水玻璃舊砂殘余Na2O 測定方法

王清甲，馮 瑤，金廣明，魏 甲，劉洪濤

（1.中國鐵路總公司駐沈陽車輛驗收室， 遼寧 沈陽 110142 ；2.北方工業(yè)大學，北京 100043；3.沈陽匯亞通鑄造材料有限責任公司，遼寧 沈陽 110136）

過去我國鑄鋼件大部分采用水玻璃吹CO2工藝，水玻璃加入量高，型、芯潰散性不好，舊砂不能干法再生回用，舊砂大量排放，因此對舊砂質(zhì)量控制不嚴格。近10年，酯固化水玻璃自硬砂已廣泛應用，該工藝舊砂可干法再生回用，再生砂質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性和鑄件質(zhì)量，而再生砂殘余Na2O含量是控制再生砂質(zhì)量的關(guān)鍵指標。目前尚未測定水玻璃舊砂殘余Na2O含量的標準方法，國內(nèi)很多企業(yè)采用《鑄造手冊》4.2.2.9水玻璃再生砂中Na2O含量的測定方法[1]，該法不需專門設(shè)備和儀器，常規(guī)實驗室均可實施，但是，該法的測定值存在誤差，需要完善。

1 酯固化水玻璃砂舊砂表面特性

酯固化水玻璃砂舊砂砂粒表面包覆一層固化的水玻璃膜，成分很復雜，其主要成分為：Na2O.mSiO2、CHaCOONa、Na2CO3，其 中CH3COONa、Na2CO3是易溶于水的鹽，水玻璃聚合時硅酸不生成長直鏈的聚合物卻傾向于生成環(huán)狀和雙環(huán)籠狀聚合物，該聚合物可把Na+包括在環(huán)籠內(nèi)[3]。其中30%～40%形成難溶于水的硅酸鹽，這部分硅酸鹽中的Na2O用方法測不出來，形成檢測誤差。

2 水玻璃舊砂中Na2O 含量的測定方法

2.1 《 鑄造手冊》參考方法[1]

2.1.1 主要儀器和試劑

天平（感量為0.001g）、三角燒杯等

甲基紅指示劑（即質(zhì)量分數(shù)0.1%的甲基紅乙醇溶液，）、濃度為0.5mol/L的鹽酸標準溶液、蒸餾水等。

2.1.2 試驗步驟

稱取50g（精確至0.1g）水玻璃再生砂，放入250mL的三角燒杯中，加入蒸餾水100mL，充分攪拌后，再加入甲基紅指示劑8滴～12滴，用濃度為0.5mol/L的鹽酸標準溶液滴定，試液由綠變紅即為終點，記下鹽酸標準溶液消耗的毫升數(shù)，試樣中Na2O含量按下式計算。

式中：ω（Na2O）—Na2O的質(zhì)量分數(shù)，%；

CHC1—鹽酸標準溶液的濃度，mol/L；

V——濃度為0.5mol/L的鹽酸標準溶液的消耗量，mL；

m——試樣的質(zhì)量，g；

62——Na2O的摩爾質(zhì)量，g/mol.

2.2 Q/HYT-5-2012 酯固化水玻璃舊砂殘余Na2O測定方法

（Q/HYT-5-2012法為沈陽匯亞通鑄造材料有限責任公司企業(yè)標準）

2.2.1 所需試劑和儀器試劑

1）磁力加熱攪拌器（78-1型）；

2）電子秤（分度值0.01g）；

3）燒杯（200mL）；

4）洗瓶（500mL）；

5）移液管（10mL）；

6）量筒（100mL）；

7）堿試滴定管（25mL）；

8）溫度計（100℃）；

9）蒸餾水；

10）標準0.5NH2SO4溶液；

11）標準0.5NNaOH溶液；

12）溴甲酚綠—甲基紅指示劑（3∶1）.

