硅铝胶中氧化铝和二氧化硅含量的测定

张如敏

（中国石化催化剂有限公司齐鲁分公司，山东 淄博 255336）

硅铝胶使用NaY母液回用制备，用于NaY合成。硅铝胶的主要化学成分包括：SiO2，Al2O3，Na2O，SO42-等。硅铝胶硅、铝分析结果的准确与否直接影响NaY分子筛合成投料的配比，影响后续分子筛质量。为保证生产平稳运行和产品质量稳定，加强硅铝胶的质量监控尤为重要。

本文选择微波消解法溶解样品，通过条件实验，采用EDTA容量法测定硅铝胶中氧化铝质量分数，采用重量法测定二氧化硅质量分数。

1 实验部分

1.1 仪器

微波消解炉（输出功率不低于1200 W，能控温，可提供连续微波的微波消解炉）；马弗炉（温度不低于900℃，控温精度±10℃）；电陶炉及相同性能的其它仪器（功率不低于800 W）；分析天平（感量0.1 mg）；单标线吸量管（20 mL，GB／T 12808 A类）；酸式滴定管（25 mL，GB／T 12805 A类）；锥形瓶（250 mL）。

1.2 试剂

盐酸溶液：1+1；氨水溶液：1+1；EDTA标准滴定溶液：0.05 mol／L；氯化锌标准滴定溶液：0.05 mol／L；二甲酚橙指示剂：1+100固体，质量比，1份二甲酚橙+100份硝酸钾。

六次甲基四胺为分析纯。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

称取320℃烘1 h以上的硅铝胶干粉待用。

1.3.2 灼烧减量的测定

称取干粉试样2～3 g（精确至0.0001 g），测定试样的灼烧减量。

1.3.3 试样溶液的制备

称取约0.2 g干粉试样，精确至0.0001 g，微波消解三段升温方式制备试样溶液，趁热用中速定量滤纸过滤，用热水洗涤沉淀，冷却后将滤液和洗液全部移入250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液为试样溶液A，用于氧化铝含量的测定。保留滤纸和沉淀用于二氧化硅含量的测定。

1.3.4 氧化铝含量的测定

用吸量管移取20.00 mL试样溶液A于250 mL锥形瓶中。加入10.00mL EDTA标准滴定溶液、适量水和二甲酚橙指示剂，用氨水溶液调至紫红色，再用盐酸溶液调至亮黄色，过量1～2滴。置电陶炉上加热煮沸1 min，取下冷却至室温。用氨水溶液调至紫红色，用盐酸溶液调至亮黄色并过量1～2滴，然后加入1～2 g六次甲基四胺，使pH为5～6。用氯化锌标准滴定溶液滴定至溶液呈酒红色为终点。

1.3.5 二氧化硅含量的测定

将1.3.3保留的残渣及滤纸转入已恒重的坩埚中，错开坩埚盖，将坩埚放在电炉上烘烤30 min以上，加热至滤纸炭化。然后移入马弗炉中，先放在炉口片刻，再移入炉膛内在800℃±10℃灼烧1 h。取出坩埚，盖上盖子，在空气中冷却5 min后放入干燥器内30 min后称量（精确至0.0001 g）。

2 结果与讨论

2.1 测试方法的选择和确定

硅铝胶中氧化铝含量通常为15%左右，对于高铝含量试样，EDTA容量法使用更为广泛[1]。因此采用EDTA容量法测定硅铝胶中的氧化铝。重量法具有测量范围宽、重复性好的特点[2]，适用于硅酸铝结构中的高含量二氧化硅的测定。采用以上方法均需对硅铝胶样品进行溶解，盐酸微波消解法、高氯酸消解法、硫酸消解法和硼酸锂溶剂溶解法以及铵盐熔解法均可实现。相比其他几种分解方法，微波消解法具有操作简单、样品溶解快、试样溶解相对完全、空白值低以及环境友好、安全等特点，因此确定采用盐酸微波消解法溶解试样。

2.2 测试条件的考察和确定

2.2.1 溶解条件的考察

采用微波消解法分解样品时，样品的称样量、盐酸的浓度和用量是影响溶解效果和测试结果的主要因素，且样品量的多少还影响后续氧化铝、二氧化硅的测定条件，本试验选用两个有代表性的样品，对以上因素进行考察。

2.2.1.1 称样量的考察

考察样品量分别为0.1、0.2、0.3g时，两个样品的氧化铝、氧化钠和二氧化硅的测定结果，1+1盐酸溶液加入15 mL，每个样品均进行两次平行测试。结果表明，称样量0.1～0.3 g时，对氧化铝测定结果影响较小。使用重量法测定二氧化硅的含量，称样量0.1 g时，二氧化硅的沉淀量在0.06 g以下，称量误差较大，而称样量在0.3 g时，二氧化硅的沉淀量在0.17 g以上，不易过滤，因此确定称样量在0.2 g左右。

