, меди и никеля устраняют сплавлением пробы ферробора со щелочью или пероксидом натрия. Для переведения марганца с высшей валентности (7 и 6) в низшую (4) добавляют этиловый спирт. Алюминий отделяют углекислым кальцием.

2.2. Реактивы и растворы

Натрия пероксид.

Кислота соляная по ГОСТ 3118, разбавленная 1:1.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300.

Бария гидроокись по ГОСТ 4107, раствор с массовой долей 5%.

Кальций углекислый по ГОСТ 4530.

Маннит (манитол) по ТУ 6-09-5484-90.

Фенолфталеин (индикатор) по ТУ 6-09-5360-87, спиртовой раствор с массовой долей 1%.

Метиловый оранжевый (пара-диметиламиноазобензолсульфокислый натрий), раствор с массовой долей 0,1%.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709, прокипяченная в течение 1 ч и охлажденная.

Глицерин по ГОСТ 6259.

Бумага конго.

Калий-натрий углекислый безводный по ГОСТ 4332.

Натрий углекислый безводный.

Сахароза по ГОСТ 5833.

Сахар инвертный, раствор: 1 кг сахарозы растворяют в 650 см дистиллированной воды, приливают 10 см раствора соляной кислоты, разбавленной 1:10, и нагревают в течение 2-3 ч при температуре от 80 до 90 °С. Раствор охлаждают до температуры 30-40 °С, приливают раствор с массовой долей 10% гидроокиси натрия до получения рН 6,9.

Объем раствора гидроокиси натрия, необходимый для нейтрализации соляной кислоты, устанавливают предварительным титрованием 10 см раствора соляной кислоты, разбавленной 1:10, раствором с массовой долей 10% гидрата окиси натрия в присутствии индикатора фенолфталеина.

Кислота борная по ГОСТ 9656, стандартный раствор: 5,7154 г борной кислоты, х.ч., помещают в стакан вместимостью 400 см и растворяют в 200-300 см дистиллированной воды. Раствор переводят в мерную колбу вместимостью 1000 см, разбавляют водой до метки и перемешивают.

1 см полученного раствора содержит 0,001 г бора.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328, раствор с массовой долей 1%, раствор с массовой долей 10%, раствор 0,1 моль/дм; раствор 0,1 моль/дм готовят следующим образом: 4 г гидроокиси натрия растворяют в 100 см дистиллированной воды, добавляют 3 см раствора с массовой долей 5% гидроокиси бария, переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм, доливают до метки водой, перемешивают, дают отстояться осадку в течение 1 сут и отфильтровывают.

Массовую концентрацию раствора гидроокиси натрия устанавливают по борной кислоте. Установку массовой концентрации проводят следующим образом: в коническую колбу вместимостью 250 см помещают 10-20 см стандартного раствора борной кислоты, приливают 100 см дистиллированной воды, прибавляют 10 капель фенолфталеина, 1 г маннита или 20 см глицерина, или 50 см раствора инвертного сахара и титруют раствором 0,1 моль/дм гидроокиси натрия до появления устойчивой красно-малиновой окраски. Затем добавляют еще 0,5 г маннита или 10 см глицерина. Если окраска раствора ослабевает, раствор дотитровывают.

Титрование заканчивают, когда после дополнительного прибавления маннита или глицерина красно-малиновая окраска раствора не изменяется. Проверку массовой концентрации раствора гидроокиси натрия проводят в день титрования пробы.

Массовую концентрацию раствора гидроокиси натрия (), выраженную в г/см бора, вычисляют по формуле

,

где - массовая концентрация стандартного раствора борной кислоты, выраженная в г/см бора;

- объем стандартного раствора борной кислоты, взятый для титрования, см;

- объем раствора гидроокиси натрия, израсходованный на титрование раствора, см;

- объем раствора гидроокиси натрия, израсходованный на титрование раствора контрольного опыта, см.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2

2.3. Проведение анализа

Навеску ферробора массой 0,5 г помещают в железный или никелевый тигель, смешивают с 5-6 г пероксида натрия, сверху засыпают 1-2 г пероксида натрия, помещают в более холодную часть муфельной печи, затем продвигают тигель в горячую часть муфельной печи и сплавляют навеску при 800-850 °С, периодически перемешивая круговыми движениями тигля. Когда плав станет жидким, тигель выдерживают в печи 3-4 мин.

При анализе ферробора марок ФБ-2 и ФБ-3 во избежание вспышек при сплавлении навеску предварительно спекают с 3 г углекислого калия-натрия и затем сплавляют с 5-6 г пероксида натрия. После этого тигель охлаждают, помещают в стакан вместимостью 400-500 см, накрывают стакан часовым стеклом и выщелачивают плав в 100-150 см воды. Тигель обмывают горячей водой, прибавляют пять капель этилового спирта и кипятят содержимое стакана 5-10 мин.

