试论氟硅酸钾容量法检测萤石二氧化硅

李伟龙

（中钢集团天津地质研究院有限公司，天津 300171）

二氧化硅是玻璃的主要化学成分，是硅酸盐的骨架，其存在可以让玻璃化学稳定性、热稳定性、机械强度以及硬度等性能得到保障，同时，它对于拉丝作业、配合料熔制等环节具有重要影响。当前，对萤石二氧化硅进行检测的方法存在多种，重量法和氟硅酸钾容量法得到了广泛采用。

1 萤石二氧化硅检测现状

萤石（Fluorite）也可以称之为氟石，是一种轴晶系的矿物，其主要应用在玻璃、搪瓷、化学、冶金等工业之中，同时，它还是我国主要出口的矿产之一，其主要成分是CaF2(氟化钙)，其中还有一些杂质，二氧化硅是主要杂质成分，其存在会让氟化钙的消耗量增加。当前，很多主要开采萤石矿的企业并没有对二氧化硅进行精确检测的能力，这也很容易使得萤石二氧化硅含量不符合相关标准，为企业带来损失。

2 氟硅酸钾容量法检测萤石二氧化硅实验流程

2.1 实验原理分析

K2SiF6(氟硅酸钾)是一种无色晶体，熔点大约为238℃（分解），具有易溶性，在溶于水之后，水溶液为酸性。本身在潮湿环境中会对空气水分予以吸收，释放出氟化氢。在此实验中，KOH（氢氧化钾）在熔融试验原料之后，可以转化变成K2SiO3（硅酸钾），这是一种可溶性硅酸盐，熔融物在经过HNO3（硝酸）分解之后可以生成游离H2SiO3（硅酸），而KF(钾的氟化盐)会和H2SiO3发生作用，进而形成K2SiF6（氟硅酸钾），这种K2SiF6是微溶的，此时将KCI（氯化钾）固体加入，可以让溶解度得到降低，依照同离子的效应原理，可以让其沉淀。在烧杯中添加沉淀物，然后通过KCI-CH3CH2OH溶液的加入来完成洗涤和沉淀工作（在有机溶剂中，沉淀物溶解度低于无机溶剂中溶解度），利用游离酸和NaOH（氢氧化钠），当红色为酚酞主要颜色时，可以将沸水予以添加，利用K2SiF6沉淀水解可以让HF得以释放，滴定NaOH标准溶液，可以让HF得以再次释放，反应过程为：

SiO2+KOH→K2SiO3+H2O

HNO3+K2SiO3→KNO3+H2SiO3

H2SiO3+K++F-→K2SiF6↓+H2O

K2SiF+H2O→KF+H2SiO3+HF

NaOH+HF→NaF+H2O

结合反应过程，利用NaOH标准溶液体积的消耗量可以完成SiO2（二氧化硅）含量的计算工作。

2.2 实验操作论述

在此实验中，试样溶液的制备方法为熔融法，溶剂是KOH，在此步骤中，分解试样的工作应该采用高温镍坩埚，试样应该在镍坩埚底部铺平，应该尽量分散，溶剂需要在此步骤完成后再进行铺盖，利用HNO3和热水让熔块浸取。对锅进行清洗后，烧杯中的总体积约为50ml，这样可以让沉淀溶解得到减少，可以让整个过程顺利进行，此时，pH值应该在3～5的范围之内，如果酸度＜3，就有可能让Ti和Al共同沉淀，最终出现的结果可能会偏高，如果酸度＞5，那么就可能造成沉淀部分溶解的现象发生，最终出现结果可能会偏低。在HNO3标准溶液加入之后，需要对试样溶液进行冷却处理，试样溶液应该和室温保持一致，温度对于溶解度具有重要影响，一般情况下，沉淀溶解度和温度为正比例关系，因此，对于冷却的时间应该进行严格控制，如果时间过长，温度就可能出现过冷情况，如果温度过高就可能会为后续工作造成困难，容易出现析晶现象。在冷却工作完成之后，在加入KCI固体时应该注意KCI固体的加入量，沉淀的反应是具有可逆性的，K+的存在对于H2SiO3+K++F-→K2SiF6↓+H2O的正常反应具有重要意义，只有这样才能产生沉淀同离子效应。但如果K+的量有些过大，那么在过滤时就有可能出现阻碍，分析结果也有可能不准确。在将KCI-CH3CH2OH溶液予以加入时，也需要注意溶液自身的体积，如在本次实验中，就加入了5%的10mlKCICH3CH2OH溶液，沉淀水解反应是可逆的，也是分步的，K+加入会影响完全沉淀。在对游离酸中和的时候，需要注意捣碎滤纸的工作，中和不够完全有可能会让结果出现偏差，中和工作需要迅速进行，水温最好在80℃以上。以某次对粘土样品进行检测为例，该实验将各类操作失误作出了数据总结，可以得到操作细节对结果的影响表，如表1所示。

