Анализ соединений хрома

Таблица 13.

Инструментальные методы определения хрома.

Аналитический метод Применение Предел определения Мешающие вещества Избирательность
Атомная абсорбционная спектроскопия (пламенная) Пресная и морская вода, промышленные стоки, пыль, осадки, биологические плотные материалы и жидкости, сплавы. 2 мкг/л Вещества, присутствующие в исходной пробе, обычно не переходят в органический раствор. Из холодной пробы экстрагируется только шестивалентный хром.
Атомная абсорбционная спектроскопия (электротермальная) Биологические плотные материалы и жидкости: ткани, кровь, моча; промышленные стоки. 0,005 мкг/л Не описаны для крови и мочи. Промышленные – Na+, K+, Ca+, Mg+, Cl-, F- - »10% Определяется общий хром.
Эмиссионная спектроскопия (индуктивно-сопряженный источник) Широкий спектр биологических материалов и образцов окружающей среды. 4 мкг/л Не описаны. Определяется общий хром.
Эмиссионная спектроскопия (дуговая) Широкий спектр проб из окружающей среды. 0,5 нг. Не описаны. Определяется общий хром.
Спектрофотометрия Природная и промышленные сточные воды, 5 – 400 мкг/л, более высокие конц. необходимо разбавить. 3 мкг/л Помехами могут быть железо, ванадий, ртуть. После хелатирования в растворе определяется только Cr(VI)
Рентгеновская флуоресценция Атмосферные частицы, геологические материалы. 2-10 мкг/л Влияет размер частиц и пробы. Определяется общий хром.
Нейтронный активационный анализ Аэрозоли, пресная и соленая вода, осадки, металлы, пищевые продукты. обычный предел: 10 нг. g-излучение элементов. Определяется общий хром.
Газовая хроматография Кровь, сыворотка, природная вода. 0,03 пг Избыток хелатного агента и электронпоглащающих компонентовв пробе. Определяется хелатированный и экстрагированный хром.
Масс-спектрометрия с дилюцией стабильного изотопа Все биологические материалы.   Не ожидается. Высокая избирательность и точность »1%.
Газовая хроматография (атомно-спектроскопическая детекция) Кровь, сыворотка, биологический материал. »1 нг Не описаны. Определяется хелатированный и экстрагированный хром.
Газовая хроматография (масс-спектрометрическая детекция) Кровь, плазма, сыворотка. 0,5 пг Не описаны. Определяется хелатированный и экстрагированный хром.
Хемилюминисценция Пресные природные воды, растворенные биологические материалы. 30 нг/л Co(II), Fe(II), Fe(III) Определяются лишь ионы Cr(III)


Хром относится к аналитической группе (NH4)2S. Для его обнаружения применяют реакции с Н2О2 (синее окрашивание вследствие образования надхромовой кислоты), хромотроповой кислотой (красное окрашивание), бензидином (синее окрашивание).

Для определения хрома используют титриметрические методы – титрование раствором соли Мора (NH4)2Fe(SO4)2•6H2O после предварительного окисления Сr(III) персульфатом аммония, Н2О2 и др.

6(NH4)2Fe(SO4)2 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3+ 3Fe2(SO4)3 + 6(NH4)2SO4 + K2SO4 + 7H2O

Для определения малых концентраций хрома используют фотометрические методы, главным образом основанные на реакции с дифенилкарбазидом (красно-фиолетовое окрашивание). Методы, основанные на собственно окраске ионов Сr(III), хромат- и дихромат-ионов, а также синей окраске надхромовой кислоты, менее чувствительны.

Известны полярографические, люминесцентные, кинетические, методы определения этого элемента. Перспективны газохроматографические методы с использованием ацетилацетона и, особенно, его фторпроизводных – трифтор- и гексафторацетилацетона.

Применяют разнообразные физические методы, в первую очередь – спектральный анализ. Наиболее интенсивные линии спектра хрома отвечают длинам волн 425,435, 427,480 и 428,972 нм. Часто используют также линии УФ области, например 283,56 и 301,48 нм. При определении малых количеств хрома применяют методы предварительного отделения примесей и концентрирования путем отгонки, экстракции, осаждения и т. п.

Для определения так же используются атомно-абсорбционная спектрометрия, рентгенофлюоресцентный анализ и, особенно, радиоактивационный анализ.

Вывод. Хром относится к аналитической группе (NH4)2S. Для его обнаружения применяют реакции с Н2О2 (синее окрашивание вследствие образования надхромовой кислоты), хромотроповой кислотой (красное окрашивание), бензидином (синее окрашивание).

