硅酸盐分析

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工业分析-硅酸盐分析
(4) 耐火材料 耐火材料是耐火温度不低于1580℃并能在高温下 经受结构应力和各种物理作用、化学作用和机械作 用的无机非金属材料。 大部分耐火材料是以天然矿石为原料制造的。按 化学成分可分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性 耐火材料 。 耐火材料的主要测定的项目有:烧失量、SiO2、 Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、Fe2O3、TiO2等。
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§4.1 概述
一、硅酸盐的种类
硅酸盐是硅酸中的氢被铁、铝、钙、镁、钾、 钠及其它金属离子取代而形成的盐。 1、天然硅酸盐
天然硅酸盐包括硅酸盐岩石和硅酸盐矿物等, 是构成地壳岩石、土壤和许多矿物的主要成分。在 已知的2000种矿石中,硅酸盐矿石达800多种。 常见的天然硅酸盐矿石主要有:正长石 [K(AlSi3O8)]、钠长石[Na(AlSi3O8)]、钙长石 [Ca(AlSi3O8)2]、滑石[Mg3Si4O10(OH)2]、白云母 [KAl (AlSi3O10)]、石英等。 2013-9-23 2
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§4.3 水份和烧失量的测定
一、水分的测定 水分可分为吸附水和化合水 1、吸附水 吸附水在105 ~110℃下烘2h,称重测定。 2、化合水 化合水包括结晶水和结构水两部分。 结晶水是以H2O分子状态存在于矿物晶格中,如石 膏CaSO4· 2O。结晶水通常在300 ℃以下灼烧即可 2H 排出。
二、硅酸盐的分析项目与全分析结果的表示
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1、硅酸盐的分析项目 在硅酸盐工业中,应根据工业原料和工业产品的 组成、生产过程等要求来确定分析项目。一般测定项 目为:水分、烧失量、不溶物、SiO2、Al2O3、CaO、 MgO、K2O、Na2O、Fe2O3、TiO2、MnO、等。 Fe、Al、Ca、Mg、Si为常规分析项目。 2、硅酸盐全分析结果的表示
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§4.4 二氧化硅含量的测定
一、氯化铵重量法
1、原理
试样用无水Na2CO3烧结,使不溶的硅酸盐转化 为可溶性的硅酸钠,用盐酸分解熔融块。 Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl 再加入固体氯化铵,在沸水浴上加热蒸发,使硅酸 脱水析出,沉淀用滤纸过滤后,灼烧,得到含有铁、铝 等杂质的不纯二氧化硅。 用HF处理沉淀,使其中的SiO2以SiF4形式挥发, 失去的质量即为纯SiO2 的质量。
Baidu Nhomakorabea
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如 水泥生料中Fe2O3测定 水泥中全硫测定 H3PO4 不适应系统分析。
H3PO4
(3)HF及HF- H2SO4、HF-HClO4混酸 大多数的硅酸盐样品均能被HF分解。
SiO 2 4HF SiF4 2H 2O

残渣为除Si外的其它盐类,以水提取加酸溶解, 或熔融法处理成试样溶液。 应在铂金器皿或塑料器皿,不能用玻璃器皿
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三、熔融法
将试样与熔剂混合在高温下加以熔融,使欲测组分 变为可溶于水或酸中的化合物(K、Na盐、硫酸盐、氯 化物) 熔融法分类:
碱熔法:用碱性熔剂,熔酸性试样,如Na2CO3 酸熔法:用酸性熔剂,熔碱性试样,如K2S2O7 1、熔剂 多为碱金属的化合物:Na2CO3,K2CO3, NaOH,KOH,Na2O2,K2S2O7 2、器皿:坩埚(灼烧、熔融、烧结试样) 有:瓷、石英坩埚,铁、镍、银、铂金、黄金坩埚
(1)HCl 特点: 系统分析中HCl是良好的溶剂
A 生成的氯化物除AgCl、Hg2Cl2、PbCl2外都能溶于水, 给测定 带来方便。(硅酸盐样品中几乎不含Ag+、 Hg22+、Pb2+)
B Cl-与某些离子生成络合物 FeCl63-促进试样分解
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C 浓HCl沸点较低:bp 108 ˚C 用重量法测SiO2易于蒸 发除去 D 大多数硅酸盐样品不能被HCl分解(熟料碱性矿渣 可以)
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工业分析-硅酸盐分析