2.2.1.2 盐酸用量的考察

1+1的盐酸溶液是分析检测实验室常用的样品分解试剂，也具有很强的溶解能力，并且盐酸经稀释之后其挥发性明显降低，在催化裂化催化剂分析中1+1盐酸溶液能达到很好的消解效果，考察1+1盐酸溶液不同用量对结果的影响。结果发现1+1盐酸用量8～15 mL时，对测定结果影响较小。但在实际称量中，由于硅铝胶样品粉末较轻，易黏附在微波消解罐罐口，采用8和10 mL盐酸溶液时，有些附在消解罐壁上的硅铝胶样品有时不能完全冲下去。而盐酸溶液大于15 mL时，在消解过程中有发生爆沸的危险，为了达到更好的消解效果，盐酸溶液（1+1）的加入量采用15 mL。

2.1.2 氧化铝的测定

2.1.2.1 样品溶液移取体积的考察

硅铝胶样品经微波消解后，过滤，将滤液稀释至250 mL容量瓶中，分别移取样品溶液10.00 mL、20.00 mL，加入EDTA标准滴定溶液10.00 mL，考察移取样品溶液的体积对氧化铝含量结果的影响。每个样品均进行两次平行测试，测试结果表明，氯化锌标准滴定溶液消耗体积比较接近，为了减小测定误差，选择样品溶液20.00 mL。

2.1.2.2 EDTA标准滴定溶液加入量的考察

样品经微波消解后，过滤，将滤液稀释至250 mL容量瓶中，移取样品溶液的体积20.00 mL，分别加入 EDTA标准滴定溶液5.00、10.00、15.00 mL，考察EDTA标准滴定溶液加入量对氧化铝含量结果的影响。结果发现，加入EDTA标准滴定溶液5.00 mL氧化铝的测定结果较低，平行滴定误差较大，而加入EDTA标准滴定溶液10.00、15.00 mL，结果影响不大，从分析经济性方面考虑，选择加入EDTA标准滴定溶液10.00 mL。

2.1.3 二氧化硅的测定

2.1.3.1 滤渣杂质的考察

硅铝胶是由NaY母液（主要成分为硅酸钠）和硫酸铝反应生成的一种无定形胶体。如采用盐酸微波消解法分解试样，硅酸盐在酸性条件下以硅酸沉淀的形式存在，超过150℃，硅酸以二氧化硅的形式存在。微波消解炉工作温度为195℃，因此采用盐酸微波消解法溶解硅铝胶样品产生的沉淀理论上并不都是二氧化硅，还包括来源于试剂和样品中其他杂质和不溶物。将微波消解过的样品过滤后得到的滤渣连同滤纸放入铂坩埚内，灰化并放入马弗炉内于800℃恒温灼烧1h，取出冷却后称重。再加入10 mL氢氟酸和5滴浓硫酸，电陶炉上加热，以挥发SiF4，待白烟冒尽，缓缓升温，最后再移到马弗炉中800℃灼烧1h，冷却称重。考察两个样品除二氧化硅以外的不溶物的含量，根据其含量的多少确定能否忽略其含量，若能忽略，则采用盐酸微波消解法溶解硅铝胶样品产生的沉淀可视为二氧化硅的含量，可省略第二步，否则，则不能省略第二步。结果见表1。可以忽略，因此可以以微波消解过滤得到的不溶物视为二氧化硅的含量。

表1 滤渣杂质的考察

2.1.3.2 滤液的考察

将样品微波消解后，过滤后的溶液定容至250mL容量瓶中，采用HACH DR3900可见分光光度计方法——硅钼杂多酸法进行分析，得出滤液中二氧化硅含量，考察是否可忽略不计，结果见表2。

表2 滤液中二氧化硅含量的考察

由表2可知，样品1#滤液中二氧化硅含量最高为0.475%，占二氧化硅总含量的0.83%，含量可忽略。因此可直接以微波消解过滤得到的不溶物视为全部的二氧化硅的含量。

2.1.3.3 灼烧时间考察

采用定量滤纸将微波消解法溶解后的硅铝胶试液过滤于250mL容量瓶中，反复冲洗消解罐至样品完全转移至容量瓶中，冲洗沉淀3～5次，将沉淀和滤纸一同放入已恒重的瓷坩埚中，置于800℃灼烧1h，灼烧完毕后称重，再将瓷坩埚置于800℃灼烧1h，考察样品是否恒重。结果发现，800℃灼烧2h质量与灼烧1h质量相差不大，可视为恒重。因此确定灼烧时间为1h。

3 样品分析

按照以上确定的方法，使用微波消解法溶解硅铝胶样品，在重复性条件下测定了三个硅铝胶样品，测定结果见表3。由表3看出，该方法重复性较好。

表3 样品测定结果

4 结语

本文微波消解法溶解硅铝胶样品，采用EDTA容量法测定硅铝胶中氧化铝质量分数，采用重量法测定二氧化硅质量分数，重复性较好，能满足日常分析检验质量控制的实际需要。