水泥中石灰石含量的测定原理及操作方法

邵 芳

陕西省建筑材料工业设计研究院（710032）

水泥中石灰石含量的测定，是采用碱石棉吸收重量法测定二氧化碳含量，再根据公式计算出水泥中石灰石组分含量。

1 测定原理

二氧化碳的测定采用碱石棉吸收重量法。水泥试样用磷酸分解，碳酸盐分解释放出的二氧化碳,由不含二氧化碳的气流带入一系列的U形管，最初是浓硫酸吸收瓶，除去其中的水分；然后是硫化氢吸收管，除去硫化氢；再次是无水高氯酸镁（或无水氯化钙）吸收管，再次除去水分。净化后的二氧化碳进入二个碱石棉吸收管被定量吸收，称量后计算试样中二氧化碳的含量。

2 试剂

1）硫酸（H2SO4）∶密度 1.84 g/cm3或 95%～98%（质量分数）

2）磷酸（H3PO4）∶密度 1.68 g/cm3或≥85%（质量分数）

3）硫酸铜溶液∶饱和

4）硫化氢吸收剂∶将称量过的、粒度在1～2.5 mm的干燥浮石放在一个平盘内,然后用一定体积的硫酸铜溶液浸泡，硫酸铜溶液的质量约为浮石质量的一半。把盘和料放在150℃±5℃的干燥箱内，在玻璃棒不时搅拌下，蒸发混合物至干，烘干至少5 h，将固体混合物冷却后，立即贮存于密封瓶内。

5）二氧化碳吸收剂∶碱石棉，粒度 0.6～1.2 mm，化学纯。

6）水分吸收剂∶无水高氯酸镁 [Mg(ClO4)2]，制成粒度0.6～2 mm，贮存于密封瓶内;或者无水氯化钙，制成粒度1～4 mm，贮存于密封瓶内。

7）钠石灰∶粒度 2～5 mm，医药用或化学纯。

3 仪器

二氧化碳测定装置示意图如图1所示。安装一个适宜的抽气泵和一个玻璃转子流量计，以保证气体或空气通过装置均匀流动。

进入装置的气体先通过含钠石灰或二氧化碳吸收剂的吸收塔（1）和含二氧化碳吸收剂的U形管（2），其中的二氧化碳被除去。反应瓶（4）上部与球形冷凝管（7）相连接。

气体通过球形冷凝管（7）后，进入含硫酸的洗气瓶（8）,然后通过含硫化氢吸收剂的U形管（9）和水分吸收剂的U形管（10），气体中的硫化氢和水分被除去。接着通过两个可以称量的U形管 （11）和（12）,内各装3/4二氧化碳吸收剂和1/4水分吸收剂。对气体流向而言，二氧化碳吸收剂应装在水分吸收剂之前。U形管（11）和（12）后面接一个附加的U形管（13），内装钠石灰或二氧化碳吸收剂，以防止空气中的二氧化碳和水分进入U形管（12）中。

注∶如果将 U 形管（2）与反应瓶（4）直接连接，当加热速度太快时，反应瓶（4）中的高气压将使溶液倒流入U形管（2）中，以至发生强烈的酸碱反应，使U形管（2）损坏。为了防止出现这种情况，本仪器在设计时，在U形管（2）和反应瓶（4）之间增加了缓冲瓶（3）。

由表1的数据可知，碳酸钙质量在80 mg以内（约合二氧化碳35 mg）,碳酸钙的回收率可达近98%。由此可以估算出∶若水泥中石灰石的含量不高于10%，测定二氧化碳含量时水泥试样最大质量为1 g；如果水泥中石灰石含量高于10%而低于20%，水泥试料质量按比例减少,试料质量最多为0.5 g。如果二氧化碳含量测定结果小于0.5%,则称取试料质量增加至2.00 g，重新进行测定。

