硫酸钡重量法测定水泥中三氧化硫的应用分析

古丽扎提 董茂花

硫酸钡重量法测定水泥中三氧化硫的应用分析

古丽扎提 董茂花

针对水泥检测中三氧化硫测定的重要性,就硫酸钡重量法测定水泥三氧化硫的方法原理及试验步骤进行了分析,并对其影响因素及操作要点作了阐述,以提高测定结果的准确度和精确度。

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水泥中的 SO3可以有效地控制和调节水泥的凝结时间,还可以提高强度,降低收缩性,改善抗冻、耐蚀和抗渗性等物理性能。但 SO3超过一定限量后,会引起水化后水泥石的体积膨胀,破坏水泥石结构。因此在水泥检测中,三氧化硫的测定比较重要。

1 方法原理

将水泥试样经酸溶后,一次分离不溶残渣等,加入适量的氯化钡溶液,使溶液中的和加入的离子生成BaSO4沉淀。

沉淀经过样品溶解、沉淀、过滤、洗涤、灰化、灼烧和称量后,即可得到硫酸钡的质量,进而可计算出试样中的三氧化硫的含量。

2 试验步骤

2.1 样品溶解

称取约 0.5g试样,精确至 0.000 1g,置于 200m L烧杯中,加入约 40m L水,搅拌使试样完全分散,在搅拌下加入 10mL盐酸(1+1),用平头玻璃棒压碎块状物,加热煮沸并保持微沸(5±0.5)m in。用中速滤纸过滤,用热水洗涤 10次 ～12次,滤液及洗液收集于 400m L烧杯中。

2.2 沉淀

在上述溶液中加水稀释至约 250mL,玻璃棒底部压一小片定量滤纸,盖上表面皿,加热煮沸,在微沸下从烧杯口缓慢逐滴加入10mL热的氯化钡溶液,继续微沸 3min以上使沉淀良好地形成。

2.3 陈化

沉淀完毕后,在常温下静置 12 h～24 h或温热处静置至少4h,此时的溶液体积应保持在约 200mL。

2.4 过滤、洗涤沉淀

用慢速定量滤纸过滤沉淀,以温水洗涤,直至检验无氯离子为止。

2.5 灰化、灼烧和称量

将沉淀及滤纸一并移入已灼烧恒重的瓷坩埚中,灰化完全后,放入 800℃～900℃的高温炉内灼烧 30min,取出坩埚,置于干燥器中冷却至室温后称量,反复灼烧,直至恒重。

3 方法提要

在测定过程中要掌握沉淀硫酸钡的条件,硫酸钡结晶初生成时比较细小,应严格遵守晶形沉淀的条件,以便获得相对大颗粒的晶形沉淀,便于过滤和洗涤。

为得到相对大的颗粒结晶,必须减少沉淀一开始时溶液中硫酸钡的相对过饱和度,使沉淀与溶液中 SO2-4相遇的瞬间生成数目较少的晶核,才能使较少的晶核逐渐长大成为较大的晶体;如果相对过饱和度大,瞬间生成很多晶核,在此后加入沉淀剂时,各晶核竞相生长,必然得到极多的极细小的晶体甚至成为无定型沉淀,将很难过滤和洗涤,给分析结果造成误差。

4 影响因素及操作要点

影响分析结果的因素主要有水泥试样的分解、溶液浓度、溶液温度、滴加沉淀剂的速度、陈化过程的控制等。为提高检测结果的准确度,在检测过程中要注意以下影响因素及试验操作要点。

4.1 减少试样分解时的干扰因素

1)分解水泥试样时,称取约 0.5 g试样置于 200m L干烧杯中,加入约 40 mL水,搅拌使其分散,用 10mL盐酸分解试样,盖上表面皿,低温微沸(5±0.5)min,以便驱尽硫化氢,以免硫化物干扰测定。

2)水泥中的不溶物要过滤除去。

3)用盐酸分解水泥试样时,切勿加入硝酸。因为水泥中可能含有硫化物,特别是矿渣水泥中的硫化物含量较高,如加入硝酸,则硫化物被氧化成硫酸,会使测定结果偏高。

4.2 控制形成大颗粒晶体沉淀的条件

1)应在适当稀的溶液中进行沉淀。

试验溶液和沉淀溶液均应为适当的稀溶液,以减少沉淀反应开始时溶液中硫酸钡的相对过饱和度,使均相成核作用不显著,容易得到大颗粒的晶形沉淀。同时,由于溶液稀,杂质的浓度减少,沉淀被玷污程度也相应减少,有利于得到纯净的沉淀。在测定水泥试样的三氧化硫时,用 0.5 g试样最后制成约 250m L溶液,沉淀剂为 100 g/L氯化钡溶液。但溶液也不能过稀,以免BaSO4沉淀溶解损失增大。

