第三章--硅酸盐分析

主要内容第三章硅酸盐分析（硅酸盐系统分析，硅酸盐全分析）§3.1概述§3.2硅酸盐系统分析§3.3水分和烧失量§3.4-3.8硅酸盐中多种氧化物的含量测定§3.1概述本节了解一些硅酸盐方面的基本知识一、硅酸盐及硅酸盐制品(SiO2)mH2SiO3H2SiO3H2SiO3H2SiO3SiO32-SiO32-SiO32-SiO32-SiO32-SiO32-SiO32-H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+1、硅酸盐硅酸盐就是硅酸的盐类，就是由二氧化硅和金属氧化物所形成的盐类。换句话说，是硅酸（xSiO2·yH2O）中的氢被Al、Fe、Ca、Mg、K、Na及其它金属取代形成的盐。分布：在自然界中分布极广、种类繁多，硅酸盐约占地壳组成的3/4，是构成地壳岩石、土壤和许多矿物的主要成分。种类多的原因：由于硅酸分子xSiO2·yH2O中x、y的比例不同，而形成偏硅酸、正硅酸及多硅酸。因此，不同硅酸分子中的氢被金属取代后，就形成元素种类不同、含量也有很大差异的多种硅酸盐。分类：砖瓦、搪瓷火材料水泥、玻璃、陶瓷、耐人造硅酸盐粘土、高岭土棉、滑石长石、石英、云母、石自然硅酸盐常见的天然硅酸盐矿物有：正长石[K(AlSi3O8)]、钠长石[Na(AlSi3O8)]、钙长石[Ca(AlSi3O8)]、滑石[Mg3Si4O10(OH)2]、白云母[KAl2(AlSi3O10)(OH)2]、高岭土[Al2(Si4O10)(OH)2]、石棉[CaMg3(Si4O12)]、橄榄石[（MgFe）2SiO4]、绿柱石[Be3Al2(Si6O18)]、石英[SiO2]、蛋白石[SiO2nH2O]、锆英石[ZrSiO4]等。分开写清晰硅酸盐需用复杂的分子式表示通常将硅酸酐分子（SiO2）和构成硅酸盐的所有氧化物的分子式分开来写，如：正长石：K2AlSi6O16或K2O·Al2O3·6SiO2高岭土：H4Al2Si2O9或Al2O3·2SiO2·2H2O分子式：2、硅酸盐制品（即人造硅酸盐）3232432322233222323OAlOFe4CaO:FACOAl3CaO:ACSiO2CaO:SCSiOCaO:SCOFeO2H2SiOOAlCaCO水泥）铁矿石（）粘土（）石灰石（高温以硅酸盐矿物的主要原料，经高温处理，可生产出硅酸盐制品。如：又如：2223232SiOCaOSiOONaCONa）CaCOSiO玻璃）碱金属（石灰石（）砂子（高温制品：水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等非金属常见的硅酸盐水泥%35.1:2%0:SO4%,0:MgO68%,64:CaO%42:OFe7%,2:OAl24%,20:SiO332322酸不溶物成分：常见的中性玻璃少量及约，约约约及OKMgO6.0%OB%01ONa7.0%,CaO%0.4OFeOAl2.5%,7:SiO232232322耐火材料1.5%约MgO2%,约CaO1.5%,约OFe%4530:OAl60%,-05:SiO32322a.水泥的性质、用途性质：水泥属水硬性胶凝材料不但在空气中而且在水中也可硬（而石膏、石灰之类属气硬性胶凝材料，所以只在空气中硬化）用途：大量用于工、农业建设b.原料由原料中的化学成分来决定，使化学成分符合水泥中氧化物含量的要求。天然水泥英国有些地方只用一种原料就能生产水泥，因为原料中所含有CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3，CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3并且接近所需含量，不需要配料。水泥通常要有几种原料配成原料一般用：石灰石：含CaCO3高，引入水泥CaO粘土：含SiO2高并且有一定量的Fe2O3、Al2O3，引入水泥SiO2，Al2O3，Fe2O3铁矿石：粘土含铁量不够时用之砂岩：粘土含SiO2不够时用之矾土：粘土含Al2O3不够时用之c.