滴定法快速測定工業廢料中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO含量的方法

侯雙霞 侯宏濤

（1.河南省機械設計研究院有限公司，河南 鄭州450002；2.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作454003)

引言

礦渣、粉煤灰等工業廢料的綜合治理與利用已經成為世界各國關注的重大問題。有調查顯示，1996年我國各地的粉煤灰生產量為1.25億噸，煤矸石1.35億噸，僅堆放這些工業廢料就需要占用50萬畝以上的土地。大部分工業廢料都沒有被再利用，不僅造成了資源浪費，而且使環境受到了嚴重污染。然而，由于建筑行業的蓬勃發展，人們也不斷加大在建筑用磚上的需求量。目前，為了保護土地，國家已經在大力提倡充分利用工業廢料來造磚，從而實現變廢為寶。而評價某種物料能否用來做磚，除了主要參考它的物理性能，其化學成分也會對制品的性能產生影響，因此化學成分的分析可作為判斷原料性能的參考依據，通常化學分析包括SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、SO3和燒失量等的測定，在本文中在GB/T176-2008基礎上，用 氫 氧 化 鈉、EDTA滴 定 法 測 定 樣 品 中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO的含量。

1 實驗原理

1.1 SiO2測定的實驗原理

硅酸在含有過量鉀離子與氟離子的強酸溶液中生成氟硅酸鉀沉淀，將沉淀快速過濾、洗滌以及中和殘余酸，然后加入沸水使沉淀轉化為氫氟酸，用氫氧化鈉標液滴定，根據標液與SiO2的關系，計算得到SiO2的含量[1-2]。

1.2 Fe2O3測定的實驗原理

pH在1.8～2.0時，Fe3+與指示劑磺基水楊酸鈉形成紅紫色的絡合物，而EDTA與Fe3+形成的是亮黃色的絡合物，因此反應終點為紅紫色變成亮黃色，另外，由于EDTA與Fe3+的反應速率慢，而高溫下EDTA也會與溶液中共存的Al3+反應，因此滴定Fe3+時采用的溶液溫度為60～70℃[3]。

1.3 Al2O3測定的實驗原理

用滴定Fe2O3后的溶液繼續滴定Al2O3，先將pH調到3.0，然后煮沸，以EDTA-銅和PAN作為指示劑，最后用EDTA標液滴定即可。

1.4 CaO測定的實驗原理

為了消除硅酸的干擾，先向待測液中加入一定量的KF溶液，然后加入三乙醇胺以消除Al3+、Fe3+的干擾，以CMP作為混合指示劑，調節溶液的pH在13以上，用EDTA標液滴定。

1.5 MgO測定的實驗原理

首先采用三乙醇胺和酒石酸鉀鈉聯合掩蔽Fe3+、Al3+的干擾，然后在pH為10.0的溶液中以KB作為混合指示劑用EDTA標液滴定。

2 實驗儀器及試劑

2.1 實驗儀器

滴定分析常規儀器。

2.2 實驗試劑

NaOH標準滴定溶液（0.15mol/L），EDTA標準滴定溶液（0.015mol/L），KF溶液（20g/L和150g/L），KOH溶液（200g/L），KCl與KCl-乙醇溶液（50g/L），酒石酸鉀鈉溶液（100g/L），CMP與KB混合指示劑，EDTA-銅溶液，酚酞指示劑溶液（10g/L），磺基水楊酸鈉指示劑溶液（100g/L），甲基紅、溴酚藍與PAN指示劑溶液（2g/L），pH為3.0、4.3、10的緩沖溶液。以上溶液均采用國標法（GB/T176-2008）進行配置。

3 實驗步驟

3.1 試樣溶液制備方法

先把樣品在105～110℃干燥2h，冷卻后磨成粉末，從中準確稱取0.5000±0.0002g樣品放入銀坩堝中，然后置于高溫爐中，從400℃以下升起，在730℃碳化10min以去除干擾物質，取出冷卻，加入7g顆粒狀氫氧化鈉，并搖勻，使試樣與氫氧化鈉充分接觸后置于高溫爐中，從400℃以下升起，在730℃熔融20min，這期間用坩堝鉗取出銀坩堝搖動1-2次（防止試液溢出），取出銀坩堝，用蒸餾水沖洗外壁以去除灰塵，然后放入盛有100mL涼水的250mL燒杯中，在電爐上加熱至試樣完全溶出，取出銀坩堝，并用水沖洗銀坩堝。在攪拌下向試液中加入25mL鹽酸和1mL硝酸，再用（1+5）鹽酸洗坩堝，最后將試液加熱至沸騰，冷卻，移入250mL的容量瓶中，定容，搖勻，以備測定SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO及MgO。