结构水是以化合状态的氢或氢氧根存在于矿物的晶 格中,需加热到300 ~1300℃才能分解而放出。
化合水的测定方法有重量法、气相色谱法、库仑 法等。
二、烧失量的测定 烧失量又称为灼烧减量,是试样在1000 ℃灼烧后 所失去的质量。 烧失量主要包括化合水、二氧化碳、和少量的硫、 氟、氯、有机质等。
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第四章
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5 §4.6 §4.7 §4.8 §4.9
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硅酸盐(silicates)分析
概述 硅酸盐试样的分解 水份和烧失量的测定 二氧化硅含量的测定 三氧化二铁含量的测定 三氧化二铝含量的测定 二氧化钛含量的测定 氧化钙和氧化镁含量的测定 硅酸盐的全分析系统
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(2) 玻璃 普通硅酸盐玻璃的主要成分为:SiO2、Al2O3、 CaO、MgO、K2O、Na2O、Fe2O3、B2O3等。 (3) 陶瓷 陶瓷有普通陶瓷和特种陶瓷。 普通陶瓷以黏土为主要原料,与其它矿物原料 经过破碎、混合、成型,经过烧制而成的制品。 特种陶瓷是指具有某些特殊性能的陶瓷制品, 广泛应用于电子、航空、航天、生物医学等领域。 陶瓷原料的主要成分为:SiO2、Al2O3、CaO、 MgO、K2O、Na2O、Fe2O3、CaF2、SO3等。
大理石,石灰石 比值小,易被酸溶解水泥熟料 SiO 2 碱性矿渣 碱性金属氧化物 比值大,易被碱溶解生料,粘土 铁矿石
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4、试样的分解方法
溶解法:水溶,酸溶, 其它溶剂 K 2CO 3,KOH,Na2O 2,LiBO2 分为熔融法:酸熔 2S 2O 7 , 碱熔 K Na2CO 3,NaOH,Na2B 4O 7 半熔法:K CO ,Na CO 2 3 2 3
方法选择及 干扰元素的消除
硅酸盐分析过程中遇到的样品,绝大多数为固体
试样。 1、 试样分解的目的
固体试样转变成 试样溶液(即试样 试液) 转
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2、 试样的分解要求 (1)完全简单快速 (2)分解无损失 (3)无干扰引入 3、试样分解的原理: 理论依据
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当硅酸盐与Na2CO3熔融时,硅酸盐便被分解为碱 金属硅酸钠、铝酸钠、锰酸钠等复杂的混合物。熔融物 用酸处理时,则分解为相应的盐类并析出硅酸。
Na2 SiO3 硅酸钠 H2 SiO3 Na2 CO3 酸分解 Na2 O× 2 O3 铝酸钠 熔融物) Al ( AlCl3 ( 相应的盐类并析出硅酸 ) 硅酸盐 -1000o C 150 如HCl MnCl2 Na2 MnO4 锰酸钠
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3、 特点: 优点:温度高于湿法,分解能力强 缺点:需大量熔剂(6-12倍样重)
带入熔剂本身离子及其它杂质 对坩埚材料腐蚀,并玷污试液。 以Na2CO3(或K2CO3)作熔剂为例 无水Na2CO3是分解硅酸盐样品及其它矿石最常 用的的熔剂之一。 Na2CO3 mp = 851 ˚C 铂金坩埚熔融 熔样温度 950 ~ 1000 ˚C 熔融时间 30 ~ 40min 熔剂用量 6 ~ 8倍 2013-9-23
Na2 SiO3 + 2 HCl
生成硅酸和各种氯化物 熔样过程
H2 SiO3 + 2 NaCl
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试样 铂金坩埚 搅拌均匀
0.5 g 4 g无水Na 2CO 3
1 gNa 2CO 3 洗棒 并铺于其上
盖上盖 熔融
硅酸盐全分析报告中各组分的测定结构应按该组 分在物料中的实际存在状态来表示。 硅酸盐矿物、岩石可认为是由组成酸根的非金属 氧化物和各种金属氧化物构成的,故均用氧化物的 形式表示。 2013-9-23 6
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§4.2 硅酸盐试样的分解
试样的分析过程:
采样 制样 溶样(熔样) 测定 报结果 一、试样的分解
取出,冷
950-1000 C 灼烧
o
3-5分钟
水,稀HCl洗坩埚
蒸发皿中 定容
分解
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完全分解