3份0.1 %溴甲酚綠乙醇溶液與1份0.2%甲基紅乙醇溶液混合，搖勻。

2.2.2 標準溶液的配制與標定

1）0.5 NNaOH溶液的配制①配制NaOH標準溶液

稱取20g（精確到0.01g）NaOH固體，放入盛有500ml蒸餾水的大燒杯中，待固體全部溶解，轉(zhuǎn)移到1000ml的容量瓶內(nèi)，洗干凈大燒杯并把洗液也轉(zhuǎn)移到容量瓶內(nèi)，加蒸餾水到刻線。

②標定

稱取3g于105℃～110℃烘至恒重的基準苯二甲酸氫鉀（精確0.0002g），溶于80ml不含CO2的水中，加2～3滴1%酚酞指示劑，用0.5NNaOH溶液滴定到溶液呈粉紅色與標準色相同，同時作空白試驗。

③標準NaOH溶液的當量濃度按下式計算：

式中：N2—標準NaOH溶液的濃度；

G1—苯二甲酸氫鉀的質(zhì)量，g；

V1—NaOH溶液，ml；

V2—空白試驗NaOH溶液的量，ml；

0.2042 —每毫克當量苯二甲酸氫鉀的質(zhì)量，g.

2）0.5 NH2SO4溶液的配制

①配制標準溶液：量取15ml濃H2SO4，緩緩的注入盛有1000ml蒸餾水的容量瓶中，冷卻，搖勻。

②標定：稱取1.5g于270℃～300℃灼燒到恒重的基準無水碳酸鈉（精確到0.0002g），溶于50ml水中，加10滴溴甲酚綠——甲基紅指示劑，用0.5NH2SO4溶液滴定到溶液預由綠色為暗紅色，煮2min，冷卻后繼續(xù)滴定到溶液呈現(xiàn)暗紅色，同時作空白試驗。

③標準H2SO4溶液濃度按下式計算：

式中：N1—標準H2SO4溶液濃度；

G2—無水碳酸鈉的質(zhì)量，g；

V3—H2SO4溶液的用量。ml；

V4—空白試驗H2SO4溶液的用量，ml；

0.05299 —每毫克當量Na2CO3，g.

2.2.3 酯固化水玻璃舊砂Na2O測定步驟

1）取200ml燒杯，用蒸餾水把內(nèi)壁洗凈；

2）準確稱取樣砂10g（精確到0.01g）放入燒杯中；

3）用量筒取100ml蒸餾水倒入燒杯內(nèi)，再用移液管準確量取10ml0.5NH2SO4溶液，也倒入燒杯中；

4）把燒杯外部的水擦凈，放在磁力攪拌器上，打開電源，加熱并開始攪拌（攪拌速度逐步加快，防止液體外濺），同時將溫度計插入燒杯中（此時注意調(diào)整攪拌棒的位置，使砂子全部攪動起來）。

5）當溫度升高到80℃開始計時，在80℃～86℃下持續(xù)加熱攪拌30min，然后停止加熱攪拌，用蒸餾水沖洗溫度計2遍～3遍，再用蒸餾水把燒杯內(nèi)壁沖洗干凈。

6）把燒杯放入冷水中，使溫度降至室溫，加入8滴～10滴溴甲酚綠—甲基紅指示劑，然后用0.5N NaOH溶液滴定，當溶液由暗紅色變?yōu)闇\綠色即為滴定終點，記下耗堿量V.

2.2.4 舊砂殘余Na2O計算

式中：N1—H2SO4標準溶液的當量濃度；

N2—NaOH標準溶液的當量濃度；

V—消耗NaOH溶液的體積，ml；

G—稱取試樣的重量，g；

0.031——Na2O計算系數(shù)。

3 檢測結(jié)果分析

取酯固化水玻璃再生砂1#、CO2硬化水玻璃砂舊砂2#、酯固化水玻璃砂3#、4#，用2.1方法檢測時，試樣分別用常溫攪拌40min，加熱80℃～86℃下攪拌40min，試樣用水浸泡24h后，常溫攪拌40min，三種方法測定，檢測結(jié)果列入表1.表1檢測結(jié)果表明用蒸餾水僅能溶解部分硅酸鈉，加熱攪拌溶解度增加，但是，仍有30%～40%硅酸鈉沒溶解。

Q/HYT-5-2012酯固化水玻璃舊砂殘余Na2O測定方法，在舊砂樣的水溶液中加入足量硫酸，并在80℃～86℃下持續(xù)加熱攪拌30min，促使Na2O.mSiO2中的Na+離子和硫酸充分反應，生成硫酸鈉溶入水中，使檢測結(jié)果更準確。

表1 Na2O 質(zhì)量分數(shù) （%）

[1]黃天佑.造型材料[M］//鑄造手冊：第4卷.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]朱純熙.水玻璃砂基礎(chǔ)理論[M］.上海：上海交通大學出版社，2000.