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铁矿石 硅含量的测定

铁矿石 硅含量的测定 铁矿石 硅含量的测定

二氧化硅的测定主要有重量法和比色法。重量法有动物胶凝聚法、高氯酸硫酸脱水法、盐酸蒸干脱水法等,比色法主要是硅钼蓝光度法。

我国国家标准有:GB/T 6730.9—2006《铁矿石 硅含量的测定 硫酸亚铁铵还原-硅钼蓝分光光度法》,GB/T 6730.10-1986《铁矿石化学分析方法 重量法测定硅量》。国际标准有:ISO 2598—1—1992《铁矿石 硅含量测定—第1部分:重量分析法》,ISO 2598—2—1992《铁矿石 硅含量测定—第2部分:还原钼酸硅分光光度法》。

一、动物胶凝聚法

(一)原理

试样经碱熔分解后,用盐酸酸化,并蒸发至湿盐状,在浓盐酸溶液中,加动物胶使硅胶凝聚,过滤,沉淀灼烧称量。此时为不纯之二氧化硅,然后用氢氟酸、硫酸处理,使硅呈四氟化硅逸去,灼烧称量,求其减量即为二氧化硅的含量。

(二)试剂配制

动物胶,10g/L,称取1 g动物胶于100mL沸水中搅拌至溶解。

(三)分析步骤

称取0.5000g试样置于预先熔有4~6g氢氧化钠的镍坩埚中,加入1~2g过氧化钠,于电炉上逐渐升高温度至500~600℃熔融,注意摇动坩埚至熔融物红色透明并保持1min,取下冷却,将坩埚放入250mL塑料烧杯中,加入50mL沸水,浸取熔融物,并用少量盐酸和热水洗净坩埚。在不断搅拌下缓慢加入盐酸至全部氢氧化物溶解,并过量10mL,转入400mL烧杯中。将烧杯置于低温电炉上加热至盐类析出。然后移至水浴上蒸发至湿盐状,取下加入15~20 mL盐酸,搅拌均匀,并加热至60~70℃,加入10mL动物胶溶液,搅拌3~5min,于60~70℃保温10 min。用水吹洗杯壁后,用密滤纸过滤,用5%(V/V)热盐酸溶液洗涤烧杯及沉淀至无铁(Ⅲ)黄色,再用热水洗涤至无氯离子(用10g/L硝酸银溶液检查),滤液收集于250mL容量瓶中。

将沉淀连同滤纸放入铂坩埚中,于低温处灰化后,在950~1000℃的马弗炉内灼烧lh。取出置于干燥器中冷却15~20min,称至恒量。用水润湿二氧化硅沉淀,加入10滴硫酸(1+1)及氢氟酸5~10mL,于电炉上加热至冒三氧化硫白烟(如硅含量高,则应在蒸至冒三氧化硫白烟时,取下冷却,再加5~10mL氢氟酸处理一次)。将铂坩埚置于950~1000℃马弗炉内灼烧30min,取出置于干燥器中冷却,称至恒量。与试样分析同时作空白试验。

残渣用1~2g焦硫酸钾,在喷灯上熔融后以水浸取,与二氧化硅滤液合并,用水定容。取其部分溶液作硅的光度法测定,以供结果的校正。

(四)计算结果

按下式计算SiO2含量,以质量百分数表示:

 式中,m1 ——未经氢氟酸和硫酸处理前的称量,g;

m2 ——用氢氟酸和硫酸处理后的称量,g;

m3 ——校正值(滤液和残渣中二氧化硅含量),g;

m ——称取试样量,g。

(五)注意事项

1、当试样含硫高时,应先将试样焙烧后用酸处理,过滤,再用碱熔残渣,合并后进行测定。

2、用动物胶凝聚硅酸必须注意以下条件:溶液的盐酸浓度应在8mol/L以上;加动

物胶时溶液温度应控制在60~70℃,高于80℃时动物胶被破坏而降低凝聚作用。

3、当灰化温度高或马弗炉中空气不足时,易生成难烧尽的黑色物质。这可能是碳化硅被包裹在二氧化硅沉淀里所致,从而影响了结果的准确性。

二、酸溶脱水重量法

(一)原理

试样以酸分解,用高氯酸、硫酸脱水,过滤,灼烧称量,然后用氢氟酸-硫酸处理,使硅呈四氟化硅逸出,用处理前后质量之差计算二氧化硅的含量。

(二)分析步骤

称取0.5000~1.0000g试样于150mL烧杯中,加入15mL盐酸、5mL硝酸,加热至完全分解,取下稍冷,加入10mL硫酸(1+1),继续加热至冒三氧化硫白烟,取下冷却,加入10mL高氯酸,加热至冒高氯酸浓白烟10~15 min,取下冷却。加入20mL盐酸,100mL热水,加热煮沸3~5min,取下趁热用密定量滤纸过滤,用5%(V/V)热盐酸洗涤3~5次,再用热水洗涤至无氯离子(用10g/L硝酸银溶液检查)。