Раствор с осадком переносят в мерную колбу вместимостью 250 см. Стенки обмывают горячей водой. Содержимое колбы охлаждают, разбавляют водой до метки, перемешивают, дают немного отстояться осадку гидроокиси металлов, после чего раствор фильтруют в сухую колбу через двойной сухой складчатый фильтр "белая лента".

Аликвотную часть раствора 100 см помещают в стакан вместимостью 400-500 см и нейтрализуют соляной кислотой по бумаге конго до слабокислой реакции.

К слабокислому раствору осторожно небольшими порциями прибавляют углекислый кальций до перехода окраски бумаги конго в розовый цвет и образования на дне стакана небольшого белого осадка - избытка углекислого кальция. Раствор с осадком нагревают до 70-80 °С в течение 5 мин (для коагуляции алюминия), переводят в мерную колбу вместимостью 200 см, охлаждают, доливают до метки водой, перемешивают и фильтруют в сухую колбу через сухой складчатый фильтр "белая лента".

Аликвотную часть раствора 100 см помещают в коническую колбу вместимостью 500 см, добавляют одну каплю метилового оранжевого и нейтрализуют разбавленной 1:1 соляной кислотой до кислой реакции.

В колбу опускают магнитный элемент, ставят на мешалку и интенсивно перемешивают в течение 5-7 мин. К слабокислому раствору добавляют одну каплю метилового оранжевого и строго нейтрализуют сначала раствором с массовой долей 1% гидроокиси натрия, а затем заканчивают нейтрализацию, добавляя из бюретки раствор 0,1 моль/дм гидроокиси натрия.

К раствору прибавляют десять капель фенолфталеина, 1 г маннита или 20 см глицерина, или 50 см инвертного сахара, оставляют на 1-2 мин, после чего титруют раствором 0,1 моль/дм гидроокиси натрия до устойчивой красно-малиновой окраски. Затем добавляют еще 0,5 г маннита или 10 см глицерина. Если окраска раствора ослабевает, раствор дотитровывают.

Титрование заканчивают, когда после дополнительного прибавления маннита или глицерина красно-малиновая окраска раствора не ослабевает.

Как при установлении массовой концентрации раствора гидроокиси натрия, так и при определении бора в образцах ведут контрольный опыт для введения поправки на содержание бора в реактивах. Массовую концентрацию раствора гидроокиси натрия проверяют в день титрования пробы.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Массовую долю бора в ферроборе () в процентах вычисляют по формуле

,

где - массовая концентрация раствора гидрата окиси натрия, выраженная в г/см бора;

- объем раствора гидрата окиси натрия, израсходованный на титрование раствора, см;

- объем раствора гидрата окиси натрия, израсходованный на титрование контрольного опыта, см;

- масса навески пробы, соответствующая аликвотной части раствора, г.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
 

3. ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ БОРА

3.1. Сущность метода

Метод основан на отделении бора от железа, марганца и меди сплавлением с пероксидом натрия или щелочью с последующим определением бора в растворе потенциометрическим методом. Перед титрованием рН раствора устанавливают 6,9, добавляют инвертный сахар или маннит и титруют образовавшуюся борноорганическую комплексную кислоту раствором гидроокиси натрия до первоначального значения рН 6,9.

3.2. Аппаратура, реактивы и растворы

Потенциометр ламповый со стеклянным и каломельным электродами.

Мешалка со скоростью 200-300 об/мин.

Элемент магнитный.

Электроплитка.

рН-метр-милливольтметр.

Натрия пероксид

Кислота соляная по ГОСТ 3118, разбавленная 1:1, 1:10.

Метиловый оранжевый (пара-диметиламиноазобензолсульфокислый натрий), водный раствор с массовой долей 0,1%.

Кислота лимонная по ГОСТ 3652, раствор с массовой долей 2%.

Фенолфталеин (индикатор) по ТУ 6-09-5360-87.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300.

Сахароза по ГОСТ 5833.

Бария гидроокись по ГОСТ 4107, раствор с массовой долей 5%.

Маннит (маннитол) по ТУ 6-09-5484-90.

Глицерин по ГОСТ 6259.

Сахар инвертный раствор; готовят следующим образом: 1 кг сахарозы растворяют в 650 см дистиллированной воды, приливают 10 см соляной кислоты, разбавленной 1:10, и нагревают в течение 2-3 ч при 80-90 °С. После охлаждения раствора приливают раствор с массовой долей 10% гидроокиси натрия. Объем раствора щелочи, необходимый для нейтрализации соляной кислоты, устанавливают предварительным титрованием 10 см разбавленной 1:10 соляной кислоты раствором с массовой долей 10% гидроокиси натрия в присутствии индикатора - фенолфталеина.

Кислота борная по ГОСТ 9656, стандартный раствор; готовят следующим образом: 11,432 г х.ч. борной кислоты помещают в стакан вместимостью 400-500 см и растворяют в 200-300 см дистиллированной воды. Раствор переводят в мерную колбу вместимостью 500 см, разбавляют этой же водой до метки и перемешивают.

