第三章 硅酸盐分析

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试样(第一次称样)
酸溶,水浸,H2SO4 酸化,NH3•H2O沉 淀,过滤 沉淀用H2SO4溶解
Te3+、Al3+、Ti4+ Mn2+、HPO42-
Ca2+、Mg2+ K+、Na+
试样(第二次称样)
HF分解,氟 硅酸钾滴定法
SiO2定量
试样(第二次称样)
密闭容器中 HF分解, AlCl3络合F-, 硅钼黄光度法
4.1.1.2 硅酸脱水重量法
硅酸在pH=1~3和>13的低浓度(<1mg/mL)中 以单分子形式存在,当pH<1或>3时即胶体化, 且迅速聚合。聚合体的水溶性很小,在含有EDTA、 柠檬酸等络合剂络合Fe3+、Al3+等离子以抑制它们 沉淀的介质中,滴加氨水至pH=4~8,硅酸可基本 沉淀完全,这是硅与其它元素分离的方法之一。 硅酸盐分解后转变为硅酸钠,提取液酸化时形 成的硅酸存在三种状态:一部分呈白色片状的水凝 聚胶析出;一部分呈水溶胶,以胶体形式存在溶液 中;还有一部分以单分子溶解状存在,逐渐转变为 溶胶状态。
溶液
调节酸度,通 H2S,过滤
SiO2等
按普通硅酸盐 系统分析进行
溶液
重金属硫化物 沉淀,弃去
3 硅酸盐快速分析系统
随时代的需要,科技的发展,各种分解及测定 方法的出现,分析仪器及计算机的发展和应用,硅 酸盐分析系统不断改进和完善,分析速度越来越快。 这些快速分析系统按分解方法不同进行分类:
3.1 碱熔快速分析系统 用Na2CO3、NaOH或N2O2为熔剂进行高温熔 融分解;熔融物用热水提取,HCl或HNO3酸化, 无需分离,可分液进行硅、铁、铝、钙、镁、钛、 磷等的测定。钾和钠需另取样测定。
硅酸盐岩石矿物是非常重要的工业原料。水泥、 玻璃、陶瓷等均是硅酸盐制品,许多有用元素如Li、 Be、B、Zr、Rb、Cs等也大多取之于硅酸盐矿物中。
Fra Baidu bibliotek
1.2 系统分析和分析系统
单项分析:一份称样中只测定一、二个项目。 系统分析:一份称样分解后,通过分离或掩蔽 消除干扰,系统地、连贯地进行数个项目的依次测 定。 分析系统:在系统分析中从试样分解、组分分 离到依次测定的程序安排。 分析系统是由相互联系、相互作用的诸要素组 成的具有一定功能的有机整体。科学的分析系统可 减少试样用量,避免重复工作,加快分析速度,降 低成本,提高效率。
灼烧 K2S2O7分解, 稀H2SO4提 取,过滤
Ca2+、Mg2+
(NH4)2C2O4 过滤
CaC2O4 称重定量
Mg2+
R2O3
灼烧 (NH4)2HPO4 CaO MgNH4HPO4
灼烧
SiO2,灼烧, 称重,合并前 失重,定量
Fe3+、Al3+、Ti4+
MgO 称重定量
Fe3+、Al3+、Ti4+
1.3.2 分析项目 13项: SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、 MgO、 Na2O、K2O、MnO、P2O5、H2O-和烧失 量。 16项:上述13项去掉烧失量,加H2O+、CO2、 S和C。 依据组成和需要:F、Cl、V2O5、Cr2O3、 BaO及其它各种微量元素。 硅酸盐全分析的测定结果,要求各项的百分 含量总和~100%: Ⅰ:99.3~100.7%; Ⅱ:98.7~101.3%。
试样
分解, HCl提取, CTMAB凝聚, 过滤
沉淀
灼烧,称重
Te3+、Al3+、Ti4+、Ca2+、 Mg2+、K+、Na+等
SiO2 定量
硅酸盐快速分析系统及各组分测定方法的特
点: ①选用新的试样分解方法。 ②分取溶液进行各个组分的测定。 ③在分析方法中大量使用AAS、ICP-AES, 加快分析速度。 ④系统分析取样量逐渐减少。
硅酸溶胶胶粒带有负电荷: [(SiO2)m•yH2SiO3•nSiO32-•2(n-x)H+]2-•2xH+ 胶核 吸附层 扩散层 胶粒 要使硅酸胶体聚沉,必须破坏其水化外壳和加 入强电解质或带相反电荷的胶体,经典分析系统的 盐酸二次蒸干脱水重量法即是前者,而动物胶凝聚 法则属于后者。 ①二次盐酸蒸干脱水重量法 试样分解后用水提取,浓盐酸酸化,将溶液蒸 干脱水,在105~110℃烘1.5~2h,硅酸干渣再用浓 盐酸浸润5~10min,使形成的金属碱式盐和氢氧化 物转化为可溶性盐,过滤。