水泥生料水泥原料按一定比例配料，粉磨而成。即水泥未烧前。d.生产过程原料适当比例配料粉磨生料预热1450oC煅烧硅酸盐分析熟料配以石膏及石膏粉磨水泥e.熟料矿物组成及作用（见硅酸盐工艺）f.水泥中混合材料石膏CaSO4·2H2O用作缓凝剂SO3分析测定由其引入二、硅酸盐分析的任务和作用只有当原料提供的成分符合要求，加上良好的煅烧和粉磨，才能得到优质量水泥。硅酸盐分析是分析化学在硅酸盐生产中的应用。主要研究硅酸盐生产中的原料、材料、成品、半成品的组成的分析方法及其原理。如：水泥全分析意义1.任务:a.对原料进行分析检验，是否符合要求，为产品配方确是原材料的选样，为工艺控制提供数据。b.对生产过程中的配料及半成品进行控制分析，保证产品合格c.对产品进行全分析，是否符合要求d.特定项目检验1.任务:2、作用通过硅酸盐分析，对控制生产过程，提高产品质量降低成本，改进工艺、发展新产品，起着重要作用，是生产中的眼睛，指导生产。三、硅酸盐分析的项目和方法1.分析项目：SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO、FeO、P2O5、烧失量，水分，水泥分析还有SiO3、f-CaO，玻璃分析还有B2O3、在特殊情况下，也要求测定其它元素。前五个组分Fe、Al、Ca、Mg、Si为常规分析项目。重述：硅酸盐分析就是检验原料、生料、熟料中含氧化物成分是否符合要求。SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgO烧失量R2OSO3石灰石0.2~100.1~2.00.2~2.545~530.1~2.536~43粘土65515534铁矿石20~70石膏0.05~1.00.1~1.532~400.05~2.022.0~45.5天然5.0~50.00.2~6.02.0~14.015~365.0~6.00~3.010.0~38.0粘土质生料12~151.5~32~441~451~2.534~37熟料19~243~64~760~664.5水泥20~242~42~764~680~4%0.2%水泥中对各原料、半成品、成品中各氧化物要求2.方法a.重量分析法（准、费时），用于分析SiO2、SO3、烧失量b.容量分析法（络合滴定法，分析CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、TiO2快、简单，有一定准确度）c.仪器分析法：分光光度法微量Fe2O3、TiO2火焰光度法K2O、Na2O原子吸收光度法K2O、Na2O3.准确度要求：决定于生产的要求a.标准分析法用于原料、产品的化学组成分析工艺计算型号买卖价格，依据准确度高b.快速分析法控制过程的分析快速、降低准确度4.一般规定a.所用的水均为蒸馏水或去离子水b.试剂均用分析纯（标定应为基准物）如ARGREDTANaOHKOHHClHNO3K2CO3Na2CO3CaCO3(标EDTA)c.除指明（f-CaO测定），溶剂为水。d.腐蚀性物品，在通风橱中操作四、学习方法在谈学习方法前，先谈谈学习该章的目的。本课程是在学过《分析化学（含实验）》化学分析主要理论和操作技能的基础上开设的。不同之处：从单项分析的基础上转入系统分析。化学分析单项分析基本理论基本操作简单物质单项质标考察转入硅酸盐分析系统分析运用基本理论概括基本操作复杂物质全面考察试样如水硬Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、SiO2钙硬TiO2、MnO2、K2O、Na2O、SO3镁硬1.学习目的通过对各种不同类型样品的分析试验，使大家牢固地掌握系统分析的全过程，提高分析问题和解决问题的能力，为以后在工作中选择分析方法制订分析方案，研究解决实际问题，奠定良好的基础。2.学习要求（学习方法）全分析的各个指标（不是全测，大部分测）SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、TiO2、SO3其难度较以前大，要想得一个合格的数据，必须做到如下：a.