礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫含量的測定

魏廣輝 周超杰 陳紅麗 張巧香

河南省產品質量監督檢驗院（450004）

礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫含量的測定

魏廣輝 周超杰 陳紅麗 張巧香

河南省產品質量監督檢驗院（450004）

應用紅外碳硫分析儀測定礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫的含量，并與硫酸鋇重量法測得結果進行對比。測定礦渣硅酸鹽水泥灼燒之后三氧化硫的含量。

紅外碳硫分析儀；礦渣硅酸鹽水泥；三氧化硫

在水泥的生產和使用過程中，三氧化硫含量是一項重要的指標。三氧化硫可以有效地控制和調節水泥的凝結時間，改善水泥的性能。礦渣硅酸鹽水泥作為我國水泥的五大品種之一，由熟料、石膏和粒化高爐礦渣組成。根據粒化高爐礦渣含量的不同，礦渣硅酸鹽水泥可分為P·S·A和P·S·B，且允許添加不超過水泥質量8%、滿足一定要求的活性混合材和非活性混合材。由此可知，礦渣硅酸鹽水泥的組成與其他種類水泥有很大的不同。《通用硅酸鹽水泥標準》[1]規定，礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫的含量≤4.0%。

《水泥化學分析方法》標準[2]以硫酸鋇重量法作為測定水泥中三氧化硫含量的基準方法。但是此方法需用鹽酸對水泥溶解、對所得溶液進行煮沸和過濾、加入氯化鋇溶液生成沉淀以及灼燒硫酸鋇沉淀至恒重等操作步驟，操作復雜，試驗流程長，人力和能源消耗量大，產生廢酸溶液。高頻紅外碳硫分析儀具有分析速度快、準確度高、穩定性強、易于操作的特點，能夠快速的測定水泥中硫的含量，然后通過計算得到三氧化硫含量。

1 試驗過程

1.1 主要儀器與試劑

紅外碳硫分析儀,重慶研瑞儀器有限公司生產。

瓷坩堝，醴陵市金利坩堝瓷廠生產。

純鐵、錫粒、鎢粒，重慶研瑞儀器有限公司生產。

菱鐵礦標準物質,GBW07222a S含量為1.46%。

1.2 試驗方法

打開高頻紅外碳硫分析儀,預熱30 min，用菱鐵礦標準物質對設備進行校準。稱取1.5 g鎢粒放入氧化鋁坩堝中，加入0.1 g水泥樣品，準確稱量，覆蓋0.3 g錫粒和0.5 g純鐵，把坩堝放入儀器燃燒室中燃燒，測定硫含量，計算出三氧化硫的含量。

表1 紅外碳硫分析法與硫酸鋇重量法測定礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫含量

表2 礦渣硅酸鹽水泥和灼燒之后三氧化硫測定結果

2 結果與討論

2.1 硫酸鋇重量法與紅外碳硫分析法對比

在委托的水泥樣品中抽取12份礦渣硅酸鹽水泥，應用硫酸鋇重量法和紅外碳硫分析法，分別測定水泥樣品中三氧化硫的含量，結果見表1。

由表1可以看出,兩種測試方法所測得12份礦渣硅酸鹽水泥三氧化硫的差值范圍為0.18%～0.45%,且紅外碳硫分析法測試結果高于硫酸鋇重量法。2、3、8號水泥樣品兩種試驗方法的差值不大于0.20%，其他水泥樣品兩種試驗方法的差值均大于0.20%。《水泥化學分析方法》標準[2]規定，硫酸鋇重量法測定結果的重復性限和再現性限分別為0.15%和0.20%。可知，兩種方法對同一水泥樣品的測試結果的差值不能滿足重復性限和再現性限的要求。

根據兩種測試方法的原理，紅外碳硫分析法測定了水泥中所有存在形式的硫，最終以硫含量進行表示，然后經過計算得到三氧化硫的含量。硫酸鋇重量法測定的為水泥經鹽酸處理后能完全溶解到濾液中的離子，通過與Ba2+離子的結合生成硫酸鋇，再經過計算得到三氧化硫含量。即礦渣硅酸鹽水泥樣品中部分硫存在于非離子結合物質或硫存在于離子結合的物質中，不能被鹽酸溶解，這對兩種測試方法造成差別。粒化高爐礦渣作為冶煉生鐵時的副產品，是生產礦渣硅酸鹽水泥的重要組成原料。其化學組成主要為氧化鈣、氧化硅和氧化鋁，還有少量氧化鎂、氧化亞鐵和硫化物的存在[3]。為了驗證是否為礦渣硅酸鹽水泥中硫化物的存在對兩種測試方法的結果所產生的影響，對礦渣硅酸鹽水泥進行灼燒,然后進行三氧化硫的測定。

2.2 硫酸鋇重量法測定礦渣硅酸鹽水泥和灼燒之后三氧化硫的含量

分別稱取0.5 g 1～12份水泥樣品于鉑金坩堝中，放在高溫爐內，從低溫開始逐漸升高溫度至950℃，在此溫度下灼燒20 min，取出放入干燥器中冷卻。將鉑金坩堝中的水泥樣品全部轉移到150 ml的燒杯中，硫酸鋇重量法測定三氧化硫含量。

由表2可知,礦渣硅酸鹽水泥經灼燒之后，三氧化硫含量變大。其中12份水泥樣品灼燒之后與未灼燒所測結果之差的范圍為0.13%～0.44%。水泥樣品未經灼燒，硫酸鋇重量法測定的三氧化硫僅為礦渣硅酸鹽水泥樣品中能溶于鹽酸溶液的硫酸鹽，不包括樣品中的硫化物。水泥樣品經灼燒之后，其中的硫化物經過氧化變為可以溶解于鹽酸的硫酸鹽，測定的三氧化硫包括了硫化物中的硫，使得灼燒之后三氧化硫含量增高。由此可知，礦渣硅酸鹽水泥中硫化物的存在是影響兩種測試方法結果不同的一個主要因素。

3 結論

根據測試結果，紅外碳硫分析法與硫酸鋇重量法所測礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫的結果差范圍為0.18%～0.45%，不能滿足水泥標準對于再現性限的要求。

對礦渣硅酸鹽水泥進行灼燒處理，應用硫酸鋇重量法所測三氧化硫的含量高于未灼燒的結果。礦渣硅酸鹽水泥中硫化物經過灼燒變為可以被鹽酸溶解的硫酸鹽，使得硫酸鋇重量法測得結果變大。

紅外碳硫分析法與硫酸鋇重量法測定礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫含量相差較大的原因是水泥中硫化物的存在。

[1]GB 175-2007，通用硅酸鹽水泥[S].北京中國標準出版社, 2007.

[2]GB/T 176-2008,水泥化學分析方法[S].北京中國標準出版社,2008.

[3]沈威主編.水泥工藝學[M].中國建筑工業出版社,1985.

河南省科技廳科技攻關項目（高頻紅外碳硫分析儀測定水泥中的三氧化硫），項目編號：162102210412。