化工论文范例陶瓷原料中二氧化硅含量新管理应用制度研究

分类：化工论文发表 时间：2017-03-11 10:28 关注：(1)

　　文章主要是介绍对陶瓷原料中二氧化硅含量的测定方法，同时也是对化学工业管理发展新应用政策的主要方向和管理技巧。本文选自：《化学反应工程与工艺》，《化学反应工程与工艺》主要反映我国化学反应工程和有关工艺方面的科技成果，促进国内外学术交流，并为我国社会主义现代化建设服务。本刊主要内容包括：化学反应动力学、反应工程技术及其分析、反应装置中的传递工程、催化剂及催化反应工程、流态化及多相流反应工程、聚合反应工程、生化反应工程、反应过程和反应器的数学模型及仿真、工业反应装置结构特性的研究、反应器放大和过程开发以及特约论著等。

　　摘要：氟硅酸钾容量法是将试样用碱熔融，不溶性酸性氧化物二氧化硅转变成可溶性的硅酸盐，加酸后生成游离的硅酸，在过量的氟离子和钾离子存在下，硅酸与氟离子作用形成氟硅酸离子，进而与钾离子作用生成氟硅酸钾沉淀。该沉淀在热水中会水解生成氢氟酸，用氢氧化钠标准溶液滴定，由消耗的氢氧化钠标准溶液的体积计算二氧化硅的含量。

　　关键词：陶瓷原料,二氧化硅,化学工业,化学论文

　　1引 言

　　在传统陶瓷中，SiO2是陶瓷坯体的主要化学成分，是硅酸盐形成的骨架，它的存在可以提高陶瓷材料的热稳定性、化学稳定性、硬度、机械强度等，从而直接影响陶瓷产品的生产工艺和使用性能，同时SiO2也是各种釉料配方的重要参数。因此，准确测定陶瓷原料中SiO2的含量，对陶瓷和釉料生产非常重要，它关系到原材料的用量、产品的质量和性能等。

　　不同的陶瓷原料，其SiO2的含量不同，测量方法也有多种。本文对陶瓷原料中SiO2的常见检测方法逐一作了介绍。

　　2氢氟酸挥发法

　　2.1 硫酸-氢氟酸法

　　当试样中的SiO2含量在98%以上时，可采用此法。具体方法如下：将测定灼烧减量后的试料加数滴水湿润，然后加硫酸(1+1)0.5ml，氢氟酸(密度1.14g/cm3)10ml，盖上坩埚盖，并稍留有空隙，在不沸腾的情况下加热约15min，打开坩埚盖并用少量水洗二遍(洗液并入坩埚内)，在普通电热器上小心蒸发至近干，取下坩埚，稍冷后用水冲洗坩埚壁，再加氢氟酸(密度1.14g/cm3)3ml并蒸发至干，驱尽三氧化硫后放入高温炉内，逐渐升高至950～1000℃，灼烧1h后，取出置于干燥器中冷至室温后称量，如此反复操作直至恒重。二氧化硅含量的计算公式如下：

　　SiO2(%)=(m1-m2)/m ×100

　　式中：

　　m1 —— 灼烧后坩埚与试料的质量，g

　　m2 —— 氢氟酸处理后坩埚的质量，g

　　m —— 试料的质量，g

　　2.2硝酸-氢氟酸法

　　当试样中的SiO2含量大于95%而小于或等于98%时，可采用此方法。具体如下：

　　(1) 将试料置于铂坩埚中，加盖并稍留缝隙，放入 1000～1100℃高温炉中，灼烧1h。取出，稍冷，放入干燥器中冷至室温，称量。重复灼烧，称量，直至恒重。

　　(2) 将坩埚置于通风橱内，沿坩埚壁缓慢加入3ml硝酸、7ml氢氟酸，加盖并稍留缝隙，置于低温电炉上，在不沸腾的情况下，加热约30min(此时试液应清澈)。用少量水洗净坩埚盖，去盖，继续加热蒸干。取下冷却，再加5ml硝酸、10ml氢氟酸并重新蒸发至干。

　　(3) 沿坩埚壁缓缓加入5ml硝酸蒸发至干，同样再用硝酸处理两次，然后升温至冒尽黄烟。

　　(4)将坩埚置于高温炉内，初以低温，然后升温至1000～1100℃灼烧30min，取出，稍冷，放入干燥器中冷至室温，称量。重复灼烧，称量，直至恒重。二氧化硅含量的计算公式如下：

