水泥中三氧化硫含量的電導(dǎo)法測(cè)定及影響因素分析

郭維維

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

水泥生產(chǎn)過(guò)程中三氧化硫含量要控制在適宜的范圍內(nèi)，否則水泥會(huì)產(chǎn)生速凝現(xiàn)象，也會(huì)影響到后期的強(qiáng)度及其他性能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:三氧化硫的含量在硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥及火山灰水泥中應(yīng)在3.5%內(nèi)，其含量在礦渣水泥中應(yīng)小于4.0%[1]。盡管測(cè)定水泥中SO3的含量可以采用重量法、高速分析法[2]和電導(dǎo)滴定法[3]等多種方法，但重量法由于操作復(fù)雜難以滿足實(shí)際需要；高速分析法需要特殊的添加劑;電導(dǎo)滴定法還未進(jìn)行過(guò)這方面的相關(guān)研究，因而本文采用電導(dǎo)滴定法對(duì)水泥中SO3的含量進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，同時(shí)對(duì)影響結(jié)果的因素進(jìn)行分析。

1 儀器、試劑

本試驗(yàn)儀器主要有數(shù)字電導(dǎo)率儀（DDS-IIA型）、電導(dǎo)電極（DJS-1型）、電磁加熱攪拌器（78-1型）。采用的試劑為0.100 mol/L BaCl2標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液和0.010 mol/L Na3PO4標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

稱取磨細(xì)水泥樣品0.500 0 g經(jīng)（105±5）℃烘干后置于200 mL的燒杯中，并加入100 mL熱蒸餾水后于電磁加熱攪拌器上攪拌大約7 min后，將1～2滴1%的酚酞指示劑滴入燒杯，用稀鹽酸（1∶10）調(diào)溶液至無(wú)色，將BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入其中，由于BaSO4沉淀的生成導(dǎo)致溶液電導(dǎo)率變化，根據(jù)此確定滴定終點(diǎn)。

2.2 試驗(yàn)基本原理

水泥中大都是可溶性的的硫酸鹽，因此，當(dāng)在水泥樣品中加入熱水后，硫酸根離子與BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液發(fā)生以下反應(yīng)：SO4-2+Ba2++2Cl-=BaSO4↓+2Cl-產(chǎn)生BaSO4沉淀，沉淀的不斷生成，使得SO4-2離子不斷減小，而溶液中Cl-不斷增加，接近滴定點(diǎn)時(shí)，Cl-濃度增加較快，溶液的電導(dǎo)率增加;滴定點(diǎn)過(guò)后，BaSO4沉淀基本不再生成，BaCl2溶液的繼續(xù)加入，使得溶液中離子濃度持續(xù)增加，電導(dǎo)率上升幅度較大，如圖1電導(dǎo)滴定曲線圖所示，在該曲線上有一個(gè)拐點(diǎn)比較明顯，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為滴定終點(diǎn)，采用二次微商法或切線法可確定此拐點(diǎn)[3]，根據(jù)滴定終點(diǎn)BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積V，按公式（1）即可求出水泥中SO3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù):

式中:Wso3為水泥中SO3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（%）；C為標(biāo)準(zhǔn)溶液中BaCl2的摩爾濃度，mol/L；V為BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴定體積，ml；SO3的摩爾質(zhì)量，g為80；m為水泥樣品的質(zhì)量，g。

3 試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

3.1 電導(dǎo)法測(cè)定水泥樣品溶液的電導(dǎo)率隨BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液體積變化的規(guī)律

表1為試驗(yàn)時(shí)BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定體積對(duì)溶液電導(dǎo)率的影響規(guī)律，其相應(yīng)的變化曲線如圖1所示，通過(guò)切線法可知滴定終點(diǎn)BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積V≈0.89 mL。

將水泥質(zhì)量m=0.500 4 g，V≈0.89 mL代入計(jì)算公式（1），通過(guò)計(jì)算可知此樣品中SO3含量為:

表1 電導(dǎo)滴定中溶液的電導(dǎo)率變化

圖1 溶液電導(dǎo)率隨BaCl2體積變化規(guī)律

3.2 電導(dǎo)法測(cè)定結(jié)果與重量法結(jié)果的對(duì)比

表2及表3分別為水泥中SO3含量用電導(dǎo)法和重量法兩種不同方法測(cè)得的6次結(jié)果，通過(guò)對(duì)比可以看出，兩種方法的試驗(yàn)結(jié)果基本一致，而且對(duì)比測(cè)定過(guò)程，電導(dǎo)法每個(gè)樣品大約需要40 min，操作簡(jiǎn)單而快速。

表2 水泥中SO3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（電導(dǎo)法）

表3 水泥中SO3的含量（重量法）

4 影響電導(dǎo)法測(cè)定結(jié)果的因素分析

4.1 溶液pH值對(duì)結(jié)果的影響

在用電導(dǎo)法對(duì)結(jié)果測(cè)定的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)結(jié)果受溶液的pH值影響較大，溶液的pH值太大，會(huì)導(dǎo)致Ba2+的水解加快，對(duì)SO3含量的測(cè)定有影響；反之，如果pH值太小，電導(dǎo)率變化曲線上拐點(diǎn)不明顯，難以確定滴定終點(diǎn)。為了研究該影響過(guò)程，調(diào)水泥樣品溶液至不同pH值測(cè)定其SO3的含量，并與重量法的測(cè)定結(jié)果（1.42%）進(jìn)行比較，如表4所示。由表可知，溶液的pH值在5~9范圍內(nèi)時(shí)，用電導(dǎo)法測(cè)定水泥中SO3含量結(jié)果較好。

4.2 水泥樣品溶解的溫度及攪拌時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

表5為電導(dǎo)法測(cè)定時(shí)在不同溶解溫度及攪拌時(shí)間情況下的測(cè)定結(jié)果，括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為與重量法測(cè)定結(jié)果對(duì)比的絕對(duì)誤差（標(biāo)準(zhǔn)值為1.42%），由表5可以看出：溶液溫度的升高及攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)都會(huì)使得電導(dǎo)法測(cè)定結(jié)果越來(lái)越準(zhǔn)確，溶解樣品溶液的溫度大于70℃，攪拌時(shí)間長(zhǎng)于7 min測(cè)定結(jié)果比較準(zhǔn)確，測(cè)定的相對(duì)誤差在±3%以內(nèi)。

5 結(jié)論

1）水泥中SO3含量的測(cè)定用電導(dǎo)滴定法準(zhǔn)確性較高同時(shí)該法操作簡(jiǎn)單、快速、受干擾因素少，每個(gè)樣品完成測(cè)定大約需40 min。

2）溶液的pH值和溶解樣品的溫度及時(shí)間對(duì)電導(dǎo)法測(cè)定水泥中SO3含量的結(jié)果影響較大，pH值在5～9左右，測(cè)定的結(jié)果比較準(zhǔn)確。

表4 不同溶液pH值下電導(dǎo)滴定法測(cè)水泥樣品中SO3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

表5 溶解水泥樣品溶液的溫度與攪拌時(shí)間對(duì)SO3質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的影響

［1］中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院中國(guó)建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心.GB/T176-2008水泥化學(xué)分析方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［2］楊文安，余乃越，玻璃和水泥中三氧化硫的高速分析.［M］//理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2001：64-65.

［3］顧鴻語(yǔ)，王遵堯.石膏和水泥中三氧化硫含量的電導(dǎo)滴定［J］.分析化學(xué)，1997（10）:1236.