二氧化硅常見測定方法的探討

侯雙霞 侯宏濤

（1.河南省機械設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州450002；2.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作454003）

0 引言

二氧化硅廣泛存在于自然界中，它是礦石、硅酸鹽、水泥等的主要成分，因此SiO2的成分分析非常重要，根據(jù)資料顯示，目前測定SiO2含量的方法很多，主要有經(jīng)典化學法、X射線熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等等。

1 測量方法

1.1 重量法

依據(jù)文獻報導(dǎo)，測SiO2含量的重量法不少，有動物膠凝聚重量法、聚環(huán)氧乙烯凝聚重量法、C T A B(季胺鹽)凝聚重量法、鹽酸脫水重量、高氯酸脫水重量法、以長碳鏈季銨鹽十六烷基三甲基溴化銨(簡稱CTMAB)為沉淀劑的重量法、HF-HNO3-HClO3處理試樣的新SiO2重量法等等。

動物膠凝聚重量法：此法是在SiO2的測定中通常使用的方法，將試樣用堿熔融，加沸水浸取、酸化、蒸干，在鹽酸介質(zhì)中使用動物膠把硅酸凝聚，沉淀、過濾后灼燒至恒重；以CTMAB為沉淀劑的重量法：CTMAB在溶液中帶正電荷，因此可直接將硅酸沉淀，得到疏松且易洗滌的沉淀，這種方法在分析時間上比動物膠重量法縮短三分之二以上，此方法在滑石中SiO2的測量誤差在1%以內(nèi)；以HF-HNO3-HClO3處理試樣的新SiO2重量法：利用HF-HNO3-HClO3處理試樣，解決了經(jīng)典方法中采用HF-H2SO4處理試樣，在800℃灼燒時不能將其金屬元素全部轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸锏碾y題，從而得到令人滿意的結(jié)果。

重量法一般被看作是測定SiO2的經(jīng)典方法，準確度高，但是重量法也有不少缺點，比如操作繁瑣，分析周期長等等，目前已被容量法、比色法等取代。

1.2 比色法

比色法一般用于檢測SiO2含量小于2%的試樣，包括硅鉬藍和硅鉬黃兩種方法。硅鉬黃方法基于鉬酸銨與單硅酸在適宜的情況下生成了黃色的硅鉬黃，而硅鉬藍方法是用還原劑把硅鉬黃還原成硅鉬藍。在預(yù)定的條件下，依據(jù)黃色或者藍色的硅鉬黃或硅鉬藍的顏色深度測出SiO2的含量。雖然硅鉬黃法能比硅鉬藍法測出較高含量的SiO2，但由于前者的靈敏度遠低于后者的，因此一般選用硅鉬藍比色法測定少量的SiO2。

已有很多研究者在前人研究成果的基礎(chǔ)上，采用硅鉬藍比色法對高含量SiO2的試樣進行試驗。白韻蘭等提出硅鉬蘭分光光度法檢測高含量SiO2具有快速、簡便的優(yōu)點，作者通過試驗驗證了硅鉬雜多酸的穩(wěn)定性等特性，從而獲得了該方法的最佳條件，同時作者進一步通過改進試驗裝置等措施保證了檢測的精密度和準確度，其檢測的結(jié)果準確性不亞于重量法和容量法，并且加快了測定速度。還有研究者以抗壞血酸作為還原劑，草酸與檸檬酸混合液作為掩蔽劑，在檢測時，不僅可以消除共存元素的干擾，還可以簡化分析步驟。且該方法對于分析SiO2含量在90%以下的樣品都可得到符合要求的測定結(jié)果。

1.3 氟硅酸鉀容量法

1926年，A.Travers首先提出了用氟硅酸鉀容量法測定硅，隨后國內(nèi)外分析研究者們對該方法展開了大量的探討與研究。目前，該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于粘土、礦石、水泥、鉀水玻璃、地質(zhì)樣品、硅石等試樣中SiO2含量的檢測。

薛淳等探討了使用氟硅酸鉀法測定粘土中SiO2含量的方法，并主要分析了導(dǎo)致測定結(jié)果偏高和偏低的主要原因。李淑玲為鉀水玻璃中SiO2的測定探索出了一個快速、有效、簡潔、易推廣的氟硅酸鉀容量法，比重量法的工作效率高30倍以上。周曉芬通過多次探索發(fā)現(xiàn)氟硅酸鉀容量法是一種測定錳礦石中SiO2含量的切實可行的方法，并通過探討熔劑、沉淀溫度、空白等因素對測定錳礦石中SiO2含量的影響，最終找到了該方法的最適宜條件。崔金娟等在GB/T176-2008的基礎(chǔ)上，綜合優(yōu)化了氟硅酸鉀容量法檢測水泥中SiO2含量的各個步驟的操作要點，并展開了相應(yīng)的試驗與探討，以提高該方法的準確度。石文君進一步解析了氟硅酸鉀容量法檢測水泥中SiO2含量的誤差，對試驗人員的具體操作有很大的指導(dǎo)作用。聶淑蘭采用氟硅酸鉀容量法檢測硅石中SiO2的含量，該方法用鎳坩堝取代重量法中價格貴重的鉑金坩堝，降低了試驗成本。為了提高氟硅酸鉀容量法測定SiO2的準確度和穩(wěn)定性，研究者們還對該方法的測定條件及產(chǎn)生誤差的原因進行了研究，包括氟硅酸鉀發(fā)生沉淀的介質(zhì)和酸度、KCl的加入形式和用量、KF的用量、對沉淀的處理（過濾、洗滌、水解及滴定）以及殘余酸的中和操作，并對方法進行改進等。

