探究水泥中堿含量測(cè)定的準(zhǔn)確性

徐 梁

（新宇建設(shè)工程材料檢測(cè)有限公司，河北 秦皇島 066000）

探究水泥中堿含量測(cè)定的準(zhǔn)確性

徐 梁

（新宇建設(shè)工程材料檢測(cè)有限公司，河北 秦皇島 066000）

堿含量測(cè)定是水泥生產(chǎn)和質(zhì)量控制的關(guān)鍵部分，通過(guò)火焰光度測(cè)定水泥中堿含量的過(guò)程較為復(fù)雜，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。對(duì)此，本文分析了火焰光度法測(cè)定堿含量的方法原理、影響因素以及測(cè)定步驟，進(jìn)而提出了有效提高堿含量測(cè)定準(zhǔn)確性的應(yīng)對(duì)措施。

水泥；堿含量；檢測(cè)

眾所周知，生產(chǎn)水泥的原料中含有鉀和鈉，而水泥生產(chǎn)工藝或在建筑中，這兩種物質(zhì)屬于有害成分。在煅燒水泥過(guò)程中，高溫會(huì)蒸發(fā)一部分鉀鈉，其他部分則會(huì)存于熟料的玻璃相中。如果鉀鈉含量較高，還會(huì)生成堿礦物，或與 S042-形成黏性極大的K2SO4或Na2S04，這種固體物質(zhì)堆積于預(yù)熱器或燒成帶及預(yù)分解帶過(guò)渡部分上，導(dǎo)致無(wú)法正常的生產(chǎn)。同時(shí)，水泥使用過(guò)程中，堿含量較高會(huì)引起堿—骨料反應(yīng)，形成堿的硅酸鹽凝膠體，混凝土則會(huì)增大體積并形成蛛網(wǎng)狀的龜裂，破壞了工程結(jié)構(gòu)。因此，測(cè)定水泥的堿含量，具有十分重要的意義。通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007中規(guī)定：“水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計(jì)算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中堿含量不得＞0.60%或由買(mǎi)賣(mài)雙方協(xié)商確定”。因此，我們通常在資料中看到的堿含量R2O指的就是Na2O+0.658K2O的計(jì)算值。生產(chǎn)工藝上控制堿含量主要通過(guò)使用低堿原料來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，就火焰光度法測(cè)定水泥中堿含量的準(zhǔn)確性進(jìn)行探討。

1.測(cè)定原理及步驟

1.1 測(cè)定原理

測(cè)定水泥中堿含量的方法主要包括原子吸收光譜法、火焰光度法和X射線熒光分析法等，其中火焰光度法是GB／T176—2008《水泥化學(xué)分析方法》規(guī)定的基準(zhǔn)法，這種方法測(cè)定結(jié)果較為準(zhǔn)確，業(yè)界普遍采用。元素都具有其特征光譜，測(cè)定元素被激發(fā)就會(huì)發(fā)射出特征光譜，利用濾光片可分離鉀和鈉的譜線，并通過(guò)儀器來(lái)測(cè)定光譜能量。通常譜線的強(qiáng)弱與測(cè)定元素含量成正比，在一定的范圍內(nèi)形成了簡(jiǎn)單的線性函數(shù)關(guān)系。所以，通過(guò)火焰光度法來(lái)測(cè)定光譜能量的強(qiáng)弱，就可準(zhǔn)確判定元素含量的高低。

1.2 測(cè)定步驟

根據(jù)GB／TI76-2008標(biāo)準(zhǔn)中堿含量的測(cè)定方法，稱(chēng)取0.2試樣，精確至0.0001g，放入鉑皿中，之后取少量水潤(rùn)濕，并加人5～7 mL氫氟酸和15～20 滴硫酸(1+1)，置于通風(fēng)櫥內(nèi)的電爐上加熱，先使氫氟酸蒸發(fā)，之后繼續(xù)加熱把三氧化硫白煙驅(qū)盡，并取下進(jìn)行冷卻。在加入40～50mL熱水，溶解殘?jiān)尤?滴2g／L甲基紅指示劑，用氨水（1+1）中和為黃色，之后加入10 mL100g／L碳酸銨溶液進(jìn)行攪拌，并進(jìn)行加熱沸騰并持續(xù)20～30min。用快速濾紙對(duì)液體進(jìn)行過(guò)濾和洗滌，并收集于100mL容量瓶中進(jìn)行冷卻。再用鹽酸（1+1）中和為微紅色，并用水稀釋至標(biāo)線。最后，把火焰光度計(jì)調(diào)節(jié)為最佳狀態(tài)，嚴(yán)格按照儀器使用章程進(jìn)行測(cè)定，并查出工作曲線上試驗(yàn)溶液中鉀鈉的含量，再根據(jù)公式來(lái)處理數(shù)據(jù)。

