硅鋁膠中氧化鋁和二氧化硅含量的測定

張如敏

（中國石化催化劑有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255336）

硅鋁膠使用NaY母液回用制備，用于NaY合成。硅鋁膠的主要化學成分包括：SiO2，Al2O3，Na2O，SO42-等。硅鋁膠硅、鋁分析結果的準確與否直接影響NaY分子篩合成投料的配比，影響后續(xù)分子篩質(zhì)量。為保證生產(chǎn)平穩(wěn)運行和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，加強硅鋁膠的質(zhì)量監(jiān)控尤為重要。

本文選擇微波消解法溶解樣品，通過條件實驗，采用EDTA容量法測定硅鋁膠中氧化鋁質(zhì)量分數(shù)，采用重量法測定二氧化硅質(zhì)量分數(shù)。

1 實驗部分

1.1 儀器

微波消解爐（輸出功率不低于1200 W，能控溫，可提供連續(xù)微波的微波消解爐）；馬弗爐（溫度不低于900℃，控溫精度±10℃）；電陶爐及相同性能的其它儀器（功率不低于800 W）；分析天平（感量0.1 mg）；單標線吸量管（20 mL，GB／T 12808 A類）；酸式滴定管（25 mL，GB／T 12805 A類）；錐形瓶（250 mL）。

1.2 試劑

鹽酸溶液：1+1；氨水溶液：1+1；EDTA標準滴定溶液：0.05 mol／L；氯化鋅標準滴定溶液：0.05 mol／L；二甲酚橙指示劑：1+100固體，質(zhì)量比，1份二甲酚橙+100份硝酸鉀。

六次甲基四胺為分析純。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預處理

稱取320℃烘1 h以上的硅鋁膠干粉待用。

1.3.2 灼燒減量的測定

稱取干粉試樣2～3 g（精確至0.0001 g），測定試樣的灼燒減量。

1.3.3 試樣溶液的制備

稱取約0.2 g干粉試樣，精確至0.0001 g，微波消解三段升溫方式制備試樣溶液，趁熱用中速定量濾紙過濾，用熱水洗滌沉淀，冷卻后將濾液和洗液全部移入250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液為試樣溶液A，用于氧化鋁含量的測定。保留濾紙和沉淀用于二氧化硅含量的測定。

1.3.4 氧化鋁含量的測定

用吸量管移取20.00 mL試樣溶液A于250 mL錐形瓶中。加入10.00mL EDTA標準滴定溶液、適量水和二甲酚橙指示劑，用氨水溶液調(diào)至紫紅色，再用鹽酸溶液調(diào)至亮黃色，過量1～2滴。置電陶爐上加熱煮沸1 min，取下冷卻至室溫。用氨水溶液調(diào)至紫紅色，用鹽酸溶液調(diào)至亮黃色并過量1～2滴，然后加入1～2 g六次甲基四胺，使pH為5～6。用氯化鋅標準滴定溶液滴定至溶液呈酒紅色為終點。

1.3.5 二氧化硅含量的測定

將1.3.3保留的殘渣及濾紙轉入已恒重的坩堝中，錯開坩堝蓋，將坩堝放在電爐上烘烤30 min以上，加熱至濾紙?zhí)炕Ｈ缓笠迫腭R弗爐中，先放在爐口片刻，再移入爐膛內(nèi)在800℃±10℃灼燒1 h。取出坩堝，蓋上蓋子，在空氣中冷卻5 min后放入干燥器內(nèi)30 min后稱量（精確至0.0001 g）。

2 結果與討論

2.1 測試方法的選擇和確定

硅鋁膠中氧化鋁含量通常為15%左右，對于高鋁含量試樣，EDTA容量法使用更為廣泛[1]。因此采用EDTA容量法測定硅鋁膠中的氧化鋁。重量法具有測量范圍寬、重復性好的特點[2]，適用于硅酸鋁結構中的高含量二氧化硅的測定。采用以上方法均需對硅鋁膠樣品進行溶解，鹽酸微波消解法、高氯酸消解法、硫酸消解法和硼酸鋰溶劑溶解法以及銨鹽熔解法均可實現(xiàn)。相比其他幾種分解方法，微波消解法具有操作簡單、樣品溶解快、試樣溶解相對完全、空白值低以及環(huán)境友好、安全等特點，因此確定采用鹽酸微波消解法溶解試樣。

2.2 測試條件的考察和確定

2.2.1 溶解條件的考察

采用微波消解法分解樣品時，樣品的稱樣量、鹽酸的濃度和用量是影響溶解效果和測試結果的主要因素，且樣品量的多少還影響后續(xù)氧化鋁、二氧化硅的測定條件，本試驗選用兩個有代表性的樣品，對以上因素進行考察。

2.2.1.1 稱樣量的考察

考察樣品量分別為0.1、0.2、0.3g時，兩個樣品的氧化鋁、氧化鈉和二氧化硅的測定結果，1+1鹽酸溶液加入15 mL，每個樣品均進行兩次平行測試。結果表明，稱樣量0.1～0.3 g時，對氧化鋁測定結果影響較小。使用重量法測定二氧化硅的含量，稱樣量0.1 g時，二氧化硅的沉淀量在0.06 g以下，稱量誤差較大，而稱樣量在0.3 g時，二氧化硅的沉淀量在0.17 g以上，不易過濾，因此確定稱樣量在0.2 g左右。

