硫酸鋇重量法測定水泥中三氧化硫的應用分析

古麗扎提 董茂花

硫酸鋇重量法測定水泥中三氧化硫的應用分析

古麗扎提 董茂花

針對水泥檢測中三氧化硫測定的重要性,就硫酸鋇重量法測定水泥三氧化硫的方法原理及試驗步驟進行了分析,并對其影響因素及操作要點作了闡述,以提高測定結果的準確度和精確度。

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水泥中的 SO3可以有效地控制和調節水泥的凝結時間,還可以提高強度,降低收縮性,改善抗凍、耐蝕和抗滲性等物理性能。但 SO3超過一定限量后,會引起水化后水泥石的體積膨脹,破壞水泥石結構。因此在水泥檢測中,三氧化硫的測定比較重要。

1 方法原理

將水泥試樣經酸溶后,一次分離不溶殘渣等,加入適量的氯化鋇溶液,使溶液中的和加入的離子生成BaSO4沉淀。

沉淀經過樣品溶解、沉淀、過濾、洗滌、灰化、灼燒和稱量后,即可得到硫酸鋇的質量,進而可計算出試樣中的三氧化硫的含量。

2 試驗步驟

2.1 樣品溶解

稱取約 0.5g試樣,精確至 0.000 1g,置于 200m L燒杯中,加入約 40m L水,攪拌使試樣完全分散,在攪拌下加入 10mL鹽酸(1+1),用平頭玻璃棒壓碎塊狀物,加熱煮沸并保持微沸(5±0.5)m in。用中速濾紙過濾,用熱水洗滌 10次 ～12次,濾液及洗液收集于 400m L燒杯中。

2.2 沉淀

在上述溶液中加水稀釋至約 250mL,玻璃棒底部壓一小片定量濾紙,蓋上表面皿,加熱煮沸,在微沸下從燒杯口緩慢逐滴加入10mL熱的氯化鋇溶液,繼續微沸 3min以上使沉淀良好地形成。

2.3 陳化

沉淀完畢后,在常溫下靜置 12 h～24 h或溫熱處靜置至少4h,此時的溶液體積應保持在約 200mL。

2.4 過濾、洗滌沉淀

用慢速定量濾紙過濾沉淀,以溫水洗滌,直至檢驗無氯離子為止。

2.5 灰化、灼燒和稱量

將沉淀及濾紙一并移入已灼燒恒重的瓷坩堝中,灰化完全后,放入 800℃～900℃的高溫爐內灼燒 30min,取出坩堝,置于干燥器中冷卻至室溫后稱量,反復灼燒,直至恒重。

3 方法提要

在測定過程中要掌握沉淀硫酸鋇的條件,硫酸鋇結晶初生成時比較細小,應嚴格遵守晶形沉淀的條件,以便獲得相對大顆粒的晶形沉淀,便于過濾和洗滌。

為得到相對大的顆粒結晶,必須減少沉淀一開始時溶液中硫酸鋇的相對過飽和度,使沉淀與溶液中 SO2-4相遇的瞬間生成數目較少的晶核,才能使較少的晶核逐漸長大成為較大的晶體;如果相對過飽和度大,瞬間生成很多晶核,在此后加入沉淀劑時,各晶核競相生長,必然得到極多的極細小的晶體甚至成為無定型沉淀,將很難過濾和洗滌,給分析結果造成誤差。

4 影響因素及操作要點

影響分析結果的因素主要有水泥試樣的分解、溶液濃度、溶液溫度、滴加沉淀劑的速度、陳化過程的控制等。為提高檢測結果的準確度,在檢測過程中要注意以下影響因素及試驗操作要點。

4.1 減少試樣分解時的干擾因素

1)分解水泥試樣時,稱取約 0.5 g試樣置于 200m L干燒杯中,加入約 40 mL水,攪拌使其分散,用 10mL鹽酸分解試樣,蓋上表面皿,低溫微沸(5±0.5)min,以便驅盡硫化氫,以免硫化物干擾測定。

2)水泥中的不溶物要過濾除去。

3)用鹽酸分解水泥試樣時,切勿加入硝酸。因為水泥中可能含有硫化物,特別是礦渣水泥中的硫化物含量較高,如加入硝酸,則硫化物被氧化成硫酸,會使測定結果偏高。

4.2 控制形成大顆粒晶體沉淀的條件

1)應在適當稀的溶液中進行沉淀。

試驗溶液和沉淀溶液均應為適當的稀溶液,以減少沉淀反應開始時溶液中硫酸鋇的相對過飽和度,使均相成核作用不顯著,容易得到大顆粒的晶形沉淀。同時,由于溶液稀,雜質的濃度減少,沉淀被玷污程度也相應減少,有利于得到純凈的沉淀。在測定水泥試樣的三氧化硫時,用 0.5 g試樣最后制成約 250m L溶液,沉淀劑為 100 g/L氯化鋇溶液。但溶液也不能過稀,以免BaSO4沉淀溶解損失增大。