1 см приготовленного раствора содержит 0,004 г бора.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328, раствор с массовой долей 2%, раствор 0,1 моль/дм и раствор с массовой долей 10%; раствор 0,1 моль/дм готовят следующим образом: 4 г х.ч. гидроокиси натрия растворяют в 1000 см дистиллированной воды, добавляют 3 см раствора с массовой долей 5% гидроокиси бария, перемешивают и дают отстояться осадку в течение 1 сут.

Массовую концентрацию раствора гидроокиси натрия устанавливают по борной кислоте следующим образом: в стакан вместимостью 400 см помещают 10 см стандартного раствора борной кислоты и приливают 250 см дистиллированной воды. В стакан с анализируемым раствором опускают магнитный элемент и электроды, присоединенные к потенциометру, приводят во вращение мешалку, приливают из бюретки раствор 0,1 моль/дм гидроокиси натрия до установления рН раствора 6,9.

К полученному раствору приливают 50 см раствора инвертного сахара или по 1 г маннита, или по 20 см глицерина (при этом стрелка гальванометра отклоняется от нулевого значения шкалы рН) и титруют борную кислоту раствором 0,1 моль/дм гидроокиси натрия до возвращения стрелки гальванометра до значения рН 6,9.

Массовую концентрацию раствора гидроокиси натрия (), выраженную в г/см бора, вычисляют по формуле п.2.2.

При установке массовой концентрации раствора гидроокиси натрия ведут контрольный опыт для введения поправки на отклонение рН инвертного сахара от значения рН 6,9.

(Измененная редакция,

Изм. N 1, 2).

3.3. Проведение анализа

Навеску ферробора массой 0,5 г помещают в железный или никелевый тигель и смешивают с 5-6 г пероксида натрия. Тигель помещают в более холодную часть муфельней печи, затем продвигают тигель в горячую часть и сплавляют при 800-850 °С, периодически перемешивая круговыми движениями тигля. Когда плав станет жидким, тигель выдерживают в печи 3-4 мин.

При анализе ферробора марок ФБ-2 и ФБ-3 во избежание вспышек навеску помещают в никелевый или железный тигель, в котором находится 10-12 г гидроокиси натрия (предварительно расплавленного и охлажденного) и сверху покрывают 0,5 г пероксида натрия. Содержимое тигля нагревают на электроплите до расплавления щелочи, затем тигель помещают сначала в более холодную часть муфельной печи и нагревают приблизительно до 400 °С, а затем сплавляют в горячей части муфельной печи при 650-700 °С в течение 15 мин, периодически перемешивая круговыми движениями тигля.

После этого тигель охлаждают, помещают в стакан вместимостью 400-500 см, накрывают стакан часовым стеклом и выщелачивают плав в 100-150 см дистиллированной воды. После выщелачивания плава тигель обмывают горячей дистиллированной водой, прибавляют в стакан пять капель этилового спирта и кипятят содержимое стакана 5 мин. Раствор с осадком переносят в мерную колбу вместимостью 500 см. Стакан обмывают горячей дистиллированной водой. Содержимое колбы охлаждают, разбавляют дистиллированной водой до метки, перемешивают, дают немного отстояться осадку гидратов и фильтруют часть раствора через двойной сухой складчатый фильтр "белая лента".

Аликвотную часть 100 см помещают в стакан вместимостью 400 см и, если ферробор содержит до 10% алюминия, приливают в стакан 12-15 см раствора с массовой долей 2% лимонной кислоты.

При массовой доле алюминия от 10 до 20% приливают 20-30 см раствора с массовой долей 2% лимонной кислоты. Щелочной раствор в стакане осторожно подкисляют соляной кислотой, разбавленной 1:1, до перехода окраски индикатора метилового оранжевого в розовый цвет.

В стакан с анализируемым раствором опускают магнитный элемент и электроды, присоединенные к потенциометру. Мешалку приводят во вращение и перемешивают раствор в течение 5-7 мин. К раствору приливают сначала раствор с массовой долей 2% гидроокиси натрия до рН, почти равного 6,9, затем точно устанавливают значение рН 6,9, приливая из бюретки раствор 0,1 моль/дм гидроокиси натрия.

К раствору, имеющему рН 6,9, прибавляют 1 г маннита или по 20 см глицерина, или приливают 50 см раствора инвертного сахара (при этом стрелка гальванометра отклоняется от первоначального значения шкалы рН) и титруют борную кислоту раствором 0,1 моль/дм гидроокиси натрия до исходного значения рН 6,9.

Параллельно ведут контрольный опыт для введения поправки на содержание бора в реактивах и отклонение рН инвертного сахара от значения

6,9.

3.4. Обработка результатов

3.4.1. Массовую долю бора в ферроборе () в процентах вычисляют по формуле п.2.4.1.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.4.2. Нормы точности и нормативы контроля точности при определении массовой доли бора приведены в таблице.
 

%

(Измененная редакция, Изм. N 2).