将沉淀连同滤纸放入铂坩埚中,置于低温灰化后于950~1000℃马弗炉中灼烧lh,并称至恒量。残渣用水润湿,加入5~10滴硫酸、10~15mL氢氟酸,于电炉上加热蒸发至三氧化硫白烟冒尽。再放入950~1000℃马弗炉中灼烧20 min,并称至恒量,用氢氟酸处理前后质量之差计算二氧化硅的含量。

(三)计算结果

按下式计算SiO2含量,以质量百分数表示:

式中,m1 ——未经氢氟酸和硫酸处理前的称量,g;

m2 ——用氢氟酸和硫酸处理后的称量,g;

m ——称取试样量,g。

(四)注意事项

1、试样中钙、镁含量高时,由于用氢氟酸-硫酸处理造成前后组成发生变化,能导致结果偏低。  

2、对铌、钽含量高的试样,可用焦硫酸钾熔融,用200g/L酒石酸浸取,过滤,以下操作同分析步骤。

3、若试样含钛,冒高氯酸烟后,加一定硫酸以防止钛水解。 

4、含钡试样可在脱水之后,加40~50mL盐酸(1+1),加热溶解盐类,沉淀用热盐酸(1+4)洗涤。

三、亚铁还原—钼蓝光度法

(一)原理及干扰

试样用混合熔剂熔融,稀盐酸浸取,使硅成硅酸状态。在弱酸性溶液中,硅酸与钼酸铵生成可溶性黄色硅钼杂多酸,此杂多酸能被硫酸亚铁铵还原成硅钼蓝,借此进行光度测定。其主要反应示如下:

H4SiO4+ 12H2MoO4 → H8[Si(Mo2O7)6] + 10H2O

H8[Si(Mo2O7)6] + 4FeSO4 + 2H2SO4 → H8[SiMo2O5(Mo2O7)5] + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

磷、砷干扰测定,它们与钼酸铵生成黄色铬合物也能被还原成蓝色,使测定结果偏高。加入草酸后磷、砷杂多酸迅速被分解,消除其干扰。铁量多时会降低灵敏度,但同时可提高颜色稳定性,故要有一定量铁存在。硫酸根无影响,大量氯根使钼蓝颜色加深,大量硝酸根使钼蓝颜色变浅。铝、铜、钛、镍、锰、镁等元素存在对测定无显著影响。

(二)试剂配制

混合熔剂,取二份无水碳酸钠与一份硼酸研细混匀。

盐酸,1+5。

草酸硫酸混合酸,32g草酸溶于1000mL(1+9)硫酸中。

钼酸铵溶液,60g/L。

硫酸亚铁铵溶液,60g/L,称取6g硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O]于100 mL烧杯中,加1mL硫酸(1+1)润湿,加适量水搅拌溶解,用水稀释至100mL,溶液过滤后使用,一周内有效。

二氧化硅贮备液,0.20mg/mL,称取预先在1000℃灼烧1h的高纯二氧化硅0.2000g,置于盛有2.5g混合熔剂的铂坩埚中,混匀,再覆盖1.0g混合熔剂,于950℃熔融约20min。冷却至室温,置于塑料杯中用沸水浸取,用水洗出坩埚,冷却至室温。移入1000mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀,立即移入塑料瓶中保存。此溶液1mL含0.20mg二氧化硅。 

二氧化硅标准溶液,20μg/mL,移取25.00mL二氧化硅贮备液于250mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀,移入塑料瓶中保存。此溶液1 mL含二氧化硅20μg。

(三)分析步骤

1、试样分解

称取0.1000~0.5000g试样(视硅含量高低而定),置于盛有2.5g混合熔剂的铂坩埚中,混匀,再覆盖1.0g混合熔剂。于950℃熔融15~20min,取出转动坩埚,冷却。将坩埚置于预先盛有75 mL盐酸(1+5)的烧杯中,在搅拌下加热浸取熔融物至溶液清亮。用水洗出坩埚,冷却至室温。移入250mL 容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀。

2、显色

分取20.00mL试液于100mL容量瓶中,用水稀释至50mL,加5mL钼酸铵溶液(60g/L),混匀,放置20min(室温低于20℃时放置20~30min)。加20mL草酸硫酸混合酸,混匀,20~30s后立即加5mL硫酸亚铁铵溶液(60g/L),混匀。用水稀释至刻度,混匀,放置10min。  

3、吸光度测量

分取部分试液于1 cm 吸收皿中,以随同试样的空白溶液为参比,在分光光度计上于波长 810nm处测量吸光度。从工作曲线上查出相应的二氧化硅质量。

与试样分析的同时作空白试验。  

(四)工作曲线绘制

分取 0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00mL二氧化硅标准溶液于100mL容量瓶中,分别加入20mL随同试样的空白溶液,用水稀释至50mL,以下按试样显色步骤显色。以未加二氧化硅标准溶液的为参比,用1cm吸收皿于810nm波长处测定吸光度。

以二氧化硅的质量为横坐标,吸光度为纵坐标绘制工作曲线。

(五)计算结果

按下式计算二氧化硅含量,以质量百分数表示:

式中,m1 ——由工作曲线查出的二氧化硅的质量,μg;

V ——试液的总体积,mL;

V1 ——分取试液的体积,mL;

m ——称取试样的质量,g。

 
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