2.2.1.2 鹽酸用量的考察

1+1的鹽酸溶液是分析檢測實驗室常用的樣品分解試劑，也具有很強的溶解能力，并且鹽酸經(jīng)稀釋之后其揮發(fā)性明顯降低，在催化裂化催化劑分析中1+1鹽酸溶液能達到很好的消解效果，考察1+1鹽酸溶液不同用量對結果的影響。結果發(fā)現(xiàn)1+1鹽酸用量8～15 mL時，對測定結果影響較小。但在實際稱量中，由于硅鋁膠樣品粉末較輕，易黏附在微波消解罐罐口，采用8和10 mL鹽酸溶液時，有些附在消解罐壁上的硅鋁膠樣品有時不能完全沖下去。而鹽酸溶液大于15 mL時，在消解過程中有發(fā)生爆沸的危險，為了達到更好的消解效果，鹽酸溶液（1+1）的加入量采用15 mL。

2.1.2 氧化鋁的測定

2.1.2.1 樣品溶液移取體積的考察

硅鋁膠樣品經(jīng)微波消解后，過濾，將濾液稀釋至250 mL容量瓶中，分別移取樣品溶液10.00 mL、20.00 mL，加入EDTA標準滴定溶液10.00 mL，考察移取樣品溶液的體積對氧化鋁含量結果的影響。每個樣品均進行兩次平行測試，測試結果表明，氯化鋅標準滴定溶液消耗體積比較接近，為了減小測定誤差，選擇樣品溶液20.00 mL。

2.1.2.2 EDTA標準滴定溶液加入量的考察

樣品經(jīng)微波消解后，過濾，將濾液稀釋至250 mL容量瓶中，移取樣品溶液的體積20.00 mL，分別加入 EDTA標準滴定溶液5.00、10.00、15.00 mL，考察EDTA標準滴定溶液加入量對氧化鋁含量結果的影響。結果發(fā)現(xiàn)，加入EDTA標準滴定溶液5.00 mL氧化鋁的測定結果較低，平行滴定誤差較大，而加入EDTA標準滴定溶液10.00、15.00 mL，結果影響不大，從分析經(jīng)濟性方面考慮，選擇加入EDTA標準滴定溶液10.00 mL。

2.1.3 二氧化硅的測定

2.1.3.1 濾渣雜質(zhì)的考察

硅鋁膠是由NaY母液（主要成分為硅酸鈉）和硫酸鋁反應生成的一種無定形膠體。如采用鹽酸微波消解法分解試樣，硅酸鹽在酸性條件下以硅酸沉淀的形式存在，超過150℃，硅酸以二氧化硅的形式存在。微波消解爐工作溫度為195℃，因此采用鹽酸微波消解法溶解硅鋁膠樣品產(chǎn)生的沉淀理論上并不都是二氧化硅，還包括來源于試劑和樣品中其他雜質(zhì)和不溶物。將微波消解過的樣品過濾后得到的濾渣連同濾紙放入鉑坩堝內(nèi)，灰化并放入馬弗爐內(nèi)于800℃恒溫灼燒1h，取出冷卻后稱重。再加入10 mL氫氟酸和5滴濃硫酸，電陶爐上加熱，以揮發(fā)SiF4，待白煙冒盡，緩緩升溫，最后再移到馬弗爐中800℃灼燒1h，冷卻稱重。考察兩個樣品除二氧化硅以外的不溶物的含量，根據(jù)其含量的多少確定能否忽略其含量，若能忽略，則采用鹽酸微波消解法溶解硅鋁膠樣品產(chǎn)生的沉淀可視為二氧化硅的含量，可省略第二步，否則，則不能省略第二步。結果見表1。可以忽略，因此可以以微波消解過濾得到的不溶物視為二氧化硅的含量。

表1 濾渣雜質(zhì)的考察

2.1.3.2 濾液的考察

將樣品微波消解后，過濾后的溶液定容至250mL容量瓶中，采用HACH DR3900可見分光光度計方法——硅鉬雜多酸法進行分析，得出濾液中二氧化硅含量，考察是否可忽略不計，結果見表2。

表2 濾液中二氧化硅含量的考察

由表2可知，樣品1#濾液中二氧化硅含量最高為0.475%，占二氧化硅總含量的0.83%，含量可忽略。因此可直接以微波消解過濾得到的不溶物視為全部的二氧化硅的含量。

2.1.3.3 灼燒時間考察

采用定量濾紙將微波消解法溶解后的硅鋁膠試液過濾于250mL容量瓶中，反復沖洗消解罐至樣品完全轉移至容量瓶中，沖洗沉淀3～5次，將沉淀和濾紙一同放入已恒重的瓷坩堝中，置于800℃灼燒1h，灼燒完畢后稱重，再將瓷坩堝置于800℃灼燒1h，考察樣品是否恒重。結果發(fā)現(xiàn)，800℃灼燒2h質(zhì)量與灼燒1h質(zhì)量相差不大，可視為恒重。因此確定灼燒時間為1h。

3 樣品分析

按照以上確定的方法，使用微波消解法溶解硅鋁膠樣品，在重復性條件下測定了三個硅鋁膠樣品，測定結果見表3。由表3看出，該方法重復性較好。

表3 樣品測定結果

4 結語

本文微波消解法溶解硅鋁膠樣品，采用EDTA容量法測定硅鋁膠中氧化鋁質(zhì)量分數(shù)，采用重量法測定二氧化硅質(zhì)量分數(shù)，重復性較好，能滿足日常分析檢驗質(zhì)量控制的實際需要。