淺談礦石中二氧化硅的測定方法

摘 要：礦石中二氧化硅的測定有重量法、揮散法、比色法、容量法等四種方法，每種方法都有其各自的局限性，應(yīng)根據(jù)礦石本身的性質(zhì)選擇相應(yīng)的方法。文章對這4種方法的準(zhǔn)確性、時(shí)間及影響因素進(jìn)行一一分析比較。

關(guān)鍵詞：二氧化硅；重量法；揮散法；比色法

二氧化硅是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的原子晶體，主要存在于石英礦中，而石英礦又是各種礦石最主要的組成物質(zhì)，因此在日?；?yàn)工作中我們會(huì)經(jīng)常與之接觸。對礦石中二氧化硅的分析，通常使用重量法、揮散法、比色法、容量法等4種方法。筆者經(jīng)過長時(shí)間的摸索研究和大量的分析檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這4種方法各有利弊。

1 分析比較

1.1 分析準(zhǔn)確性

1.1.1 重量法。重量法的準(zhǔn)確度較高。但是對于一些特殊樣品，如螢石氟化鈣，由于含有較大量的氟，會(huì)使試樣中的硅以四氟化硅的形式揮發(fā)掉。某些樣品在用酸溶解形成硅酸的同時(shí)，生成其他沉淀，夾雜在硅酸沉淀中，影響硅酸的重量。如重晶石、含量較高的鋯石、鈦含量較高的樣品。這些情況下，不能使用重量法測定。

1.1.2 揮散法。若某個(gè)試樣中SiO2的含量在98%以下，此時(shí)采用揮散法測定二氧化硅將會(huì)引起較大的誤差。這種情況下，不宜使用揮散法來測定。

1.1.3 比色法。試樣中二氧化硅的含量在2%以上時(shí)，不宜用比色法測定。

1.1.4 容量法。容量法與操作者掌握操作的熟練程度有很大關(guān)系，但只要能夠熟練掌握操作方法，其檢測結(jié)果將非常準(zhǔn)確。

1.2 分析時(shí)間

1.2.1 重量法：需要先后經(jīng)過熔融、蒸發(fā)、酸解、凝聚、溶解、過濾、灰化和灼燒，過程極其復(fù)雜，分離過程耗費(fèi)時(shí)間相當(dāng)長。

1.2.2 揮散法。該方法需要在低溫溶解揮發(fā)后經(jīng)高溫爐中反復(fù)的灼燒至恒重，整個(gè)過程耗時(shí)長。

1.2.3 比色法。試樣中的硅需全部轉(zhuǎn)入溶液并以單分子硅酸狀態(tài)而存在后，才能進(jìn)行下一步的操作。

1.2.4 容量法。在操作者熟練的情況下，測定時(shí)間較快。

1.3 分析過程影響因素

1.3.1 重量法。過程中的影響因素不是很多，但是整個(gè)過程相當(dāng)耗時(shí)，操作者必須謹(jǐn)慎操作方可得到準(zhǔn)確結(jié)果。

1.3.2 揮散法。在用硫酸和氫氟酸去雜的過程中需要掌握好溫度、雜質(zhì)是否除盡以及過量酸的消除等影響因素。

1.3.3 比色法。比色法有硅鉬黃和硅鉬蘭兩種。用比色法測定SiO2時(shí)，最關(guān)鍵的問題是必須將試樣中的硅全部轉(zhuǎn)入溶液并以單分子硅酸狀態(tài)而存在。另外溶液的酸度、溫度以及共存離子等因素都對測定結(jié)果有所影響，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)措施減少或消除其可能產(chǎn)生的誤差。

1.3.4 容量法。某些礦石在熔礦的過程中不好溶解，影響二氧化硅的測定。該法的測定條件要求較高，影響因素又多。所以本法與操作者掌握操作的熟練程度有很大關(guān)系，但只要熟練掌握此法，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，費(fèi)時(shí)較少。

1.4 分析結(jié)果的計(jì)算

1.4.1 重量法。按照式1計(jì)算二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

二氧化硅的含量×100% （1）

式中：m1：試料中二氧化硅的質(zhì)量，單位為g；m2：空白試樣中二氧化硅的質(zhì)量，單位為g；m0：試樣量，單位為g。

1.4.2 揮散法。按照式2計(jì)算二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

二氧化硅的含量×100% （2）

式中：G1：測定燒失量后試樣與坩堝重，單位為g；G2：氫氟酸處理后殘?jiān)c坩堝重，單位為g；G：試樣量，單位為g。

1.4.3 容量法。按照式3計(jì)算二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

二氧化硅的含量×100% （3）

式中：TSiO2：氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液對二氧化硅的滴定度，單位為mg/ml；V2：滴定時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，單位為ml；G：試樣量，單位為g。