Применение

Хром — важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.

На протяжении многих десятилетий с момента открытия металлического хрома применение находил лишь крокоит и некоторые другие его соединения в качестве пигментов при изготовлении красок. В 1820 Кохлен предложил использовать дихромат калия как протраву при крашении тканей. В 1884 началось активное использование растворимых хромовых соединений в качестве дубильных веществ в кожевенной промышленности. Впервые хромит нашел применение во Франции в 1879 как огнеупорное вещество, но основное его использование началось в 1880-х в Англии и Швеции, когда стала наращивать обороты промышленная выплавка феррохрома. В небольших количествах феррохром умели получать уже в начале XIX в., так Бертье еще в 1821 году предложил восстанавливать смесь оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. Первый патент на изготовление хромистой стали был выдан в 1865году. Промышленное производство высокоуглеродистого феррохрома началось с использованием доменных печей для восстановления хромита коксом. Феррохром конца XIX в. был очень низкого качества, так как содержал обычно 7–8% хрома, и был известен под названием «тасманского чугуна» ввиду того, что исходная железохромовая руда ввозилась из Тасмании. Переломный момент в производстве феррохрома наступил в 1893, когда Анри Муассан впервые выплавил высокоуглеродистый феррохром, содержащий 60% Cr. Основным достижением в этой отрасли стала замена доменной печи на электродуговую, созданную Муассаном, что позволило увеличить температуру процесса, уменьшить расход энергии и значительно повысить качество выплавляемого феррохрома, который стал содержать 67–71% Cr и 4–6% С. Способ Муассана до сих пор лежит в основе современного промышленного производства феррохрома. Восстановление хромита обычно ведут в открытых электродуговых печах, и шихту загружают сверху. Дуга образуется между погруженными в шихту электродами.

Несмотря на большое значение высокоуглеродистого феррохрома для получения многих сортов нержавеющих сталей, он не пригоден для выплавки некоторых высокохромистых сталей, так как наличие углерода (в виде карбида Cr23C6, кристаллизующегося по границам зерен) делает их хрупкими и легко поддающимися коррозии. Производство низкоуглеродистого феррохрома стало развиваться с началом использования промышленного алюмотермического восстановления хромитов. Сейчас алюмотермический процесс вытеснен силикотермическим процессом (процессом Перрена) и симплекс-процессом, заключающемся в смешении высокоуглеродистого феррохрома с частично окисленным порошком феррохрома, последующем брикетировании и нагревании до 1360°С в вакууме. Феррохром, приготовленный симплекс-процессом, обычно содержит всего 0,008% углерода, а брикеты из него легко растворяются в расплаве стали. Феррохром используется в качестве легирующей добавки к низколегированным сталям. При содержании более 12% хрома сталь почти не ржавеет [1].

Коррозионную стойкость железных сплавов можно значительно увеличить нанесением на их поверхность тонкого слоя хрома. Такая процедура называется хромированием. Хромированные слои хорошо противостоят воздействию влажной атмосферы, морского воздуха, водопроводной воды, азотной и многих органических кислот. Все способы хромирования можно разделить на два вида – диффузионные и электролитические. Диффузионный способ Беккера – Дэвиса – Штейнберга заключается в нагревании до 1050–1100°С хромируемого изделия в атмосфере водорода, засыпанного смесью феррохрома и огнеупора, предварительно обработанных хлороводородом при 1050°С. Находящийся в порах огнеупора CrCl2 улетучивается и хромирует изделие. В процессе электролитического хромирования металл осаждается на поверхности обрабатываемого изделия, выступающего в качестве катода. Электролит часто представляет собой соединение шестивалентного хрома (обычно CrO3), растворенное в водной H2SO4. Хромовые покрытия бывают защитные и декоративные. Толщина защитных покрытий достигает 0,1 мм, они наносятся непосредственно на изделие и придают ему повышенную износостойкость. Декоративные покрытия имеют эстетическое значение, и наносятся на подслой другого металла (никеля или меди), выполняющего собственно защитную функцию. Толщина такого покрытия всего 0,0002–0,0005 мм [1].

Вывод. На протяжении многих десятилетий с момента открытия металлического хрома применение находил лишь крокоит и некоторые другие его соединения в качестве пигментов при изготовлении красок. Коррозионную стойкость железных сплавов можно значительно увеличить нанесением на их поверхность тонкого слоя хрома.

Наши рекомендации