石灰石中二氧化硅含量的快速测定研究

郝 佳,尚玉俊,王秀莉,霍萃萌

(1.郑州大学;2.河南省科学院高新技术研究中心;3.河南省化学研究所,河南郑州 450002)

石灰石中二氧化硅含量的快速测定研究

郝 佳1,尚玉俊2,王秀莉2,霍萃萌3

(1.郑州大学;2.河南省科学院高新技术研究中心;3.河南省化学研究所,河南郑州 450002)

该文介绍了一种快速分析石灰石中二氧化硅含量的有效方法。采用低温熔融样品,当二氧化硅含量小于4%时,采用钼蓝光度法进行分析,当二氧化硅含量大于 4%时,采用重量法与光度法相结合的方法对进行分析,方法简便、快速,且精密度和准确度均能满足分析要求。

石灰石;二氧化硅;钼蓝光度法;重量法

石灰石是制造水泥、石灰、电石的主要原料,是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩。优质石灰石经超细粉磨后,被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、黏结、抛光等产品的制造中。其中的二氧化硅含量分析的准确与否直接影响石灰石的用途及产品质量。对于单纯分析二氧化硅含量的样品而言,传统国标的分析方法分析时间长,操作环节复杂,分析结果偏差较大。经过长期的实验摸索,笔者总结出了一套简单易行,快速准确的实验方法。

1 钼蓝光度法

该方法适用于二氧化硅含量小于 4%的石灰石样品。

1.1 实验方法

1.1.1 试剂与仪器 ①混合熔剂:取二份无水碳酸钠与一份硼酸研磨,混匀。②氢氧化钠。③盐酸 (1+1)。④盐酸(1+14)。⑤无水乙醇。⑥钼酸铵溶液 (60 g·L-1),必要时过滤后使用。⑦草酸 -硫酸混合酸:称取 35 g草酸,溶于 1000 ml硫酸 (1+8)中。⑧硫酸亚铁铵溶液 (6%):称取 6 g硫酸亚铁铵溶于少量水中,加 3～5滴浓硫酸,用水稀释至100 ml。⑨二氧化硅标准溶液:称取 0.2000 g已于950～1000℃灼烧 30 min并冷却至室温的高纯二氧化硅 (含量不低于 99.99%)于铂坩埚中,加 3 g混合熔剂①混匀,再覆盖 1 g混合熔剂,盖上坩埚盖(留一缝隙)于 950℃的高温炉中熔融 10 min,取出,冷却,用盛有 100 ml热水的塑料烧杯在沸水浴中加热,浸取熔块至溶液清亮。用热水洗出坩埚及盖,冷却至室温,移入 1000 ml容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,贮于塑料瓶中。此溶液每毫升相当于含 200 ug二氧化硅。⑩移取 50.00 ml二氧化硅标准溶液⑧于500 ml容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,贮存于塑料瓶中。此溶液每毫升相当于含 20 ug二氧化硅。 ○11722分光光度计测试。

1.2 实验操作步骤

①称取 0.5 g试样于银坩埚中,精确至0.0001 g。随同试样做空白试验。在试样上覆盖约5 g氢氧化钠。

②将银坩埚置于 600℃高温炉中熔融 30 min,期间转动坩埚两次。取出,冷却。

③用水冲洗银坩埚外壁,将坩埚及盖置于300 ml烧杯中,加25 mL盐酸(1+1),低温加热浸出熔块,用水洗出坩埚及盖。低温加热至试液清亮,冷却至室温。将溶液移入 250 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀。此溶液为样品溶液。

④根据试样含二氧化硅量,按表 1分取样品溶液于 100 mL容量瓶中,加 8 ml无水乙醇,按表 1加相应量盐酸 (1+14),立即用水稀释至 50 ml,混匀。

⑤加 5 ml钼酸铵溶液 (6%),摇匀,于 20℃放置 10～20 min;加入 20 ml草酸硫酸混合酸摇匀。放置 1～2 min;加入 5 ml硫酸亚铁铵溶液 (6%)。用水稀释至刻度。摇匀。

表 1 取样方法

⑥将显色液移入 2 cm吸收皿中,以相应的空白试验溶液为参比,于分光光度计波长 680 nm处测吸光度,从工作曲线上查得相应的二氧化硅量。

⑦工作曲线的绘制:移取 0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 ml二氧化硅标准溶液 (1.1.10)。置于一组预先盛有 10 ml盐酸 (1+14)的100 ml容量瓶中。加 8 ml无水乙醇。以下按⑤-⑥操作,以试剂空白为参比,测量吸光度。以二氧化硅量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制工作曲线[1-2]。

1.3 实验结果

式中:V—样品溶液总体积,ml;V1—分取样品溶液

体积,ml

W1—从工作曲线上查得的二氧化硅量,g;

W—称取的试样量,g。

1.4 结果与讨论

1.4.1 重复性考察 结果见表 2。

表 2 精密度实验

1.4.2 回收率的考察 移取样品溶液 10.00 ml 5份置于 100 ml容量瓶中,分别加 20 ug·ml-1的二氧化硅标准溶液 1 ml、2.00 ml、3.00 ml、4.00 ml、5.00 ml,按实验操作分析二氧化硅含量,然后,根据样品中的二氧化硅含量和实际加入的二氧化硅量及最后得到的二氧化硅量,计算出增量回收率,结果见表 3。

试样中 SiO2量 (m/μg)实际加入SiO2标量 (m/μg)测出SiO2量 (m/μg) 回收率 (%166.8 20 186.6 99.0)166.8 40 206.3 98.8 166.8 60 227.2 100.7 166.8 80 248.2 101.8 166.8 100 267.5 100.7