表1 碳酸钙回收率与碳酸钙质量的关系

4 试样中二氧化碳含量的测定

称取约 1 g±0.05 g 试样（m1）,精确至 0.000 1 g，置于干燥的100 mL反应瓶中,将反应瓶连接到二氧化碳测定装置上。分液漏斗（5）的活塞处于关闭状态，不得有磷酸滴入反应瓶中。连接U形管（9）、（10）、（11）、（12）、（13），启动抽气泵，控制气体流速约为 60～100 mL/min（每秒 3～5 个气泡）,通气 30 min以上，以除去系统中的二氧化碳和水分。

关闭抽气泵,关闭 U 形管（10）、（11）、（12）、（13）的磨口塞。取下U形管（11）和（12）放在平盘上，在天平室恒温10 min，然后分别称量。重复此操作，再通气10 min，取下，恒温，称量，直至每个管子连续二次称量结果之差不超过0.001 0 g为止,以最后一次称量值为准。

注∶取用U形管时，应小心避免影响质量、打碎或损坏。建议进行操作时带防护手套。

如果U形管（11）和（12）的质量变化连续超过0.001 0 g，更换 U 形管（9）和（10）。

将已称量的U形管（11）和（12）连接到二氧化碳测定装置上。启动抽气泵,控制气体流速约为60～100 mL/min（每秒3～5个气泡）。加入20 mL磷酸到分液漏斗（5）中，小心旋开分液漏斗活塞，使磷酸滴入反应瓶（4）中，并留少许磷酸在漏斗中起液封作用，关闭活塞。打开反应瓶下面的小电炉，调节电压使电炉丝呈暗红色，慢慢低温加热使反应瓶中的液体至沸，并加热微沸5 min，关闭电炉，并继续通气25 min。

注∶切勿剧烈加热，以防反应瓶中的液体产生倒流现象。

关闭抽气泵,关闭 U 形管（10）、（11）、（12）、（13）的磨口塞。取下U形管（11）和（12）放在平盘上，在天平室恒温10 min，然后分别称量。用每根U形管增加的质量（m2和 m3）计算水泥试样中二氧化碳的含量。

如果第二根U形管（12）的质量变化小于0.000 5 g，计算时忽略。实际上二氧化碳应全部被第一根U形管（11）吸收。如果第二根U形管（12）的质量变化连续超过0.001 0 g,应更换第一根U形管（11），并重新开始试验。

空白试验应与测定平行进行,除不加试料之外，采用完全相同的分析步骤，取相同量的试剂。计算时从测定结果中扣除空白试验值（m0）。

5 测定结果的计算

式中∶DCO2—试样中二氧化碳的质量分数，%；m2—吸收后 U 形管（11）增加的质量，g；m3—吸收后U 形管（12）增加的质量，g；m1—试料的质量，g；m0—空白试验值，g。

如果按式（1）计算的二氧化碳含量小于0.5%，需重新试验，称取试样量改为约2 g，精确至0.000 1 g；如果试样中碳酸盐含量较高，应按比例适当减少称取试样量。

水泥中石灰石组分含量（D）按下式（2）计算∶

式中∶DCO2—水泥中二氧化碳的质量分数，%；1.00—硅酸盐水泥（P·I）中石灰石的含量,%；2.274—二氧化碳对碳酸钙的换算因数。

试样中二氧化碳的含量（DCO2）按下式（1）计算∶

6 水泥中石灰石组分含量测定结果的精密度和准确度

1）方法的精密度

将碳酸钙试剂配入熟料中，配入后样品中二氧化碳的总含量为3.10%，折合石灰石组分的含量为6.05%。由同一分析人员用本方法连续10次测定其中二氧化碳的含量，按式（2）计算石灰石组分的含量D。

表2结果表明，碱石棉吸收重量法测定水泥中石灰石含量具有较高的精密度。当水泥中石灰石含量为6%左右时，测定结果的标准偏差为0.10%，变异系数为1.7%。

2）方法的准确度

用不同产地的石灰石和水泥熟料配制6个含石灰石的水泥样品,用本方法测定其中二氧化碳的含量,计算石灰石含量的测定结果。结果如表3所示。

表2 石灰石组分含量测定结果的精密度（%）

表3 水泥中石灰石组分含量的试验结果（%）

表3结果表明，碱石棉吸收重量法测定水泥中石灰石含量结果的准确度可以满足水泥生产控制的需要。