表1 操作细节差别对测定结果造成影响表

如表1所示，细微的失误都有可能对最终结果造成影响，如在宁波某厂对玻璃进行二氧化硅检测时，就因为冷却时间的疏忽，导致了实验结果出现较大偏差，不但浪费了时间和精力，还耽误了整个生产进度，在利用氟硅酸钾容量法对萤石二氧化硅进行检测时，需要引以为戒，牢记前文所述的多种注意事项，严格按照程序流程以及标准操作进行实验。

3 氟硅酸钾容量法检测萤石二氧化硅结果分析

为验证氟硅酸钾容量法检测萤石二氧化硅的准确性，我们可以将其和传统的重量法测定萤石二氧化硅准确性进行比较。以下实验数据都为随机抽取，实验材料主要为萤石GBWOT253和罐车萤石,为确保比较分析的全面性，此次主要比较的对象为平均值、最大值、最小值、极差和标准偏差。在采取重量法时，其主要使用仪器为TG328A型天平，碳酸钠一氧化锌混合溶剂（1+2），氯化钡溶液、碳酸钠溶液、三氧化铝溶液、硫标准溶液等，经过检测，结果中的平均值为14.20，最大值为14.28，最小值为14.15，极差为0.13，标准偏差为0.05，采用氟硅酸钾容量法时，其平均值为14.15，最大值为14.21，最小值为14.10，极差为0.11，标准偏差为0.05，将其进行对比，可以得到检测数据对比分析折线图，对此进行分析，可以发现萤石GBWOT253检测误差范围均符合国家标准，即不大于0.25%，不小于0.25%。然后进行罐车萤石的实验，设氟硅酸钾容量法为新方法，重量法为旧方法，那么得出其对比柱状图为图1。

图1 罐车萤石二氧化硅新旧方法检测数据对比柱状图

结合图1，利用重量法检测的平均值为12.85，最大值为12.92，最小值为12.80，极差为0.12，标准偏差为0.06，利用氟硅酸钾容量法进行检测，得到平均值为12.78，最大值为12.81，最小值为12.74，极差为0.07，标准偏差为0.04，再次验证了两种方法没有超过误差范围，也就是说，利用氟硅酸钾容量法是完全可行的，因为重量法自身操作流程较为复杂，需要使用到如马弗炉等升温设备，还需要使用到多种混合溶剂，检测时间较长，以沉淀煮沸环节为例，它需要加入氯化钡之后，煮沸大约8～15分钟，然后需要控制保温温度（约为70～80℃），保温时间超过两个小时，还需要在室温中做到静置过夜，较为麻烦，因此，利用氟硅酸钾容量法是更好的选择。

4 结语

综上所述，从实验上看，在萤石二氧化硅检测中，相比于重量法，通过氟硅酸钾容量法可以在结果依然精确的情况下节省更多的步骤，要更为方便。依照科学的实验流程，对冷却时间、KCI-CH3CH2OH溶液质量给予重视，可以让实验结果得到有力保障，进而为我国萤石出口业、玻璃制造业等多种产业的发展起到推动作用。

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