1.3 測(cè)定處理方法

任何定量分析儀器不同于化學(xué)分析方法，需要參照一系列的數(shù)值來(lái)檢驗(yàn)準(zhǔn)確度，任何一臺(tái)儀器在沒(méi)有參照值的基礎(chǔ)上都能檢測(cè)出物質(zhì)的含量，火焰光度法測(cè)定鉀鈉也能應(yīng)用。在實(shí)際中，測(cè)定處理的方法包括工作曲線法和比較法。利用工作曲線法來(lái)處理測(cè)定數(shù)據(jù)，先按照一定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)配置待測(cè)元素的比對(duì)溶液，要用火焰光度計(jì)分別測(cè)定溶液中待測(cè)元素的輻射強(qiáng)度，并以檢流計(jì)讀數(shù)與對(duì)應(yīng)的濃度來(lái)繪制工作曲線，按照工作曲線的測(cè)定條件來(lái)選取樣品溶液的讀數(shù)，并查出相應(yīng)的濃度和算出被測(cè)元素的百分含量。 還可用比較法來(lái)測(cè)定，選取兩個(gè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，確保試樣溶液的濃度在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液之間，并測(cè)定其光譜強(qiáng)度。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為c1，c2，檢測(cè)器讀數(shù)為a2，a1，試樣溶液中待測(cè)濃度為cx，檢測(cè)器度數(shù)為ax，通過(guò)公式：來(lái)測(cè)定出數(shù)據(jù)。

1.4 火焰光度計(jì)燃料的選用

在測(cè)定堿含量過(guò)程中，火焰光度計(jì)選用汽油或液化石油氣為燃料。使用汽油時(shí)，要先注入氣化缸內(nèi)3000mL的汽油，并保留1／3的空間。之后，往一端注入壓縮空氣，使其在在汽油液面下冒泡翻滾，進(jìn)入上方的1／3的空間，接著用導(dǎo)管引入儀器燃?xì)膺M(jìn)口使用。因所選用燃料為汽油和空氣的混合物，要具備一定的溫度條件，能夠使汽油氣化并燃燒。如氣溫過(guò)低會(huì)導(dǎo)致無(wú)法氣化，也不易燃燒。一般溫度條件下，可考慮用93號(hào)汽油。使用液化石油氣為燃料時(shí)，可把儀器與專(zhuān)用的減壓閥連接，調(diào)整好壓力引燃后即可應(yīng)用，相對(duì)較為方便。

2.測(cè)定過(guò)程的影響因素和控制要點(diǎn)

2.1 測(cè)定過(guò)程的影響因素

測(cè)定水泥中含堿量的過(guò)程較為復(fù)雜、容易產(chǎn)生誤差。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，測(cè)定主要受以下因素影響：（1）儀器環(huán)境的穩(wěn)定性，主要指儀器工作參數(shù)的變化。如測(cè)定過(guò)程中，要考慮燃料氣體和助燃?xì)怏w的壓力及比例、光電池的穩(wěn)定性等。（2）試樣溶液中含有的干擾元素及含量。水泥中所含有的鈣、鋁、鎂、鐵等元素都會(huì)影響測(cè)定結(jié)果。（3）空白值的影響。如測(cè)定過(guò)程中所產(chǎn)生的蒸餾水、多次使用容器被侵蝕、試劑品質(zhì)的好壞與否等這些都會(huì)影響測(cè)定的準(zhǔn)確性。（4） 標(biāo)準(zhǔn)溶液與試樣溶液測(cè)定的同步性。在測(cè)定過(guò)程中，兩種溶液組成德?tīng)査釢舛?、其他離子濃度要保持相近，兩種溶液的測(cè)定時(shí)間要接近。

2.2 測(cè)定過(guò)程控制的要點(diǎn)

在對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行取樣過(guò)程中，不同水泥的含堿量也會(huì)不同，要確保測(cè)量結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)曲線之內(nèi)，就要控制好樣品的稱(chēng)量。如樣品中的K2O、Na2O含量較高，選取樣品量相對(duì)較大，依據(jù)GB／T176—2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定數(shù)值則會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)曲線外，測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確；如選取樣品量較小時(shí)，測(cè)定數(shù)值的誤差會(huì)偏大。GB／T176—2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要稱(chēng)取0.2g樣品，但是不同地區(qū)的原材料有差異，因此生 產(chǎn)的水泥堿含量就有所不同，有些廠家生產(chǎn)的水泥堿含量高，有些廠家生產(chǎn)的水泥堿含量低。根據(jù)測(cè)定結(jié)果偏差控制好樣品稱(chēng)量或?qū)⒅苽涞脑囈哼m當(dāng)稀釋。 同時(shí)，對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行測(cè)定過(guò)程中，要用塑料量具來(lái)取氫氟酸，不得使用玻璃量具，以免腐蝕玻璃量具鈉離子，使測(cè)定結(jié)果偏大。 另外，如水泥中堿含量較高，加熱過(guò)程會(huì)濺出，要不斷搖動(dòng)鉑皿，直至近干，并驅(qū)盡白煙。

3.提高檢測(cè)準(zhǔn)確性的方法與技術(shù)

