石灰石中二氧化硅含量的快速測(cè)定研究

郝 佳,尚玉俊,王秀莉,霍萃萌

(1.鄭州大學(xué);2.河南省科學(xué)院高新技術(shù)研究中心;3.河南省化學(xué)研究所,河南鄭州 450002)

石灰石中二氧化硅含量的快速測(cè)定研究

郝 佳1,尚玉俊2,王秀莉2,霍萃萌3

(1.鄭州大學(xué);2.河南省科學(xué)院高新技術(shù)研究中心;3.河南省化學(xué)研究所,河南鄭州 450002)

該文介紹了一種快速分析石灰石中二氧化硅含量的有效方法。采用低溫熔融樣品,當(dāng)二氧化硅含量小于4%時(shí),采用鉬藍(lán)光度法進(jìn)行分析,當(dāng)二氧化硅含量大于 4%時(shí),采用重量法與光度法相結(jié)合的方法對(duì)進(jìn)行分析,方法簡(jiǎn)便、快速,且精密度和準(zhǔn)確度均能滿足分析要求。

石灰石;二氧化硅;鉬藍(lán)光度法;重量法

石灰石是制造水泥、石灰、電石的主要原料,是冶金工業(yè)中不可缺少的熔劑灰?guī)r。優(yōu)質(zhì)石灰石經(jīng)超細(xì)粉磨后,被廣泛應(yīng)用于造紙、橡膠、油漆、涂料、醫(yī)藥、化妝品、飼料、密封、黏結(jié)、拋光等產(chǎn)品的制造中。其中的二氧化硅含量分析的準(zhǔn)確與否直接影響石灰石的用途及產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于單純分析二氧化硅含量的樣品而言,傳統(tǒng)國(guó)標(biāo)的分析方法分析時(shí)間長(zhǎng),操作環(huán)節(jié)復(fù)雜,分析結(jié)果偏差較大。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)摸索,筆者總結(jié)出了一套簡(jiǎn)單易行,快速準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)方法。

1 鉬藍(lán)光度法

該方法適用于二氧化硅含量小于 4%的石灰石樣品。

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1.1 試劑與儀器 ①混合熔劑:取二份無(wú)水碳酸鈉與一份硼酸研磨,混勻。②氫氧化鈉。③鹽酸 (1+1)。④鹽酸(1+14)。⑤無(wú)水乙醇。⑥鉬酸銨溶液 (60 g·L-1),必要時(shí)過(guò)濾后使用。⑦草酸 -硫酸混合酸:稱取 35 g草酸,溶于 1000 ml硫酸 (1+8)中。⑧硫酸亞鐵銨溶液 (6%):稱取 6 g硫酸亞鐵銨溶于少量水中,加 3～5滴濃硫酸,用水稀釋至100 ml。⑨二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液:稱取 0.2000 g已于950～1000℃灼燒 30 min并冷卻至室溫的高純二氧化硅 (含量不低于 99.99%)于鉑坩堝中,加 3 g混合熔劑①混勻,再覆蓋 1 g混合熔劑,蓋上坩堝蓋(留一縫隙)于 950℃的高溫爐中熔融 10 min,取出,冷卻,用盛有 100 ml熱水的塑料燒杯在沸水浴中加熱,浸取熔塊至溶液清亮。用熱水洗出坩堝及蓋,冷卻至室溫,移入 1000 ml容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻,貯于塑料瓶中。此溶液每毫升相當(dāng)于含 200 ug二氧化硅。⑩移取 50.00 ml二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液⑧于500 ml容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻,貯存于塑料瓶中。此溶液每毫升相當(dāng)于含 20 ug二氧化硅。 ○11722分光光度計(jì)測(cè)試。

1.2 實(shí)驗(yàn)操作步驟

①稱取 0.5 g試樣于銀坩堝中,精確至0.0001 g。隨同試樣做空白試驗(yàn)。在試樣上覆蓋約5 g氫氧化鈉。

②將銀坩堝置于 600℃高溫爐中熔融 30 min,期間轉(zhuǎn)動(dòng)坩堝兩次。取出,冷卻。

③用水沖洗銀坩堝外壁,將坩堝及蓋置于300 ml燒杯中,加25 mL鹽酸(1+1),低溫加熱浸出熔塊,用水洗出坩堝及蓋。低溫加熱至試液清亮,冷卻至室溫。將溶液移入 250 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,混勻。此溶液為樣品溶液。