　　SiO2(%)=[(m1-m2)+(m3-m4)]/m×100

　　式中：

　　m1——试料与坩埚灼烧后的质量，g

　　m2——氢氟酸处理并灼烧后残渣与铂坩埚的质量，g

　　m3——试剂空白与铂坩埚的质量，g

　　m4——测定试剂空白所用铂坩埚的质量，g

　　m ——试料的质量，g

　　3重量-钼蓝光度法

　　重量-钼蓝光度法所测定的范围是SiO2含量小于95%。具体如下：

　　(1) 对可溶于酸的试样，可直接用酸分解;对不能被酸分解的试样，多采用Na2CO3作熔剂，用铂坩埚于高温炉中熔融或烧结之后酸化成溶液，再在水浴锅上用蒸发皿蒸发至干，然后加盐酸润湿，放置一段时间后，加入动物胶，使硅酸凝聚，搅匀，放置5min，用短颈漏斗、中速滤纸过滤、滤液用250ml容量瓶承接。将沉淀全部转移到滤纸上，并用热盐酸洗涤沉淀2次，再用热水洗至无氯离子。

　　(2) 将沉淀连同滤纸放到铂坩埚中，再放到700℃以下高温炉中，敞开炉门低温灰化，待沉淀完全变白后，开始升温，升至1000℃～1050℃后保温1h取出，稍冷即放入干燥器中，冷至室温，称量。重复灼烧，称量，直至恒重。

　　(3) 加数滴水润湿沉淀，加4滴硫酸、10ml氢氟酸，低温蒸发至冒尽白烟。将坩埚置于1000～1050℃高温炉中灼烧15min，取出稍冷，即放入干燥器中，冷至室温，称量。重复灼烧，称量，直至恒重。

　　(4) 加约1g熔剂到烧后的坩埚中，并置于1000～1050℃高温炉中熔融5min，取出冷却。加5ml盐酸浸取，合并到原滤液中，用水稀释到刻度，摇匀。此溶液为试液A，用于测定残余二氧化硅、氧化铝、氧化铁和二氧化钛。

　　(5) 用移液管移取10ml试液A于100ml容量瓶中。加入10ml水、5ml钼酸铵溶液，摇匀，于约30℃的室温或温水浴中放置20min。

　　(6) 加入50ml乙二酸-硫酸混合溶液，摇匀，放置0.5～2 min，加入5ml硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，摇匀。

　　(7) 用10mm吸收皿，于分光光度计690nm处，以空白试验溶液为参比测量其吸光度。二氧化硅的值由绘制的工作曲线上查得。二氧化硅含量的计算公式如下：

　　SiO2(%)=[m1-m2+m3(V/V1)-(m4-m5)]/m×100

　　式中：

　　m1 —— 氢氟酸处理前沉淀与坩埚的质量，g

　　m2 —— 氢氟酸处理后沉淀与坩埚的质量，g

　　m3 —— 由工作曲线查得的二氧化硅量，g

　　m4 —— 氢氟酸处理前空白与坩埚的质量，g

　　m5 —— 氢氟酸处理后空白与坩埚的质量，g

　　V1 —— 分取试液的体积，ml

　　V —— 试液总体积，ml

　　m —— 试料的质量，g

　　4氟硅酸钾容量法

　　重量-钼蓝光度法的准确度较高，但对于一些特殊样品，如萤石CaF2，由于含有较大量的氟，会使试样中的Si以SiF4形式挥发掉，不能用重量法测定。还有重晶石以及锆含量较高的样品、钛含量较高的样品，在重量法的条件下形成硅酸的同时，会生成其它沉淀，夹杂在硅酸沉淀中。所以这些特殊样品不能用重量法测定，可用氟硅酸钾容量法来测定SiO2的含量。

　　应用该分析方法时应严格控制分析条件，具体应注意以下几点：

　　(1) 样品的处理是先用氢氧化钠熔融，然后用水浸取，再加盐酸酸化，然后得到样品溶液。当样品中铝、钛含量较高时，为防止氟铝酸钠和氟钛酸钠沉淀的生成，可用氢氧化钾代替氢氧化钠。氢氟酸挥发法历来被认为是赶硅的一种方法，但实践证明，在一定的条件下，四氟化硅和氢氟酸能共处于同一溶液中，因此，在溶解过程中，只要控制一定的体积，硅即以氟硅酸的形式留在溶液中，从而可测定硅的含量。

　　(2) 为了保证硅的沉淀完全，加入氟化钾和氯化钾的量应过量。但氟化钾和氯化钾的量若过大，则当样品中的铝、钛含量较高时干扰情况比较严重。一般在铝、钛含量不高时，50ml溶液加氟化钾1.5～2.0g;而铝、钛含量较高时加1～1.5g。氯化钾的加入量还与沉淀时的温度有关。20℃时，50ml溶液加8g氯化钾;高于25℃则需加入10g以上。

　　(3) 沉淀时为减少沉淀的溶解和沉淀的洗涤困难，温度应低于30℃，体积不大于50ml，沉淀应在放置15min后过滤。

　　(4) 测定的干扰一般来自铝、钛，对高铝和高钛的试样可加入氯化钙、过氧化氢、草酸铵、草酸和熔样用的氢氧化钾来代替氢氧化钠、用硝酸代替盐酸作介质的方法来消除干扰。

　　氟硅酸钾容量法具有快速、准确、精密度高的特点，因此广泛应用于陶瓷生产中的控制分析。