做好预习弄清实验步骤中各步的原理：溶（熔）样原理手段，溶（熔）样器皿，溶（熔）剂选用条件控制实验要多动手、多实践b.实事求是，认真仔细，不怕苦和累，关心本组硅酸盐分析的数据准确性基本能反应一个学生的分析水平，一个样品要进行多项分析，就是造数、抄数（相信别人）很难将这些数都凑合适，所以大家要充分相信自己！§3.2硅酸盐系统分析试样的分析过程：采样制样溶样（熔样）测定分解方法选择干扰元素的清除报结果为使结果准确必须控制好每一步本节中掌握些什么内容？试样的分解方法选择的依据（为什么）？并结合我们要做的各类试样，如水泥熟料、生料、粘土等的溶样（熔样）方法选择什么样的器皿或坩埚证明道理，方法。什么熔剂使用什么坩埚，什么熔剂使用什么器皿？一、概述1.试样分解的目的固体试样转变成试样溶液（即试样）转试液2.试样的分解要求（1）完全简单快速（2）分解无损失（3）无干扰引入硅酸盐分析过程中遇到的样品，绝大多数为固体试样。3.试样分解的原理：理论依据铁矿石生料、粘土物小，易被碱分解比值大，金属碱性氧化碱性矿渣水泥熟料大理石，石灰石物大，易被酸溶比值小，金属碱性氧化的）（碱性金属氧化物NaK,Mg,Ca,SiO24.试样的分解方法32327423222232722CONaCOKOBNaNaOHCONaLiBOONaKOHCOK,OSK，半熔法：，，，，，碱熔熔融法：酸熔其它溶剂溶解法：水溶，酸溶，分为§3.2硅酸盐系统分析经典分析系统快速分析系统碱熔酸溶锂硼酸盐熔融一.经典分析系统硅酸盐经典分析系统基本上是建立在沉淀分离和重量法的基础上，是定性分析化学中元素分组法的定量发展，是有关岩石全分析中出现最早、在一般情况下可获得准确分析结果的多元素分析流程。在经典分析系统中，一份硅酸盐岩石试样只能测定SiO2、Fe2O3、A12O3、TiO2、CaO和MgO等六种成分的含量，而K2O、Na2O、MnO、P2O3则需另取试样进行测定，所以说经典分析系统不是一个完善的全分析系统。在目前的例行分析中，经典分析系统已几乎完全被一些快速分析系统所替代。只是由于其分析结果比较准确，适用范围较广泛，目前在标准试样的研制、外检试样分析及仲裁分析中仍有应用。在采用经典分析系统时，除SiO2的分析过程仍保持不变外，其余项目常常采用配位滴定法、分光光度法和原子吸收光度法进行测定。34SiO2R2O3SiO2Al2O3TiO2Fe2O3CaOMgO试样NH3·H2O沉淀过滤灼烧、称重HF+H2SO4处理灼烧、称重残渣K2S2O7熔融稀H2SO4提取K2S2O7熔融稀H2SO4提取过滤灼烧、称重灼烧称重Ca2CO4灼烧称重灼烧称重沉淀溶液Fe3+、Al3+、Ti4+溶液弃去沉淀MgNH4PO4Na2CO3熔融（铂坩埚）、水提取，HCl酸化，两次HCl蒸干脱水，HCl浸取，过滤沉淀SiO2·nH2O+杂质溶液Al3+、Fe3+、Ti3+、Ca2+、Mg2+…溶液Ca2+、Mg2+…沉淀SiO2·nH2O沉淀Fe2O3·nH2O、Al2O3·nH2O、TiO2·nH2O、K2Cr2O7滴定法或KMnO4滴定法H2O2光度法差减法溶液Mg2+…(NH4)2C2O4沉淀过滤(NH4)2HPO4沉淀过滤二、酸溶解法（快速分析系统）1、依据SiO2碱金属氧化物比值越小，碱性越强，越易被酸溶解例石灰石：主成分CaO(45~53%)多数酸溶即可（SiO2为0.2~10%，含硅高需用碱熔）粘土：主成分Al2O3·2SiO2Si含量高，必须熔融法5%65%另外，混合材料，不仅从组成判断，还应从每个组分是否都能被酸溶解。熟料，SiO2%:19-24%CaO%:60-66%，就可用HCl-HNO3溶解。例：生料，由石灰石、粘土、铁矿石按一定比例配合（混合），SiO2%:12%CaO%:40%以上，但酸溶不行（为什么？），因为酸溶可溶石灰石，部分铁矿石，粘土不溶，这样制成的试液不能与生料的主成分一致（生料性质上不是均匀体）。一是符合比值要求，二是它是一种新的硅酸盐（石灰石、粘土、生料、熟料），而不单是石灰石、粘土、铁矿石的组合。2、硅酸盐分析中所用的酸HCl，HNO3，H