④根據(jù)試樣含二氧化硅量,按表 1分取樣品溶液于 100 mL容量瓶中,加 8 ml無(wú)水乙醇,按表 1加相應(yīng)量鹽酸 (1+14),立即用水稀釋至 50 ml,混勻。

⑤加 5 ml鉬酸銨溶液 (6%),搖勻,于 20℃放置 10～20 min;加入 20 ml草酸硫酸混合酸搖勻。放置 1～2 min;加入 5 ml硫酸亞鐵銨溶液 (6%)。用水稀釋至刻度。搖勻。

表 1 取樣方法

⑥將顯色液移入 2 cm吸收皿中,以相應(yīng)的空白試驗(yàn)溶液為參比,于分光光度計(jì)波長(zhǎng) 680 nm處測(cè)吸光度,從工作曲線上查得相應(yīng)的二氧化硅量。

⑦工作曲線的繪制:移取 0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 ml二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液 (1.1.10)。置于一組預(yù)先盛有 10 ml鹽酸 (1+14)的100 ml容量瓶中。加 8 ml無(wú)水乙醇。以下按⑤-⑥操作,以試劑空白為參比,測(cè)量吸光度。以二氧化硅量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制工作曲線[1-2]。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

式中:V—樣品溶液總體積,ml;V1—分取樣品溶液

體積,ml

W1—從工作曲線上查得的二氧化硅量,g;

W—稱取的試樣量,g。

1.4 結(jié)果與討論

1.4.1 重復(fù)性考察 結(jié)果見表 2。

表 2 精密度實(shí)驗(yàn)

1.4.2 回收率的考察 移取樣品溶液 10.00 ml 5份置于 100 ml容量瓶中,分別加 20 ug·ml-1的二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液 1 ml、2.00 ml、3.00 ml、4.00 ml、5.00 ml,按實(shí)驗(yàn)操作分析二氧化硅含量,然后,根據(jù)樣品中的二氧化硅含量和實(shí)際加入的二氧化硅量及最后得到的二氧化硅量,計(jì)算出增量回收率,結(jié)果見表 3。

試樣中 SiO2量 (m/μg)實(shí)際加入SiO2標(biāo)量 (m/μg)測(cè)出SiO2量 (m/μg) 回收率 (%166.8 20 186.6 99.0)166.8 40 206.3 98.8 166.8 60 227.2 100.7 166.8 80 248.2 101.8 166.8 100 267.5 100.7

由表 2、3結(jié)果可以看出,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%,增量回收試驗(yàn)回收率在 98%～102%之間。方法的精密度和準(zhǔn)確度均能滿足分析要求。

2 重量法加鉬藍(lán)光度法

該方法適用于二氧化硅含量大于 4%的石灰石樣品。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

2.1.1 試劑與儀器 ①動(dòng)物膠液 (1%新配):稱取動(dòng)物膠 1 g,溶于預(yù)先已經(jīng)加熱到 70℃的 100 mL水中。②氫氧化鈉。③鹽酸 (1+1)。④鹽酸 (1+14)。⑤無(wú)水乙醇。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作步驟

①稱取 0.5 g試樣于銀坩堝中,精確至0.0001 g。隨同試樣做空白試驗(yàn)。在試樣上覆蓋約 5 g氫氧化鈉。

②將銀坩堝置于 600℃高溫爐中熔融 30 min,期間轉(zhuǎn)動(dòng)坩堝兩次,取出,冷卻。

③用水沖洗銀坩堝外壁,將坩堝及蓋置于 300 ml燒杯中,加 25 mL鹽酸 (1+1),低溫加熱浸出熔塊,用水洗出坩堝及蓋。

④在低溫電熱板上 (70℃左右)緩緩蒸發(fā)近干,補(bǔ)加鹽酸 (1+1)20 ml,靜置 5 min,溶解殘?jiān)腆w,加 l%動(dòng)物膠 10 ml,攪拌 3～5 min,靜置 5 min。加熱水 50 ml溶解鹽類,用定量濾紙過(guò)濾,沉淀用 (1+14)鹽酸洗滌數(shù)遍,再以熱水洗至無(wú)氯離子為止。(用 0.1%AgNO3溶液檢定)。濾液稀至 250 ml容量瓶中,定容至刻度,搖勻。將濾紙和沉淀置于瓷坩堝中烘干后,在 950～1000℃高溫爐中灼燒至恒重,冷卻稱重(S iO2A)。⑤濾液中殘留的二氧化硅用硅鉬藍(lán)光度法進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)定 (S iO2B)。最后二氧化硅含量為重量法與硅鉬藍(lán)光度法測(cè)定結(jié)果之和[3]。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

