滴定法快速測定工業(yè)廢料中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO含量的方法

侯雙霞 侯宏濤

（1.河南省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州450002；2.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作454003)

引言

礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料的綜合治理與利用已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的重大問題。有調(diào)查顯示，1996年我國各地的粉煤灰生產(chǎn)量為1.25億噸，煤矸石1.35億噸，僅堆放這些工業(yè)廢料就需要占用50萬畝以上的土地。大部分工業(yè)廢料都沒有被再利用，不僅造成了資源浪費(fèi)，而且使環(huán)境受到了嚴(yán)重污染。然而，由于建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們也不斷加大在建筑用磚上的需求量。目前，為了保護(hù)土地，國家已經(jīng)在大力提倡充分利用工業(yè)廢料來造磚，從而實(shí)現(xiàn)變廢為寶。而評價(jià)某種物料能否用來做磚，除了主要參考它的物理性能，其化學(xué)成分也會(huì)對制品的性能產(chǎn)生影響，因此化學(xué)成分的分析可作為判斷原料性能的參考依據(jù)，通常化學(xué)分析包括SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、SO3和燒失量等的測定，在本文中在GB/T176-2008基礎(chǔ)上，用 氫 氧 化 鈉、EDTA滴 定 法 測 定 樣 品 中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO的含量。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 SiO2測定的實(shí)驗(yàn)原理

硅酸在含有過量鉀離子與氟離子的強(qiáng)酸溶液中生成氟硅酸鉀沉淀，將沉淀快速過濾、洗滌以及中和殘余酸，然后加入沸水使沉淀轉(zhuǎn)化為氫氟酸，用氫氧化鈉標(biāo)液滴定，根據(jù)標(biāo)液與SiO2的關(guān)系，計(jì)算得到SiO2的含量[1-2]。

1.2 Fe2O3測定的實(shí)驗(yàn)原理

pH在1.8～2.0時(shí)，F(xiàn)e3+與指示劑磺基水楊酸鈉形成紅紫色的絡(luò)合物，而EDTA與Fe3+形成的是亮黃色的絡(luò)合物，因此反應(yīng)終點(diǎn)為紅紫色變成亮黃色，另外，由于EDTA與Fe3+的反應(yīng)速率慢，而高溫下EDTA也會(huì)與溶液中共存的Al3+反應(yīng)，因此滴定Fe3+時(shí)采用的溶液溫度為60～70℃[3]。

1.3 Al2O3測定的實(shí)驗(yàn)原理

用滴定Fe2O3后的溶液繼續(xù)滴定Al2O3，先將pH調(diào)到3.0，然后煮沸，以EDTA-銅和PAN作為指示劑，最后用EDTA標(biāo)液滴定即可。

1.4 CaO測定的實(shí)驗(yàn)原理

為了消除硅酸的干擾，先向待測液中加入一定量的KF溶液，然后加入三乙醇胺以消除Al3+、Fe3+的干擾，以CMP作為混合指示劑，調(diào)節(jié)溶液的pH在13以上，用EDTA標(biāo)液滴定。

1.5 MgO測定的實(shí)驗(yàn)原理

首先采用三乙醇胺和酒石酸鉀鈉聯(lián)合掩蔽Fe3+、Al3+的干擾，然后在pH為10.0的溶液中以KB作為混合指示劑用EDTA標(biāo)液滴定。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

滴定分析常規(guī)儀器。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（0.15mol/L），EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（0.015mol/L），KF溶液（20g/L和150g/L），KOH溶液（200g/L），KCl與KCl-乙醇溶液（50g/L），酒石酸鉀鈉溶液（100g/L），CMP與KB混合指示劑，EDTA-銅溶液，酚酞指示劑溶液（10g/L），磺基水楊酸鈉指示劑溶液（100g/L），甲基紅、溴酚藍(lán)與PAN指示劑溶液（2g/L），pH為3.0、4.3、10的緩沖溶液。以上溶液均采用國標(biāo)法（GB/T176-2008）進(jìn)行配置。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 試樣溶液制備方法

先把樣品在105～110℃干燥2h，冷卻后磨成粉末，從中準(zhǔn)確稱取0.5000±0.0002g樣品放入銀坩堝中，然后置于高溫爐中，從400℃以下升起，在730℃碳化10min以去除干擾物質(zhì)，取出冷卻，加入7g顆粒狀氫氧化鈉，并搖勻，使試樣與氫氧化鈉充分接觸后置于高溫爐中，從400℃以下升起，在730℃熔融20min，這期間用坩堝鉗取出銀坩堝搖動(dòng)1-2次（防止試液溢出），取出銀坩堝，用蒸餾水沖洗外壁以去除灰塵，然后放入盛有100mL涼水的250mL燒杯中，在電爐上加熱至試樣完全溶出，取出銀坩堝，并用水沖洗銀坩堝。在攪拌下向試液中加入25mL鹽酸和1mL硝酸，再用（1+5）鹽酸洗坩堝，最后將試液加熱至沸騰，冷卻，移入250mL的容量瓶中，定容，搖勻，以備測定SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO及MgO。