3.2 SiO2含量的測定

3.2.1 生成沉淀

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的塑料燒杯中，然后加入10mL硝酸并攪拌，稍等片刻后，加入10mL 150g/L的KF溶液，攪拌，再加入6g KCl固體，用磁力攪拌器攪5min即可。

3.2.2 過濾、洗滌及中和殘余酸

用定性濾紙過濾，把沉淀與溶液分離，用KCl溶液洗塑料杯和沉淀3次（洗滌液的總量在25mL以內），將濾紙及沉淀物取出放入原塑料燒杯中，然后沿著杯壁加入30mLKCl-乙醇溶液和2滴甲基紅，展開濾紙，邊滴加氫氧化鈉標液邊攪拌，直至溶液恰好變成黃色。

3.2.3 滴定

向塑料杯中加入250mL沸水（已煮沸并且用氫氧化鈉標液中和酚酞至微紅色），加入1mL酚酞，再用氫氧化鈉標液滴定至溶液由紅變成黃色，又變成微紅色即為終點。

3.3 Fe2O3含量的測定

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的燒杯中，向杯中加水稀釋溶液至100mL，用（1+1）氨水和（1+1）鹽酸調節溶液的pH約在1.9附近（借助精密pH試紙），然后把溶液加熱到70℃，滴加10滴磺基水楊酸鈉溶液，再用EDTA標液滴定至溶液呈亮黃色（溶液終點時的溫度要高于60℃）。

3.4 Al2O3含量的測定

向3.3測定完Fe2O3的溶液中加水至200mL，滴加2滴溴酚藍，然后先用（1+1）氨水調溶液至藍紫色，再用（1+1）鹽酸調到黃色，加15mL pH為3.0的緩沖溶液，將溶液加熱至沸并保持微沸約1min（燒杯中加入小片濾紙防爆沸），滴加10滴EDTA-銅和2滴PAN指示劑，最后用EDTA標液滴定溶液至紅色消失，反復加熱煮沸、滴定，至溶液紅色完全消失并呈現穩定的亮黃色。

3.5 CaO含量的測定

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的燒杯中，加入適量的20g/LKF溶液（硅含量大于50%時，加入KF溶液15mL；硅含量在30%～50%之間時，加入10mL；硅含量在4%～30%之間時，加入7mL；硅含量小于4%時，不加KF溶液），攪拌并靜置5min，加水稀釋到200mL，然后加入5mL（1+2）的三乙醇胺溶液和適量CMP指示劑（溶液顯色即可），邊攪拌邊加入15mLKOH溶液（此時溶液呈綠色熒光），用EDTA標液滴定至溶液綠色熒光消失不再出現紅色。

3.6 MgO含量的測定

用移液管移取25mL 3.1的試液于250mL的燒杯中，加入適量的20g/LKF溶液（同3.5），攪拌并靜置5min，加水稀釋到200mL，然后加入1mL酒石酸鉀鈉溶液并攪拌，加入5mL（1+2）的三乙醇胺溶液并攪拌，加入25mL pH為10的緩沖溶液和適量的KB指示劑（溶液顯色即可），用EDTA標液滴定至溶液由紫色變成純藍色。

4 實驗結果和討論

4.1 用該法對鋼渣、尾礦進行測定

測定結果如表1所示。

表1 鋼渣、尾礦中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO的含量

4.2 該方法的準確度和精密度

選取石灰石國家一級標樣，采用本方法的實驗步驟重復測定6次，結果顯示測定值和標準值保持一致，精密度小于0.60%，說明該方法準確度高、精密度好，能滿足測試需要。

5 結論

5.1該方法速度快、方便且易操作：在SiO2的測定中，使用磁力攪拌器，促使生成沉淀的時間縮短；測定Al2O3在測定Fe2O3的基礎上進行，不需要重新移取試液；除了SiO2的測定，其余四種測定均以EDTA作為標液進行滴定，使整個滴定過程可以連續進行，節約了時間。

5.2該方法測定的準確度和精密度高，可滿足生產需要。

5.3該方法實現了在同一份試液中進行多組分連續測定的系統分析方法。

［1］鄒榮，黃洪.氟硅酸鉀容量法測定水泥中二氧化硅含量的研究［J］.廣東化工，2014，41（6）：187-188.

［2］李淑玲.鉀水玻璃中二氧化硅快速測定方法的探討［J］.無機鹽工業，2012，44（5）：50-52.

［3］王際祥，高文紅，王俊秀，等.分光光度法EDTA滴定法測定 精煉合成渣 中SiO2、CaO、MgO、Al2O3、CaF2的 研究［J］.萊 鋼科技，2011，（5）：58-61.