2)應在不斷攪拌下,緩慢地加入沉淀劑。

通常,當沉淀劑加入到試液中時,由于來不及擴散,所以在兩種溶液混合的地方,沉淀劑的濃度比溶液中其他地方的濃度高,形成“局部過濃”現象。局部過濃使得部分溶液的相對過飽和度變大,導致均相成核,易獲得顆粒較小、純度差的沉淀。在不斷地攪拌下,緩慢的加入沉淀劑,防止因試驗溶液中氯化鋇局部過熱而生成過多的晶核,可以采用微熱法代替攪拌,減小局部過濃,切不可將 10m L氯化鋇溶液一次全部倒入試驗溶液中。

3)應在熱溶液中進行沉淀。

試驗溶液應在微沸條件下用氯化鋇溶液進行沉淀,加入沉淀劑后應繼續加熱微沸 3min以上使沉淀良好的形成。一方面可增大沉淀硫酸鋇的溶解度,降低溶液的相對過飽和度,以便獲得大的晶粒;另一方面又能減少硫酸鋇沉淀對雜質的吸附量。此外,升高溶液的溫度,可以增加構晶離子的擴散速度,從而加快了晶體的成長。沉淀完畢后冷卻至室溫后再過濾,可減少硫酸鋇沉淀在熱溶液中的溶解損失。

4)應對沉淀進行陳化處理。

在硫酸鋇沉淀完畢以后,將沉淀連同溶液一起在溫熱處放置4h以上或在室溫放置過夜,即為“陳化”。靜置和過夜的過程中會出現以下情況：

a.可使小晶體不斷溶解,大晶體不斷長大。因為在同樣條件下,小晶體溶解度比大晶體的溶解度高,在同一溶液中,對大晶體為飽和溶液時,對小晶體則為不飽和溶液。因此,小晶體不斷溶解,逐漸消失,大晶體不斷長大;

b.能使沉淀變得更加純凈,因為晶粒變大后,比表面積減小,吸附雜質量也就減少;同時,由于小晶粒溶解,原來吸附、吸留或包夾的雜質,亦將重新進入溶液中,因而提高了硫酸鋇沉淀的純度。

4.3 操作時的注意事項

1)確保試驗用燒杯、量筒、漏斗等玻璃器皿潔凈、干燥、無破損。試驗用水應符合GB/T 6682中的三級水,所用試劑為分析純。

2)母液過濾后對硫酸鋇沉淀進行洗滌時要用溫水洗滌,每次洗滌時要盡可能地將前次的洗滌液滴漏完全后,再加下一份洗滌液洗滌,直至用硝酸銀溶液檢驗無氯離子為止。

3)沉淀在灼燒前應將濾紙充分灰化。如有未燃盡的炭粒存在,將沉淀直接置于高溫下灼燒時,可能會有部分的硫酸鋇被還原成硫化鋇,使測定結果偏低,反應式如下：

4)灰化、灼燒前要先灼燒空坩堝至恒重,灼燒溫度和時間必須要同灼燒沉淀時的溫度和時間相一致。

5 結語

硫酸鋇重量法測定水泥三氧化硫含量的試驗過程看似簡單,實際操作卻比較復雜,任何一步操作失誤,都會影響最后的分析結果。因此,檢測員必須認真對待每一步試驗操作,認真領悟試驗的原理及各個操作過程對試驗結果的影響。

[1]GB/T 176-2008,水泥化學分析方法[S].

[2]周立正,梁 頤,周宇輝.水泥與質量控制實用操作技術手冊[M].北京：中國建材工業出版社,2006：9.

[3]張鐵垣,程泉壽,張仕斌.化驗員手冊[M].北京：中國電力出版社,1996.

[4]武漢大學.分析化學[M].第 4版.北京：高等教育出版社,2000.

Analysis on the app lication of barium sulfate gravimetric method for the determ ination of su lphur trioxide in cement

Gu lizhati DONG Mao-hua

In view of the importance of sulphur trioxide determ ination in cement detection,this paper analyzes principle and teststeps of barium sulfate gravimetric method for the determination of sulphur trioxide in cement,and expounds it influential factors and operation points,so as to improve the precision and accuracy of detection results.

cement,sulphur trioxide,barium sulfate gravimetric method,determination

TU525

A

1009-6825(2011)03-0112-02

2010-09-24

古麗扎提(1983-),女,助理工程師,新疆伊犁河流域開發建設管理局,新疆烏魯木齊 830000

董茂花(1963-),女,工程師,新疆伊犁河流域開發建設管理局,新疆烏魯木齊 830000