石英砂中二氧化硅含量測(cè)定方法的改進(jìn)

摘要 測(cè)定石英砂中SiO₂的含量時(shí)，通常先用HF-H₂SO₄處理，使硅逸去，然后在800℃下灼燒、稱重，利用差減法計(jì)算。但與氟硅酸鉀法比較后發(fā)現(xiàn)，該方法測(cè)定結(jié)果偏低。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，筆者使用HF-HNO₃-HClO₄體系處理樣品，使測(cè)定結(jié)果達(dá)到檢測(cè)要求。

關(guān)鍵詞 石英砂，差減法，SiO₂，改進(jìn)

1前言

石英砂是玻璃廠的主要原材料。廠家在組織生產(chǎn)之前要對(duì)原料進(jìn)行全分析，石英砂全分析包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O含量的測(cè)定。石英砂的主要成分SiO₂的含量大概在96%～99%之間，傳統(tǒng)方法是采用HF-H₂SO₄處理樣品，使硅逸去，而雜質(zhì)成分以硫酸鹽的形式在800℃下灼燒稱重，然后采用差減法計(jì)算SiO₂的含量[1]。但經(jīng)過與氟硅酸鉀法比較后發(fā)現(xiàn)，該方法的測(cè)定結(jié)果偏低。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)造成該分析結(jié)果偏低的主要原因是沙子中的金屬元素在800℃時(shí)不能生成氧化物，而是以硫酸鹽的形式存在，而它們?cè)谏匙又袆t是以氧化物的形態(tài)存在的，即沙子樣品中的金屬元素在經(jīng)過酸處理前后的形式不同，因而測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)偏差。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，筆者對(duì)該方法加以改進(jìn)，提出新的SiO₂重量法體系，利用HF-HNO₃-HClO₄處理樣品，在800℃灼燒時(shí)，所含金屬元素能全部轉(zhuǎn)化為氧化物，與其樣品中存在的形式完全一致。該方法所測(cè)定的SiO₂含量和氟硅酸鉀法的測(cè)定結(jié)果基本一致。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

二氧化硅或硅酸鹽和氫氟酸反應(yīng)，生成易揮發(fā)的四氟化硅，其反應(yīng)式如下：

SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O

殘?jiān)?jīng)烘干、灼燒后，由氫氟酸處理前后的質(zhì)量差得出SiO₂含量。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器包括馬弗爐、電熱板、Pt坩堝；試劑有硝酸、鹽酸、高氯酸、氫氟酸(酸均用優(yōu)級(jí)純)以及GBW03112石英砂標(biāo)樣（國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，國(guó)家建材測(cè)試中心提供）。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

準(zhǔn)確稱取經(jīng)過干燥的石英砂樣品粉末1.000g于Pt坩堝中，用蒸餾水潤(rùn)濕。加入5mL硝酸、2mL高氯酸和5mL氫氟酸，置于低溫電熱板上加熱蒸發(fā)至樣品分解，加水沖洗坩堝壁，繼續(xù)加熱蒸發(fā)至1～2mL。再加氫氟酸5mL，蒸發(fā)至1～2mL，然后加高氯酸1mL、氫氟酸3mL，蒸發(fā)至高氯酸煙冒盡，放入高溫爐內(nèi)，在800℃下灼燒30min，取出稍冷放入干燥器中冷卻10～15min后稱重，并灼燒至恒重。

二氧化硅含量計(jì)算：

W-(m₂-m₁)

SiO₂%=---------×100%

W

式中：

W —— 樣品質(zhì)量，g

m1 —— 坩堝質(zhì)量，g

m2 —— 坩堝+殘?jiān)|(zhì)量，g

3結(jié)果與討論

3.1 測(cè)定結(jié)果

分別用傳統(tǒng)氫氟酸法和改進(jìn)的HF-HNO₃-HClO₄體系測(cè)定SiO₂含量為98.51%的GBW03112石英砂標(biāo)樣，經(jīng)過反復(fù)比較得到的測(cè)定數(shù)據(jù)見表。

3.2 結(jié)果討論

通過上表可以看出，用傳統(tǒng)氫氟酸法測(cè)得的數(shù)據(jù)普遍偏低， 其主要原因是在灼燒溫度為800℃時(shí)殘?jiān)械慕饘僭夭荒苌裳趸?，而是以硫酸鹽的形式存在；而用改進(jìn)的HF-HNO₃-HClO₄體系處理樣品時(shí)，沙子中的金屬元素過氯酸鹽在800℃灼燒時(shí)都能分解為氧化物，使它們?cè)跉堅(jiān)械拇嬖谛问脚c石英砂中的形式一致。因此用改進(jìn)的HF-HNO₃-HClO₄體系處理樣品得到的數(shù)據(jù)完全符合測(cè)定要求，所得到的結(jié)果真實(shí)可靠。

參考文獻(xiàn)

1 張 玨主編.巖石礦物分析[M].北京：地質(zhì)出版社，1986:202

The Improvement in Determination of SiO₂ in Quartz Sand

Du Juan

(Department of Humanities and Basic Science Zhengzhou Animal Husbandry Engineering College Zhengzhou Henan450011)

Abstract: SiO₂，the main component of quartz sand，is usually determined by HF-H₂SO₄.Through this way we eliminated the silicon，and then weighed the impurities after being sintered at 800℃.The last step was calculating the content of SiO₂ by subtraction method.Compared with K₂SiF₆， the result was lower.So HF-HNO₃-HClO₄ system was used to process sample in experiment，and the result had reached the request of determination.

Keywords: quartz sand，subtraction method，SiO₂，improvement