第三章
1 概述
硅酸盐分析
2 硅酸盐经典分析系统 3 硅酸盐快速分析系统 4 硅酸盐主要成分分析 5 全分析结果的表示和计算 6 分析方法展望
1 概述 硅酸盐是组成地壳的三大岩类的主要成分,占 地壳质量的85%以上。硅酸盐岩石矿物种类繁多, 分布极广。 1.1 硅酸盐分析的意义
岩石全分析对研究地壳内元素迁移规律,阐明 岩石成因意义重大。
⑤H2O-、H2O+和FeO在所有分析系统中都必 须单独取样测定。
4 硅酸盐主要成分分析 4.1 SiO2的测定 4.1.1 重量法 可分为HF挥发重量法和硅酸脱水灼烧重量法 两类。 4.1.1.1 HF挥发重量法 将试样置于铂器皿中灼烧至恒重,加H2F2H2SO4或H2F2-HNO3处理,使样品中的SiO2转变为 SiF4逸出: 2H2F2+SiO2=SiF4+2H2O 再灼烧至恒重,差减计算SiO2的含量。该法只适 用于较纯的石英样品中SiO2的的测定。
1.4.4 锂硼酸盐熔融
B2O3是各种金属氧化物、硅酸盐等难溶物的 强有力熔剂。过去多用硼砂,但不能用于钾、钠 的测定。后发展用锂硼酸盐,不仅分解能力强, 且熔融物固化后可直接进行X-射线荧光分析,或 把熔块研磨成粉末后直接进行发射光谱分析,也 可以将熔融物溶解后制备成溶液,进行包括钾和 钠在内的多元素的化学分析。 常用的锂盐熔剂有:偏硼酸锂、四硼酸锂、 (2+1+1)碳酸锂-氢氧化锂-硼酸、(7~10+1)碳酸锂硼酸、(7~10+1)碳酸锂-硼酸酐等。
1.4.3 混合熔剂熔融
①(1+1)~(5+1)K2CO3-Na2CO3 优点:熔点降低(~700℃)。 缺点:K2CO3易吸湿;钾盐较易被吸附。 ②Na2CO3加适量硼酸或Na2O2、KNO3、 KClO3等 优点:分解能力强。 ③NaOH-KNO3 KNO3代替Na2O2,可减轻对坩埚的侵蚀。
从结构上看,基本结构单元是SiO4硅氧四面体。 这些硅氧四面体以单个或通过共用氧原子连接存在 于小的基团、小的环状、无限的链或层中。 依结构不同,硅酸盐可分为:简单正硅酸盐矿 物、缩合硅酸盐矿物、环状硅酸盐矿物、无限链状 硅酸盐矿物、无限层型硅酸盐矿物和骨架型硅酸盐 矿物。 主要组成元素:Si、O、Fe、Al、Ca、Mg、K、 Na。 其次组成元素:Mn、Ti、B、Zr、Li、H、F、 Cl、S、P、C等。
1.4 试样分解 1.4.1 Na2CO3熔融 Na2CO3熔点:852℃ 分解条件: 器皿:铂坩埚 温度:950~1000℃ 时间:30~40min 熔剂用量:试样量的8~10倍 熔融反应:正长石 KAlSi3O8+3Na2CO3 =3Na2SiO3+ KAlO2 +3CO2 石英:SiO2+Na2CO3 =Na2SiO3+ CO2 熔融物用HCl处理。
分析系统应具备的条件:
①称样次数少。 ②尽可能避免分析过程的介质转换和引入分 离方法。 ③所选用的分析方法必须有良好的准确度和 精密度。 ④适用范围广。 ⑤称样、试样分解、分液、测定等操作易与 计算机联机,实现自动分析。
1.3 硅酸盐的组成和分析项目 1.3.1 组成 组成复杂,元素众多,从结构上可以简单看 成是由SiO2和金属氧化物组成: iM2O• mMO• nM2O3• gSiO2 根据SiO2的含量,可将硅酸盐划分为五类:。 ①极酸性岩:SiO2>78%; ②酸性岩:SiO2 65~78%; ③中性岩:SiO2 55~65%; ④基性岩:SiO2 38~55%; ⑤超基性岩:SiO2 <38%~40%。
分解条件: 器皿:铂、金、石墨坩埚
温度:800~1000℃
熔融物用HCl溶解。
时间:20~30mmin
熔剂用量:~10倍于试样量 缺点:熔块较难脱离坩埚,较难溶解,且在 酸性溶液中硅酸易发生聚合而影响到SiO2的测定。