2 鐵礦石中二氧化硅含量的快速測定

硅含量是鐵礦石質(zhì)量控制的主要技術(shù)指標(biāo)，其測定方法有質(zhì)量法、氟硅酸鉀容量法、分光光度法等。選礦中要求快速、準(zhǔn)確地測定鐵礦石中二氧化硅的含量，以適應(yīng)選礦過程控制的需要。質(zhì)量法是經(jīng)典的測定方法，準(zhǔn)確度高，但操作繁瑣，花費(fèi)時(shí)間長；分光光度法簡便、快速、靈敏度高，但按照國標(biāo)GB/T 6730.92006規(guī)定，在處理試樣時(shí)，需要用鉑坩堝，而且試樣中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)須小于5%，應(yīng)用范圍受到限制。

在弱酸性溶液中，單硅酸與鉬酸銨生成可溶性黃色硅鉬雜多酸——硅鉬黃，此雜多酸可被適宜的還原劑（如硫酸亞鐵銨）還原成硅鉬藍(lán)，此時(shí)通過吸光度測定，即可得出二氧化硅量。

稱取0.1000g樣品于30mL銀坩堝中，加入3.0gNaOH和0.5gNa2O2，混勻，置于馬弗爐中，由低溫升溫至700e，熔融30min，取出冷卻。加15mL沸水于坩堝中，浸出熔塊，然后將坩堝中的試液迅速傾入盛有40mL鹽酸（1+1）及80mL沸水的燒杯中，快速攪拌，待溶液變得清亮后用水洗出坩堝。將冷卻后的溶液移至250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

移取5.00mL上述試液于100mL容量瓶中，加40mL鹽酸（1+99），搖勻；加5mL鉬酸銨溶液，搖勻；放置15min，加入10mL草酸溶液，搖勻；立即加入10mL硫酸亞鐵銨溶液，以水定容，混勻，放置10min。

分取部分試液于1cm吸收皿中，以隨同試樣的空白溶液為參比，在分光光度計(jì)上于700nm波長處測量吸光度，然后查工作曲線，得出試樣的二氧化硅含量。

硅在鐵礦石中主要是以酸性氧化物二氧化硅及硅酸鹽的形式存在，所以試樣的分解一般選用強(qiáng)堿性熔劑。用碳酸鈉類混合熔劑，需在900～1000e高溫下于鉑坩堝中熔融試樣，且熔融物難以用水提取；而以氫氧化鈉+過氧化鈉為熔劑，可以用相對廉價(jià)的銀坩堝或剛玉坩堝在700～750e下熔融試樣，且熔融物易于用沸水提取。過氧化鈉含雜質(zhì)較多，其質(zhì)量好壞對測定結(jié)果有一定影響，因此在滿足樣品分解完全的條件下，應(yīng)盡量少用。

制備試液時(shí)的酸度應(yīng)滿足兩個(gè)條件：一是無氫氧化物沉淀，二是防止硅酸凝聚。在硅酸的濃度大或母液的酸度大和溫度高的情況下，容易產(chǎn)生聚合現(xiàn)象（nH4SiO4y（H4SiO4）n），從而影響硅鉬藍(lán)光度法測定的準(zhǔn)確性。據(jù)文獻(xiàn)[2]介紹，溶液在20e時(shí)，單硅酸和鉬酸銨作用只需75s，而二硅酸與鉬酸銨反應(yīng)完全需10min，較高聚合狀態(tài)的硅酸則需要1h以上。

為防止制取母液時(shí)直接用酸提取造成酸度太高而使單硅酸發(fā)生聚合影響顯色反應(yīng)，試驗(yàn)中用沸水浸取堿熔融物，然后迅速倒入大體積的稀鹽酸溶液中快速攪拌，使試樣中的硅全部轉(zhuǎn)入溶液并以單分子硅酸狀態(tài)存在，試液酸度為0.6mol/L鹽酸。制備好的分析樣品試液不可放置時(shí)間太長，以防止硅酸聚合而使分析結(jié)果偏低。

采用硅鉬藍(lán)分光光度法測定鐵礦石中的二氧化硅含量，方法快速簡便，節(jié)約成本，結(jié)果準(zhǔn)確，適應(yīng)選礦過程控制的需要。

3 結(jié)束語

綜上所述，重量法、揮散法、比色法、容量法這四種方法都具有局限性，同時(shí)礦石本身的性質(zhì)也起到?jīng)Q定性的作用。建議根據(jù)待測試樣的具體特點(diǎn)及化驗(yàn)員各自的操作來分析，制定出合適的測定方法。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑材料科學(xué)院.玻璃陶瓷化學(xué)成分分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985.

[2]秦克剛.二氧化硅的測定方法[J].佛山陶瓷，2001，（4）：20～21.

[3]武漢大學(xué).分析化學(xué)（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1982.