稻草制漿中硅含量測定方法的改進(jìn)

石 海 強(qiáng), 白 淑 云, 劉 秉 鉞, 魯 杰

( 大連工業(yè)大學(xué) 遼寧省制漿造紙重點實驗室, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

稻草是一種資源豐富的造紙用纖維原料,然而在制漿過程中硅干擾問題一直是困擾工廠的一大難題,特別是在我國北方一些中小型企業(yè)中。目前對稻草制漿廢液的綜合利用技術(shù)有希望解決這一問題。在研究過程中,一個重要的評價指標(biāo)是對原料及制漿廢液中的硅含量進(jìn)行測定,因而如何快速準(zhǔn)確地定量測定硅含量是一個關(guān)鍵問題。

目前在造紙行業(yè)中硅含量的測定仍然采用傳統(tǒng)的重量測定法[1]。該方法在實際操作中存在一些明顯的弊端：(1)該法以灼燒稱重來測定硅含量,沒有用硅標(biāo)準(zhǔn)試劑作對照,因而無法估計其他耐熱雜質(zhì)氧化物對測定結(jié)果的影響；(2)在化學(xué)分析過程中,操作步驟繁瑣費事、耗時較長,而且繁雜的操作易產(chǎn)生較大誤差。

本文利用SiO2經(jīng)化學(xué)處理發(fā)生顯色反應(yīng),反應(yīng)物在680 nm處有特征吸收的原理[2],討論了利用該方法測定稻草原料、動力鍋爐粉煤灰和亞銨法稻草制漿廢液中硅含量的可行性及影響因素。

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗中使用的稻草取自盤錦市恒昌紙業(yè)公司,經(jīng)干法備料處理,經(jīng)實驗室粉碎機(jī)粉碎取40～60目的草末。粉煤灰取自該廠動力鍋爐車間,稻草亞銨廢液為實驗室自制。

1.2 主要試劑

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鉬酸銨溶液、20%的檸檬酸溶液、5%的草酸溶液、5%硫酸亞鐵銨、0.5 mol/L鹽酸溶液、硅酸鈉固體、單晶硅固體、氫氧化鈉固體,均為分析純。

1.3 試樣的處理

稱取0.5 g試樣(精確到0.000 2 g)于干燥的250 mL錐形瓶中,準(zhǔn)確加入100 mL 0.5 mol/L鹽酸搖勻,加膠塞,在一定溫度下于振蕩器上振蕩30 min,立即過濾,棄去最初10 mL濾液。吸取濾液10 mL定容于100 mL容量瓶中備用。

1.4 SiO2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制(0.5 mg/mL)

SiO2標(biāo)準(zhǔn)溶液有3種配制方法：①稱取一定量經(jīng)高溫灼燒過的高純二氧化硅,與無水碳酸鈉或碳酸鉀混合,在鉑金坩堝中900 ℃下熔融,熔融物用蒸餾水浸取并稀釋為含二氧化硅的標(biāo)準(zhǔn)溶液,轉(zhuǎn)移到容量瓶中定溶備用。②稱取0.116 9 g磨細(xì)的分析純單晶硅或多晶硅,加10 g氫氧化鈉,50 mL水輕輕搖動,加熱溶解,冷卻,移入500 mL容量瓶中定容,吸取上述液體100 mL于1 000 mL容量瓶中定容備用(0.05 mg/mL)。③稱取0.735 g分析純九水硅酸鈉溶解后定溶于250 mL容量瓶中搖勻,取10 mL于100 mL容量瓶中定容備用(0.05 mg/mL)。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作曲線的制定

顯然方法①配制二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液,不僅操作繁瑣,化學(xué)藥品用量多,耗時長,而且在制備過程中,熔融物在轉(zhuǎn)移時易于產(chǎn)生損失,導(dǎo)致結(jié)果存在一定的偏差。作者分別根據(jù)方法②和方法③采用逐級稀釋法分別移取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL容量瓶中按參考文獻(xiàn)[3]方法進(jìn)行處理,反應(yīng)產(chǎn)物在680 nm處有特征吸收,如圖1所示。

實驗采用光度法測試不同質(zhì)量濃度硅標(biāo)準(zhǔn)溶液在680 nm處的吸光度,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線如圖2、3所示。根據(jù)線性回歸方程顯示,吸光度值與硅標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度呈較好的線性關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)分別為0.989和0.981。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)硅溶液吸收光譜圖