2)应在不断搅拌下,缓慢地加入沉淀剂。

通常,当沉淀剂加入到试液中时,由于来不及扩散,所以在两种溶液混合的地方,沉淀剂的浓度比溶液中其他地方的浓度高,形成“局部过浓”现象。局部过浓使得部分溶液的相对过饱和度变大,导致均相成核,易获得颗粒较小、纯度差的沉淀。在不断地搅拌下,缓慢的加入沉淀剂,防止因试验溶液中氯化钡局部过热而生成过多的晶核,可以采用微热法代替搅拌,减小局部过浓,切不可将 10m L氯化钡溶液一次全部倒入试验溶液中。

3)应在热溶液中进行沉淀。

试验溶液应在微沸条件下用氯化钡溶液进行沉淀,加入沉淀剂后应继续加热微沸 3min以上使沉淀良好的形成。一方面可增大沉淀硫酸钡的溶解度,降低溶液的相对过饱和度,以便获得大的晶粒;另一方面又能减少硫酸钡沉淀对杂质的吸附量。此外,升高溶液的温度,可以增加构晶离子的扩散速度,从而加快了晶体的成长。沉淀完毕后冷却至室温后再过滤,可减少硫酸钡沉淀在热溶液中的溶解损失。

4)应对沉淀进行陈化处理。

在硫酸钡沉淀完毕以后,将沉淀连同溶液一起在温热处放置4h以上或在室温放置过夜,即为“陈化”。静置和过夜的过程中会出现以下情况：

a.可使小晶体不断溶解,大晶体不断长大。因为在同样条件下,小晶体溶解度比大晶体的溶解度高,在同一溶液中,对大晶体为饱和溶液时,对小晶体则为不饱和溶液。因此,小晶体不断溶解,逐渐消失,大晶体不断长大;

b.能使沉淀变得更加纯净,因为晶粒变大后,比表面积减小,吸附杂质量也就减少;同时,由于小晶粒溶解,原来吸附、吸留或包夹的杂质,亦将重新进入溶液中,因而提高了硫酸钡沉淀的纯度。

4.3 操作时的注意事项

1)确保试验用烧杯、量筒、漏斗等玻璃器皿洁净、干燥、无破损。试验用水应符合GB/T 6682中的三级水,所用试剂为分析纯。

2)母液过滤后对硫酸钡沉淀进行洗涤时要用温水洗涤,每次洗涤时要尽可能地将前次的洗涤液滴漏完全后,再加下一份洗涤液洗涤,直至用硝酸银溶液检验无氯离子为止。

3)沉淀在灼烧前应将滤纸充分灰化。如有未燃尽的炭粒存在,将沉淀直接置于高温下灼烧时,可能会有部分的硫酸钡被还原成硫化钡,使测定结果偏低,反应式如下：

4)灰化、灼烧前要先灼烧空坩埚至恒重,灼烧温度和时间必须要同灼烧沉淀时的温度和时间相一致。

5 结语

硫酸钡重量法测定水泥三氧化硫含量的试验过程看似简单,实际操作却比较复杂,任何一步操作失误,都会影响最后的分析结果。因此,检测员必须认真对待每一步试验操作,认真领悟试验的原理及各个操作过程对试验结果的影响。

[1]GB/T 176-2008,水泥化学分析方法[S].

[2]周立正,梁 颐,周宇辉.水泥与质量控制实用操作技术手册[M].北京：中国建材工业出版社,2006：9.

[3]张铁垣,程泉寿,张仕斌.化验员手册[M].北京：中国电力出版社,1996.

[4]武汉大学.分析化学[M].第 4版.北京：高等教育出版社,2000.

Analysis on the app lication of barium sulfate gravimetric method for the determ ination of su lphur trioxide in cement

Gu lizhati DONG Mao-hua

In view of the importance of sulphur trioxide determ ination in cement detection,this paper analyzes principle and teststeps of barium sulfate gravimetric method for the determination of sulphur trioxide in cement,and expounds it influential factors and operation points,so as to improve the precision and accuracy of detection results.

cement,sulphur trioxide,barium sulfate gravimetric method,determination

TU525

A

1009-6825(2011)03-0112-02

2010-09-24

古丽扎提(1983-),女,助理工程师,新疆伊犁河流域开发建设管理局,新疆乌鲁木齐 830000

董茂花(1963-),女,工程师,新疆伊犁河流域开发建设管理局,新疆乌鲁木齐 830000