3.1 提高檢測(cè)準(zhǔn)確性的方法

(1)分離樣品溶液中的干擾元素。眾所周知，水泥中含有的鐵、鎂、鋁不具有明顯干擾Na20、K20測(cè)定，而SiO2和CaO等元素會(huì)嚴(yán)重影響堿含量的測(cè)定，因此，要除去試樣溶液中的這些元素。把氫氟酸一硫酸放入鉑皿中，在電爐上進(jìn) 行低溫加熱，使硅以SiF的形式除去，其反應(yīng)：SiO +4HF→SiF +2H2O↑。用氨水和碳酸銨分離鈣、鎂，在加熱過(guò)程中，溫度不要太高，避免快速分解碳酸銨，導(dǎo)致難以全部分解鈣離子。常見(jiàn)的陰離子中，P03-4抑制了鉀的激發(fā)，而S02-

4、NO2-、HC03-等均不干擾鉀、鈉的測(cè)定。

(2)消除測(cè)定的空白值。首先，要避免蒸餾水、試劑帶人的誤差，配置溶液應(yīng)用超純水，試劑應(yīng)優(yōu)先采用 分析純及以上等級(jí)；第二，堿含量測(cè)定不得與其他分析共用器皿和試劑，以免帶人空白；第三，有些廠生產(chǎn)的容量瓶，其氧化鈉含量較高且易被水侵蝕，而使鈉測(cè)定結(jié)果偏高，故應(yīng)注意容量瓶的選擇；第四，霧化室的霧化效果是儀器正常使用的關(guān)鍵，長(zhǎng)期使用會(huì)阻塞、玷污噴嘴，可自行拆下清洗。 噴嘴應(yīng)對(duì)準(zhǔn)吸樣口的出口，相互距離＜0.5 mm；第五，試樣制備成溶液后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行測(cè)定；第六，處理試樣溶液時(shí)，量取氫氟酸的量杯要用塑料量杯，其他量具、容量瓶及攪拌棒等也都應(yīng)該選用塑料的，否則會(huì)因玻璃腐蝕而帶入空白；第七，用氫氟酸溶樣應(yīng)盡量除盡氟離子，一定要加熱至三氧化硫白煙冒盡，當(dāng)氨水(1+1)中和甲基紅指示劑呈黃色時(shí)，一般消耗氨水(1+1)1至3滴，不能消耗太多，否則說(shuō)明氫氟酸未驅(qū)盡，殘留的氫氟酸對(duì)器皿和儀器的腐蝕將導(dǎo)致結(jié) 果偏高。此外，測(cè)定試樣的同時(shí)，最好進(jìn)行空白試驗(yàn)，并對(duì)測(cè)定結(jié)果加以校正。

(3)檢測(cè)條件的控制。以同一套儀器同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣溶液的測(cè)定，以使兩者的試驗(yàn)條件完全一致。測(cè)定過(guò)程中，燃?xì)夂椭細(xì)鈮毫?yīng)保持穩(wěn)定，以保持火焰的穩(wěn)定性，此外霧化器易被塵埃阻塞，應(yīng)經(jīng)常檢查，另外用完后要用蒸餾水噴洗干凈3--5min。

(5)結(jié)果處理的選擇。眾所周知，工作曲線法雖然方便快捷，但由于標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣溶液的檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)條件變化，如燃?xì)夂椭細(xì)鈮毫氨壤?標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度、火焰大小、光電池的穩(wěn)定性等變化，必將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的系統(tǒng)誤差。因此，在日常生產(chǎn)的質(zhì)量控制中，建議最好選擇比較法對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。3.2堿含量檢測(cè)技巧為提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，降低試樣溶液中堿含量濃度是最佳選擇。 如果K、Na離子的含量足夠低，由上文所提出的比較法公式可知，當(dāng)選擇C1=0時(shí)，公式可簡(jiǎn)化為:

顯然，我們知道只要將K、Na離子的含量控制到足夠低，就可以利用簡(jiǎn)化公式進(jìn)行檢測(cè)，簡(jiǎn)化公式法與標(biāo)準(zhǔn)公式法得到 的K2O和Na2O誤差完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求， 在操作和結(jié)果處理等方面將變得非常簡(jiǎn)單方便。

4.結(jié)論

測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)水泥產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，對(duì)堿含量指標(biāo)進(jìn)行有效的控制具有重要意義。

因此，我們?cè)诠ぷ髦幸粩嗫偨Y(jié)和探索， 確保分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠，正確地指導(dǎo)生產(chǎn)。

[1]中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院水泥所.原材料化學(xué)分析[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]GB／TI76—2008，水泥化學(xué)分析方法[s]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社．2009.

[3]張紹周，辛志軍，倪竹君等．水泥化學(xué)分析[M]．化學(xué)工業(yè)出版社．2007.

[4]華英，王保生，馬挺，等談水泥混凝土總堿含量的測(cè)算與骨料堿含量的測(cè)定[J]．河南建材，2008，(1).

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1007-6344（2016）02-0006-02

徐梁（1983.10—），男，漢族，河北秦皇島人，任職于新宇建設(shè)工程材料檢測(cè)有限公司；