圖2 方法②工作曲線

圖3 方法③工作曲線

使用100 mL 0.5 mol/L鹽酸溶液分別浸提絕干稻草、粉煤灰和稻草亞銨黑液固形物試樣1.0 g,然后對反應(yīng)溶液進(jìn)行光度測定,根據(jù)工作曲線進(jìn)行硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算,結(jié)果見表1。由表1可見,兩種方法得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算的結(jié)果基本一致,鑒于方法③所使用的硅酸鈉試劑方便易得,溶液配置過程簡單,因此在下面的實驗中采用方法③的工作曲線進(jìn)行二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定。

2.2 不同浸提劑對有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定的影響

選擇常用的0.5 mol/L鹽酸和質(zhì)量濃度20%的檸檬酸[4],分別在30 ℃下對稻草、粉煤灰和稻草亞銨黑液固形物進(jìn)行浸提1 h,浸提液分光光度法檢測吸光度,根據(jù)方法③工作曲線計算硅含量,實驗結(jié)果見表2。由表2可見,兩種浸提劑浸提試樣后測得的有效硅含量差別較大。0.5 mol/L鹽酸浸提測得的結(jié)果遠(yuǎn)大于20%檸檬酸法的浸提結(jié)果,說明兩種浸提劑對試樣中有效硅浸提能力不同,這與參考文獻(xiàn)[4]的研究結(jié)果一致。該方法在日本、中國臺灣等地的硅肥有效硅測量中均采用0.5 mol/L鹽酸作為浸提劑。因而在造紙工業(yè)中的硅含量測定也推薦采用0.5 mol/L 鹽酸作為浸提劑是比較恰當(dāng)?shù)摹?/p>

表1 根據(jù)兩個工作曲線計算二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表2 不同浸提劑處理測定稻草、粉煤灰和稻草亞硫酸銨廢液中二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 浸提溫度的影響

溫度是影響有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定的重要因素[5]。采用0.5 mol/L鹽酸分別在20、30、40 ℃對稻草和粉煤灰浸提1 h,檢測的結(jié)果見表3。溫度對有效硅的提取量的影響較大,一般隨著溫度升高,浸提出的有效硅的數(shù)量也越多。由表3的結(jié)果可以看出,用0.5 mol/L鹽酸對稻草和粉煤灰進(jìn)行浸提,當(dāng)溫度由20 ℃升高到30 ℃時,有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加33%和21%；當(dāng)溫度由30 ℃提高到40 ℃時,有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化僅提高8.9%和6.3%。溫度是形成硅鉬藍(lán)的主要條件之一。但溫度低于形成硅鉬藍(lán)的溫度時, 即使浸提時間延長30～40 min,測出的二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)常偏低。因此把浸提溫度控制在30 ℃是合適的。

表3 不同溫度浸提處理測定稻草和粉煤灰中二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3 結(jié) 論

(1)分別采用單晶硅和分析純Na2SiO3·9H2O配制二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液,該溶液在680 nm處吸光度與二氧化硅質(zhì)量濃度具有較好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.981和0.989,可用于定量分析。

(2)利用該方法檢測時,最佳浸提劑為0.5 mol/L鹽酸,最佳浸提溫度為30 ℃,測得稻草原料和鍋爐粉煤灰中二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.40和13.20 mg/g。

[1] 石淑蘭,何福望. 制漿造紙分析與檢測[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社, 2003:26-29,112.

[2] 翟虎,陳偉,朱云勤,等. 分光光度法測定鈣鉀肥中有效硅含量[J]. 磷肥與復(fù)肥, 2006, 21(5):71-72.

[3] 柳天舒,王偉寧,朱金連,等. 磷礦石中活性二氧化硅的測定[J]. 理化檢驗:化學(xué)分冊, 1996, 42(5):394.

[4] 周春燕,張玉龍,石巖,等. 不同浸提劑對保護(hù)地土壤有效硅測定結(jié)果的影響[J]. 土壤肥料科學(xué), 2006, 22(2):227-229.

[5] 黃興榮. 溫度和酸度對有效硅測定的影響初探[J]. 貴州化工, 1999(2):39-41.