转入250 mL量瓶
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烧结法的特点 1、熔剂少,干扰少 2、操作速度快、熔样时间短,易提取(尤其重量 法) 3、减轻了对铂金坩埚的浸蚀作用(因为时间短易 提取) 4、用于较易熔的样品,如水泥、石灰石、水泥 生料,白云石等,对难熔样分解不完全,如粘土。
以高岭土为例,发生的反应如下
熔融:
Al2 O3 2 SiO2 2 H2 O + 3 Na2 CO3 = 2 Na2 SiO3 + Na2 O Al2 O3 + 3 CO2 + 2 H2 O
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HCl处理
Na2O Al2 O3 + 8 HCl
2 AlCl3 + 2 NaCl + 4 H2O
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SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O H2SiF6 = SiF4 + 2HF
再用分光光度法测定滤液中可溶性的SiO2 的量, 二者之和即为SiO2 的总量(GB/T176-1996中规定的 基准法)。 2、测定步骤
(1)纯SiO2 的测定 称取约0.5g试样,置于铂金坩埚中,在950 ~1000℃下灼烧5min,冷却。用玻璃棒仔细压碎块状 物,加入0.3g无水碳酸钠,再在上述温度下灼烧 10min。
二、酸溶解法
1、依据 SiO2 碱金属氧化物
比值越小,碱性越强,越易被酸溶解
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例 石灰石:主成分CaO ( 45 ~ 53% )多数酸溶即可 (SiO2为0.2 ~ 10 %,含硅高需用碱熔) 2、硅酸盐分析中所用的酸
HCl,HNO3,H2SO4,H3PO4,HF等
(2)HNO3、H2SO4、H3PO4
在系统分析中很少用HNO3、H2SO4溶样
但在单项测定中HNO3、H2SO4、H3PO4都广泛应用
H3PO4(缩合的H3PO4)200 ~ 300˚C溶解能力 很强,能溶解一些难溶于HCl、H2SO4的样品,如 铁矿石、钛铁矿等,但只适用于单项测定。
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熔剂:Na2CO3,铂金坩埚 温度:950 ˚C 时间: 3-5min 用量:0.6 ~ 1倍试样量 以水泥生料为例,烧结过程如下:
试样约0.5 g 铂金坩埚
0.5 g Na2CO3 拌匀,扫棒 轻压物,分开 950-1000 C
o
灼烧5分钟 更紧密 HCl
取出
轻颤几次
冷却压碎
转至 冷却 250mL 容量瓶(定容)
高温炉 950-1000o C
中间旋转熔融物 内壁烧至暗红
四、半熔法(烧结法) 将试样与熔剂混合,在低于熔点(熔剂和样品这 一混合物之mp)温度下,让两者发生反应,至熔结 (半熔物收缩成整块)而不是全熔。
半熔法是指熔融物呈烧结状态的一种熔融方法。
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当试样组成复杂时,高温灼烧过程的化学反应比 较复杂,有的反应使试样的质量增加,有的反应使试 样的质量减少,因此,严格地说,烧失量是试样中各 组分在灼烧时的各种化学反应所引起的质量增加和减 少的代数和。因此,当试样较为复杂时,一般不测烧 失量。
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2、人造硅酸盐 人造硅酸盐是以天然硅酸盐为主要原料,经加 工而制成的各种硅酸盐材料和制品。如:硅酸盐水 泥、玻璃及制品、陶瓷及制品、耐火材料等。 (1) 硅酸盐水泥 凡细磨成粉末状,加入适量水后可成为塑性浆 体,既能在空气中硬化又能在水中继续硬化,并能 将砂、石等胶结在一起的水硬性胶凝材料,通称为 水泥。
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工业分析-硅酸盐分析
将烧结块移入瓷蒸发皿中,滴入5mL盐酸及2 ~3 滴硝酸,用热盐酸(1+1)清洗坩埚数次,洗液合并 于蒸发皿中。加入1g氯化铵,在沸水浴上蒸发至干。 取下蒸发皿,加入10 ~20mL热盐酸(3+97),搅 拌使可溶性盐类溶解,过滤,滤液保存在250mL容量 瓶中。 将沉淀连同滤纸一并移入坩埚中,烘干灰化后在 950 ~1000℃灼烧1h,冷却,称重,反复灼烧,直至恒 重(m1)。 向坩埚中加入数滴水润湿沉淀,加3滴硫酸(1+4) 和10mL HF,加热至白烟冒尽,在950 ~1000℃的马弗 炉中灼烧1h,冷却,称重,反复灼烧,直至恒重(m2)。
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