氢氟酸分解 氢氟酸是分解硅酸盐惟一最有效的溶剂。硅 酸盐矿物中,除斧石、锆石、尖晶石、绿柱石、 石榴石外可分解完全;绿柱石、石榴石通过容器 加盖和延长分解时间(2~4h)可以分解完全,其它 难溶物也可以通过加压使之分解完全。 分解需用铂皿,有时可通过加数滴HNO3、 H2SO4或HClO4使分解效果更好。 分解液可用于测定除SiO2外的其它项目。 1.4.5
其它干法或湿法分解方法只用于某些单项分 析。
2 硅酸盐经典分析系统 基本是建立在沉淀分离和重量分析的基础上, 已有一百多年历史,是各种岩矿分析系统问世最 早且准确度高的分析系统。目前在标样研制、外 检分析及仲裁分析中应用。 试样量0.50~1.00g,Na2CO3分解;熔块用水提 取,HCl酸化,蒸干烘干后再用HCl浸取,过滤; 滤液重复蒸干烘干、加酸、过滤;合并沉淀于铂 坩埚中灼烧、称重,再加H2F2-H2SO4驱硅,又灼 烧并称重,失重部分即为SiO2质量。 残渣用K2S2O7熔融分解后用稀酸溶解,与前 面滤液合并,供测定其它项目用。
K2Cr2O7或 KMnO4滴定 差 减 法
H2O2光度法
Fe2O3 定量
Al2O3 定量
TiO2 定量
经典分析系统只能测定六个项目,Na2O、 K2O、MnO、P2O5等须另取试样测定。
试样含其它重金属时,应先分离。 试样
王水分解,过滤
酸不溶物
Na2CO3分解,HCl提取
溶液
HCl蒸干脱 水,过滤
SiO2定量
试样
密闭容器中HF 分解,HClH2BO3提取 H 2O2 光 度 法 差减 络 合 滴 定 法
TiO2 定量
AAS SiO2、 Fe2O3、 CaO、MgO、 K2O、Na2O、 MnO定量
Al2O3 定量
磷 钒 钼 黄 光 度 法
P2O5 定量
3.3 锂盐熔融快速分析系统 用偏硼酸锂或碳酸钠–硼酸酐熔融分解,熔块 用HCl提取后以重量法测硅,其它项目的测定方法 与前面各分析系统相同。
试样
分解,酸溶, 脱水,浸取, 过滤
SiO2沉淀+杂质
灼烧,称重, 驱硅,灼烧, 称重,求失重 分解,酸溶
残渣
滤液,用于测 定Al2O3、 Fe2O3、CaO、 MgO、Na2O、 K2O等
Fe3+、Al3+、Ti4+、Ca2+、Mg2+…
NH3•H2O,过滤
Fe2O3•nH2O、 Al2O3•nH2O、 TiO2•nH2O、
试样(第一次称样)
碱熔,水浸,HCl酸 化,蒸至湿盐状, 动物胶凝聚,过滤
沉淀
灼烧, 硅 称重 钼 蓝 SiO2 光 定量 度 法 磺 基 水 杨 酸 光 度 法
滤液定容250mL
氧 络 络 络 H2O2 还 合 合 合 光 或 滴 滴 滴 度 络 定 定 定 法 差减 法 合 法 差减 法 TiO2 滴 Al2O3 CaO 定 定量 定量 MgO 定量 法 定量
沉淀洗涤后置于铂坩埚中,在由低温升起的 高温炉中干燥、炭化、灰化,至950~1000℃灼烧 1h,取出冷却后称重,即可求得SiO2的含量。 ②硅酸凝聚重量法
使用最广泛的凝聚剂是动物胶。动物胶是含 氨基酸的蛋白质,为两性物质,等电点为pH= 4.7,在pH<4.7时以带正电荷的胶体粒子形式存 在。动物胶凝聚硅酸的完全程度与酸度、温度及 动物胶的用量有关:酸度高,胶体水化程度小, 聚合能力强;温度应控制在60~70℃并保温10min; 动物胶用量一般控制在25~100mg。
1.4.2
NaOH熔融 NaOH熔点:328℃ 分解条件: 器皿:银或镍坩埚 时间:10~20min 温度:650~700℃,需从室温开始 熔剂用量:试样量的8~10倍 熔融反应:橄榄石 MgSiO3+2NaOH =Na2SiO3+ Mg(OH)2 熔融物同样可用HCl溶解。 缺点:某些难分解的天然硅酸盐分解不完全。
SiO2
Fe2O3 定量
KIO4-(NH4)2S2O8光度法
前定容滤液
MnO定量
钼蓝萃取光度法
P2O5定量
试样(第二次称样)
H2F2+H2SO4分解, HNO3溶液, 火焰光度法或原子吸 收分光光度法测定
K2O、Na2O 定量
3.2 酸溶快速分析系统 用H2F2或H2F2-HClO4、H2F2-H2SO4等分解试 样,测定铁、铝、钙、镁、钾、钠、锰等,硅的 测定则须另称样,测定方法与碱熔系统相同。
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