式中:W1—沉淀二氧化硅的質(zhì)量,g;W—稱取的試樣量,g SiO2B%=W1＊V/W＊V1

式中:V—樣品溶液總體積,ml;V1—分取樣品溶液體積,mlW1—從工作曲線上查得的二氧化硅量,g;W—稱取的試樣量,g SiO2%=S iO2A%+SiO2B%

2.4 結(jié)果與討論

2.4.1 重復(fù)性的考察 結(jié)果見表 4。

表 4 精密度實(shí)驗(yàn) (2)

2.4.2 回收率的考察

分別取 5份樣品,按照 1.2操作步驟進(jìn)行操作,在進(jìn)行步驟③操作后,分別加入二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)品 5 mg,10 mg,15 mg,20 mg,30 mg,繼續(xù)按實(shí)驗(yàn)操作分析二氧化硅含量,然后,根據(jù)樣品中的二氧化硅含量和實(shí)際加入的二氧化硅量及最后得到的二氧化硅量,計(jì)算出增量回收率,結(jié)果見表 5。

表 5 SiO2增量回收率試驗(yàn) (2)

由表 4、5結(jié)果可以看出,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%,增量回收試驗(yàn)回收率在 98%～102%之間。方法的精密度和準(zhǔn)確度均能滿足分析要求。

3 結(jié)論

對(duì)于單純分析二氧化硅含量的樣品而言,該方法采用低溫熔融樣品,與國(guó)標(biāo)中高溫熔融樣品相比更加省時(shí)省力。另外根據(jù)石灰石中二氧化硅含量的不同采用不同的分析方法,對(duì)于含量小于 4%的樣品直接采用鉬藍(lán)光度法。對(duì)于含量大于 4%的樣品采用重量法,通過(guò)上述光路法彌補(bǔ)誤差,可以克服硅酸溶膠形式后造成的二氧化硅含量的損失,從而保證含量測(cè)定的準(zhǔn)確度。而國(guó)標(biāo)中含量大于 4%的樣品所采用的高氯酸脫水重量法,操作復(fù)雜,難以掌握,分析結(jié)果偏差較大[4]。相比之下,對(duì)于單純分析二氧化硅含量的樣品而言,該法簡(jiǎn)單易行,容易掌握,可以在較短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)定,且精密度和準(zhǔn)確度均能滿足分析要求,適合推廣使用。

[1] 劉繼先,曹宏燕,邱懷廣,等.石灰石、白云石化學(xué)分析方法二氧化硅量的測(cè)定[S].國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,1982.

[2] 張鳳萍.七 O砂石灰石中 SiO2、CaO、MgO的系統(tǒng)分析 [J].大型鑄鍛件,2001,23(4):37-38.

[3] 平立斌.聚乙二醇凝聚重量法測(cè)定石灰石中低含量二氧化硅[J].地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室,1993,9(6):359-360.

[4] 韓秀卿.石灰?guī)r中游離二氧化硅化學(xué)物相對(duì)分析方法的標(biāo)準(zhǔn)化研究[J].巖礦測(cè)試,2000,19(4):259-263.

Rapid Determ ination of Silicon D ioxide in L imestone

HAO Jia1,SHANG Yu-jun2,WANG Xiu-li2,et al
(1.Zhengzhou University,2.High&New Technology Research center of Henan Academ y of Scienses,Zhengzhou Henan450052,China)

This article introduces an effective method to analysis the the content of silicon dioxide in l imestone.When the silicon dioxide content is less than 4%,using spectrophotography to analysis,and when the silicon dioxide content ismore than 4%,both using gravimetric analysis and spectrophotography to analysis.By using these methods,we can complete the detection with common equipment in short t ime,and the precision and accuracy can meet the requirement of the analysis.

limestone;siliconDioxide;spectrophotography;gravimetric analysis

O 611.62

A

1008-9276(2011)02-0135-03

2010-10-20

郝 佳 (1980-),女,河南省鄭州市人,本科,助理研究員,從事藥學(xué)研究與科研。

[責(zé)任編校:李宜培]