3.2 SiO2含量的測定

3.2.1 生成沉淀

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的塑料燒杯中，然后加入10mL硝酸并攪拌，稍等片刻后，加入10mL 150g/L的KF溶液，攪拌，再加入6g KCl固體，用磁力攪拌器攪5min即可。

3.2.2 過濾、洗滌及中和殘余酸

用定性濾紙過濾，把沉淀與溶液分離，用KCl溶液洗塑料杯和沉淀3次（洗滌液的總量在25mL以內(nèi)），將濾紙及沉淀物取出放入原塑料燒杯中，然后沿著杯壁加入30mLKCl-乙醇溶液和2滴甲基紅，展開濾紙，邊滴加氫氧化鈉標(biāo)液邊攪拌，直至溶液恰好變成黃色。

3.2.3 滴定

向塑料杯中加入250mL沸水（已煮沸并且用氫氧化鈉標(biāo)液中和酚酞至微紅色），加入1mL酚酞，再用氫氧化鈉標(biāo)液滴定至溶液由紅變成黃色，又變成微紅色即為終點(diǎn)。

3.3 Fe2O3含量的測定

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的燒杯中，向杯中加水稀釋溶液至100mL，用（1+1）氨水和（1+1）鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH約在1.9附近（借助精密pH試紙），然后把溶液加熱到70℃，滴加10滴磺基水楊酸鈉溶液，再用EDTA標(biāo)液滴定至溶液呈亮黃色（溶液終點(diǎn)時(shí)的溫度要高于60℃）。

3.4 Al2O3含量的測定

向3.3測定完Fe2O3的溶液中加水至200mL，滴加2滴溴酚藍(lán)，然后先用（1+1）氨水調(diào)溶液至藍(lán)紫色，再用（1+1）鹽酸調(diào)到黃色，加15mL pH為3.0的緩沖溶液，將溶液加熱至沸并保持微沸約1min（燒杯中加入小片濾紙防爆沸），滴加10滴EDTA-銅和2滴PAN指示劑，最后用EDTA標(biāo)液滴定溶液至紅色消失，反復(fù)加熱煮沸、滴定，至溶液紅色完全消失并呈現(xiàn)穩(wěn)定的亮黃色。

3.5 CaO含量的測定

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的燒杯中，加入適量的20g/LKF溶液（硅含量大于50%時(shí)，加入KF溶液15mL；硅含量在30%～50%之間時(shí)，加入10mL；硅含量在4%～30%之間時(shí)，加入7mL；硅含量小于4%時(shí)，不加KF溶液），攪拌并靜置5min，加水稀釋到200mL，然后加入5mL（1+2）的三乙醇胺溶液和適量CMP指示劑（溶液顯色即可），邊攪拌邊加入15mLKOH溶液（此時(shí)溶液呈綠色熒光），用EDTA標(biāo)液滴定至溶液綠色熒光消失不再出現(xiàn)紅色。

3.6 MgO含量的測定

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的燒杯中，加入適量的20g/LKF溶液（同3.5），攪拌并靜置5min，加水稀釋到200mL，然后加入1mL酒石酸鉀鈉溶液并攪拌，加入5mL（1+2）的三乙醇胺溶液并攪拌，加入25mL pH為10的緩沖溶液和適量的KB指示劑（溶液顯色即可），用EDTA標(biāo)液滴定至溶液由紫色變成純藍(lán)色。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

4.1 用該法對鋼渣、尾礦進(jìn)行測定

測定結(jié)果如表1所示。

表1 鋼渣、尾礦中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO的含量

4.2 該方法的準(zhǔn)確度和精密度

選取石灰石國家一級標(biāo)樣，采用本方法的實(shí)驗(yàn)步驟重復(fù)測定6次，結(jié)果顯示測定值和標(biāo)準(zhǔn)值保持一致，精密度小于0.60%，說明該方法準(zhǔn)確度高、精密度好，能滿足測試需要。

5 結(jié)論

5.1該方法速度快、方便且易操作：在SiO2的測定中，使用磁力攪拌器，促使生成沉淀的時(shí)間縮短；測定Al2O3在測定Fe2O3的基礎(chǔ)上進(jìn)行，不需要重新移取試液；除了SiO2的測定，其余四種測定均以EDTA作為標(biāo)液進(jìn)行滴定，使整個(gè)滴定過程可以連續(xù)進(jìn)行，節(jié)約了時(shí)間。

5.2該方法測定的準(zhǔn)確度和精密度高，可滿足生產(chǎn)需要。

5.3該方法實(shí)現(xiàn)了在同一份試液中進(jìn)行多組分連續(xù)測定的系統(tǒng)分析方法。

［1］鄒榮，黃洪.氟硅酸鉀容量法測定水泥中二氧化硅含量的研究［J］.廣東化工，2014，41（6）：187-188.

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