1.4 X射線熒光光譜法（XRF）

相對于傳統(tǒng)化學方法，XRF檢測速度快、測定范圍寬、準確度高、分析的元素多、可同時直接分析粉末、液體和固體樣品的元素含量。該方法已用于石灰石、白云石、鋁土礦物及高鋁質(zhì)耐火磚等樣品中SiO2的檢測。

XRF對樣品的處理主要采用熔融法和壓片法。這兩種方法各有利弊。壓片法制樣相對簡單，但是樣品經(jīng)過灼燒后極容易吸收大氣中的水和二氧化碳，且吸水能力遠大于硅膠的吸水能力，不容易保存，所以需要消耗大量的標樣。已有文獻報道可通過對一部分樣品直接進行壓片測定，與此同時，對另一部分樣品進行灼燒試驗得到灼燒減量，可極大地節(jié)省對標樣的用量。相對壓片法，熔融法能有效地降低元素間的吸收-增強效應(yīng)，消除樣品的化學態(tài)和粒度效應(yīng)、不均勻性，提高方法的精密度和準確度。但高溫熔融由于試樣的灼失量會給分析帶來誤差，因此需要對分析結(jié)果進行校正，從而得到良好的結(jié)果。

1.5 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP－AES）

由于傳統(tǒng)化學法操作步驟繁瑣、勞動強度大、效率低等，難以達到生產(chǎn)中要求的快速檢測的目標，而X射線熒光光譜儀器價格昂貴，因此研究者們也逐漸開始用ICP－AES法檢測鉻礦石、稀土精礦、燒結(jié)礦、白云石等樣品中SiO2的含量。

王小強等運用改進的ICP－AES方法檢測鉻礦石中SiO2的含量，并綜合考慮了熔劑用量、基體干擾等因素對試驗的影響，選用金內(nèi)標校正法改善分析的精密度，最終得到的測定值與傳統(tǒng)化學法的試驗結(jié)果相吻合，目前該方法已經(jīng)應(yīng)用于實際測試工作。稀土精礦中SiO2的含量會影響稀土的冶煉工藝，所以要嚴格控制SiO2的含量，而對于樣品成分復(fù)雜的稀土精礦，李玉梅等采用ICP－AES方法測定其中SiO2的含量，作者通過試驗綜合考察了各種稀土精礦的共存元素干擾情況，從中選出了比較理想的發(fā)射譜線，并確定了該方法的檢出下限，作者也進一步將光譜法的測定結(jié)果與原國標法進行對照試驗，發(fā)現(xiàn)測定結(jié)果基本保持一致，因此ICP－AES法可以用來準確檢測稀土精礦中SiO2的含量。還有研究者使用ICP－AES方法同時檢測白云石和石灰石中SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3的含量，并篩選出最優(yōu)的譜線組合、積分時間及RF功率，該方法具有分析用時短、精密度好、準確度高等優(yōu)點，適用于大批量白云石和石灰石樣品的準確快速分析。

1.6 其他方法

馮其璜等以氟電極作為指示電極，采用直接電位法分析水泥生、熟料中SiO2的含量。利用KOH-KNO3或者KOH亞熔鹽法低溫分解鉻礦，采用氟硅酸鉀滴定法分析SiO2的含量。以聚環(huán)氧乙烷作為凝聚劑的重量法—鉬藍光度法分析鋰輝石、鋰云母中SiO2的含量。采用高氯酸重量法—鉬藍光度法分析鉭鈮礦中SiO2的含量。以高氯酸脫水重量法-ICP－AES分析富鈮渣中SiO2的含量。

2 結(jié)論

這些方法均可以用來分析試樣中SiO2的含量，在實際的檢測工作中，要依據(jù)待測樣品的不同特點來選擇合適的分析方法，從而得到較理想的檢測結(jié)果。

［1］白韻蘭,李明,燕金壽.用原子吸收分光光度計比色測定硅酸鹽巖石中的二氧化硅-硅鋁蘭法[J].云南冶金,1981.

［2］薛淳,車萬里.氟硅酸鉀容量法測定粘土中二氧化硅方法探討[J].廣東建材,1996:24-25.

［3］李淑玲.鉀水玻璃中二氧化硅快速測定方法的探討[J].無機鹽工業(yè),2012,44(5):50-52.

［4］周曉芬.錳礦石中二氧化硅測定方法的幾點探索[J].新疆有色金屬,2014(6):58-61.

［5］崔金娟,李丹瑩,趙麗冰.氟硅酸鉀容量法測硅的綜合操作優(yōu)化方案研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2014(2)：9-10.

［6］石文君.氟硅酸鉀法測定水泥中二氧化硅的誤差分析[J].河南科技,2014(1):65.

［7］聶淑蘭.氟硅酸鉀容量法測定硅石中二氧化硅的含量[J].鐵合金,2014(2):53-55.

［8］王小強,楊惠玲.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鉻礦石中的二氧化硅[J].巖礦測試,2012,31(5):820-823.