由表 2、3结果可以看出,相对标准偏差小于1%,增量回收试验回收率在 98%～102%之间。方法的精密度和准确度均能满足分析要求。

2 重量法加钼蓝光度法

该方法适用于二氧化硅含量大于 4%的石灰石样品。

2.1 实验方法

2.1.1 试剂与仪器 ①动物胶液 (1%新配):称取动物胶 1 g,溶于预先已经加热到 70℃的 100 mL水中。②氢氧化钠。③盐酸 (1+1)。④盐酸 (1+14)。⑤无水乙醇。

2.2 实验操作步骤

①称取 0.5 g试样于银坩埚中,精确至0.0001 g。随同试样做空白试验。在试样上覆盖约 5 g氢氧化钠。

②将银坩埚置于 600℃高温炉中熔融 30 min,期间转动坩埚两次,取出,冷却。

③用水冲洗银坩埚外壁,将坩埚及盖置于 300 ml烧杯中,加 25 mL盐酸 (1+1),低温加热浸出熔块,用水洗出坩埚及盖。

④在低温电热板上 (70℃左右)缓缓蒸发近干,补加盐酸 (1+1)20 ml,静置 5 min,溶解残渣固体,加 l%动物胶 10 ml,搅拌 3～5 min,静置 5 min。加热水 50 ml溶解盐类,用定量滤纸过滤,沉淀用 (1+14)盐酸洗涤数遍,再以热水洗至无氯离子为止。(用 0.1%AgNO3溶液检定)。滤液稀至 250 ml容量瓶中,定容至刻度,摇匀。将滤纸和沉淀置于瓷坩埚中烘干后,在 950～1000℃高温炉中灼烧至恒重,冷却称重(S iO2A)。⑤滤液中残留的二氧化硅用硅钼蓝光度法进行补充测定 (S iO2B)。最后二氧化硅含量为重量法与硅钼蓝光度法测定结果之和[3]。

2.3 实验结果

式中:W1—沉淀二氧化硅的质量,g;W—称取的试样量,g SiO2B%=W1＊V/W＊V1

式中:V—样品溶液总体积,ml;V1—分取样品溶液体积,mlW1—从工作曲线上查得的二氧化硅量,g;W—称取的试样量,g SiO2%=S iO2A%+SiO2B%

2.4 结果与讨论

2.4.1 重复性的考察 结果见表 4。

表 4 精密度实验 (2)

2.4.2 回收率的考察

分别取 5份样品,按照 1.2操作步骤进行操作,在进行步骤③操作后,分别加入二氧化硅标准品 5 mg,10 mg,15 mg,20 mg,30 mg,继续按实验操作分析二氧化硅含量,然后,根据样品中的二氧化硅含量和实际加入的二氧化硅量及最后得到的二氧化硅量,计算出增量回收率,结果见表 5。

表 5 SiO2增量回收率试验 (2)

由表 4、5结果可以看出,相对标准偏差小于1%,增量回收试验回收率在 98%～102%之间。方法的精密度和准确度均能满足分析要求。

3 结论

对于单纯分析二氧化硅含量的样品而言,该方法采用低温熔融样品,与国标中高温熔融样品相比更加省时省力。另外根据石灰石中二氧化硅含量的不同采用不同的分析方法,对于含量小于 4%的样品直接采用钼蓝光度法。对于含量大于 4%的样品采用重量法,通过上述光路法弥补误差,可以克服硅酸溶胶形式后造成的二氧化硅含量的损失,从而保证含量测定的准确度。而国标中含量大于 4%的样品所采用的高氯酸脱水重量法,操作复杂,难以掌握,分析结果偏差较大[4]。相比之下,对于单纯分析二氧化硅含量的样品而言,该法简单易行,容易掌握,可以在较短时间内完成测定,且精密度和准确度均能满足分析要求,适合推广使用。

[1] 刘继先,曹宏燕,邱怀广,等.石灰石、白云石化学分析方法二氧化硅量的测定[S].国家质量技术监督局,1982.

[2] 张凤萍.七 O砂石灰石中 SiO2、CaO、MgO的系统分析 [J].大型铸锻件,2001,23(4):37-38.

[3] 平立斌.聚乙二醇凝聚重量法测定石灰石中低含量二氧化硅[J].地质实验室,1993,9(6):359-360.

[4] 韩秀卿.石灰岩中游离二氧化硅化学物相对分析方法的标准化研究[J].岩矿测试,2000,19(4):259-263.

Rapid Determ ination of Silicon D ioxide in L imestone

HAO Jia1,SHANG Yu-jun2,WANG Xiu-li2,et al
(1.Zhengzhou University,2.High&New Technology Research center of Henan Academ y of Scienses,Zhengzhou Henan450052,China)

This article introduces an effective method to analysis the the content of silicon dioxide in l imestone.When the silicon dioxide content is less than 4%,using spectrophotography to analysis,and when the silicon dioxide content ismore than 4%,both using gravimetric analysis and spectrophotography to analysis.By using these methods,we can complete the detection with common equipment in short t ime,and the precision and accuracy can meet the requirement of the analysis.

limestone;siliconDioxide;spectrophotography;gravimetric analysis

O 611.62

A

1008-9276(2011)02-0135-03

2010-10-20

郝 佳 (1980-),女,河南省郑州市人,本科,助理研究员,从事药学研究与科研。

[责任编校:李宜培]