氟硅酸鉀容量法檢測二氧化硅操作優(yōu)化試驗(yàn)研究

摘 要：氟硅酸鉀容量法檢測二氧化硅是水泥過程質(zhì)量控制首選方法，但是實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)對測定結(jié)果的影響較大。通過正交實(shí)驗(yàn)分析操作關(guān)鍵因素由主到次為KCl加入量—KCl/KF加入方法—陳化方式—陳化時(shí)間，選出最優(yōu)操作為“先加10mLKF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷卻10min，再加7g KCl，攪拌10min”，其他操作與GB/T 176-2017相關(guān)要求一致。優(yōu)化后的操作采用定量KCl加入方式，操作人員易掌握，并且縮短了操作時(shí)間。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該優(yōu)化操作對熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂巖均適用。

關(guān)鍵詞：氟硅酸鉀容量法；正交試驗(yàn)；極差分析文章編號：2095-4085（2024）06-0203-03

0 引言

氟硅酸鉀容量法檢測二氧化硅快速、簡便，較適合水泥企業(yè)過程質(zhì)量控制，是氯化銨稱量分析法所不及的。前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，檢驗(yàn)人員對該操作掌握不佳，主要表現(xiàn)在檢測結(jié)果穩(wěn)定性較差等方面。

氟硅酸鉀容量法的影響因素較多，下面采用正交試驗(yàn)對操作主要影響因素進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究，分析各因素主次關(guān)系和最佳水平。

1 試驗(yàn)方案

根據(jù)調(diào)研并查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，本次實(shí)驗(yàn)以GB/T 176-2017中氟硅酸鉀容量法為基礎(chǔ)，選擇其中的

KCl/KF加入方法、KCl加入量、陳化方式、陳化時(shí)間作為本次實(shí)驗(yàn)的因素，其他操作同GB/T 176-2017一致。每個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平，因素-水平表詳見表1。使用L9（34）正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案見表2。以檢驗(yàn)

誤差為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，每組實(shí)驗(yàn)仿行數(shù)為2，即每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2次，如2次檢測結(jié)果絕對誤差滿足重復(fù)性限要求，取平均值作為該組實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)誤差。如超差，需重新檢驗(yàn)，直至二者絕對誤差滿足重復(fù)性限要求。

實(shí)驗(yàn)順序隨機(jī)化運(yùn)行，測量系統(tǒng)保持不變，即由同一實(shí)驗(yàn)人員在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件、藥品、儀器等均保持不變。

實(shí)驗(yàn)樣品采為國家水泥質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心研制的GSB 08-1355-2014水泥熟料成分分析標(biāo)準(zhǔn)樣品，標(biāo)準(zhǔn)樣品的SiO2標(biāo)準(zhǔn)值為22.07%，LOI標(biāo)準(zhǔn)值0.60%，LOI檢測值為0.85%，SiO2校正標(biāo)準(zhǔn)值按式1計(jì)算。

SiO2校正標(biāo)準(zhǔn)值=SiO2標(biāo)準(zhǔn)值×100-LOI檢測值100-LOI標(biāo)準(zhǔn)值=22.07%×100-0.85100-0.60=22.01%式1

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及統(tǒng)計(jì)量見表3。

依極差畫出指標(biāo)-因素圖（圖1），定出因素的主次為：

B（KCl加入量）—A（KCl/KF加入方法）—C（陳化方式）—D（陳化時(shí)間）

2.1 因素B和A

各因素中對檢驗(yàn)結(jié)果影響最大的是B和A。二者間交互作用的二元效應(yīng)表詳見表4，由此繪制交互作用圖詳見圖2。

B1所對應(yīng)的檢驗(yàn)誤差均較高。B3的檢驗(yàn)誤差較低，但是在實(shí)際檢驗(yàn)過程中，檢驗(yàn)人員不易準(zhǔn)確把握B3=KCl過量2g，而B2=7gKCl則容易操作，因此選擇B2水平。

B2A2檢驗(yàn)誤差最低，為0.10%。即KCl加入量為7g，加入方法為“KF→冷卻→KCl”時(shí)檢驗(yàn)誤差最低，即圖中紅色圓圈內(nèi)的點(diǎn)。因此從可操作性和檢驗(yàn)誤差最小化方面考慮，選定B2A2操作，即先加KF→冷卻→KCl定量加入7g。

2.2 因素C

圖3為A與C交互作用圖。從圖3中可見A2C3所對應(yīng)的檢驗(yàn)誤差最低，因此C“陳化方式”選擇C3=攪拌。

2.3 因素D

圖4為C與D交互作用圖。從圖4中可以看出C3D1的檢驗(yàn)誤差最低，因此D“陳化時(shí)間”選擇D1=10min。

綜上，最佳組合為B2A2C3D1，代表的實(shí)驗(yàn)操作方法：先加10mLKF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷卻10min，再加7g KCl，攪拌10min。該組合是本次正交試驗(yàn)第5組實(shí)驗(yàn)，其檢驗(yàn)誤差為0.10%，為所有實(shí)驗(yàn)中最低值。

3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

上述正交實(shí)驗(yàn)選用試驗(yàn)樣品為熟料，為進(jìn)一步驗(yàn)證最佳實(shí)驗(yàn)操作方法對其它類別試樣是否適用，選取國家標(biāo)準(zhǔn)樣品生料、水泥、粘土、粉煤灰、砂巖用該方法進(jìn)行檢測，結(jié)果詳見表5。

由表5可看出各組實(shí)驗(yàn)絕對誤差均低于GB/T 176-2017《水泥化學(xué)分析方法》中規(guī)定的氟硅酸鉀容量法測定結(jié)果重復(fù)性限要求。經(jīng)驗(yàn)證正交實(shí)驗(yàn)所得最佳實(shí)驗(yàn)操作方案對熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂巖均適用。

4 結(jié)論

通過正交實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分析，選出最優(yōu)操作“先加10mL KF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷卻10min，再加7g KCl，攪拌10min”，其他操作與GB/T 176-2017相關(guān)要求一致。優(yōu)化后的操作采用定量KCl加入方式，操作人員易掌握，并且縮短了操作時(shí)間。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該操作對熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂巖均適用。

這與張紹周等人提出的“改進(jìn)氟硅酸鉀容量法（大體積中和法）”中的氟硅酸鉀沉淀操作基本一致。氯化鉀按計(jì)算量定量加入，而不必加至過飽和且過量2g。一是簡化了加入氯化鉀的操作過程，按規(guī)定量加入硝酸、氟化鉀和氯化鉀之后，攪拌10min，氟硅酸鉀即已定量生成且經(jīng)過了陳化，加快了分析速度，且避免了氟鋁酸鹽沉淀的生成；二是氟硅酸鉀沉淀中無固體氯化鉀摻雜，沉淀的洗滌十分容易，速度快，減少了氟硅酸鉀水解的傾向，也避免了未溶氯化鉀晶體中夾裹的酸可能造成的影響［1］。

參考文獻(xiàn)：

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