試論氟硅酸鉀容量法檢測(cè)螢石二氧化硅

李偉龍

（中鋼集團(tuán)天津地質(zhì)研究院有限公司，天津 300171）

二氧化硅是玻璃的主要化學(xué)成分，是硅酸鹽的骨架，其存在可以讓玻璃化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度以及硬度等性能得到保障，同時(shí)，它對(duì)于拉絲作業(yè)、配合料熔制等環(huán)節(jié)具有重要影響。當(dāng)前，對(duì)螢石二氧化硅進(jìn)行檢測(cè)的方法存在多種，重量法和氟硅酸鉀容量法得到了廣泛采用。

1 螢石二氧化硅檢測(cè)現(xiàn)狀

螢石（Fluorite）也可以稱之為氟石，是一種軸晶系的礦物，其主要應(yīng)用在玻璃、搪瓷、化學(xué)、冶金等工業(yè)之中，同時(shí)，它還是我國(guó)主要出口的礦產(chǎn)之一，其主要成分是CaF2(氟化鈣)，其中還有一些雜質(zhì)，二氧化硅是主要雜質(zhì)成分，其存在會(huì)讓氟化鈣的消耗量增加。當(dāng)前，很多主要開采螢石礦的企業(yè)并沒有對(duì)二氧化硅進(jìn)行精確檢測(cè)的能力，這也很容易使得螢石二氧化硅含量不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)帶來損失。

2 氟硅酸鉀容量法檢測(cè)螢石二氧化硅實(shí)驗(yàn)流程

2.1 實(shí)驗(yàn)原理分析

K2SiF6(氟硅酸鉀)是一種無色晶體，熔點(diǎn)大約為238℃（分解），具有易溶性，在溶于水之后，水溶液為酸性。本身在潮濕環(huán)境中會(huì)對(duì)空氣水分予以吸收，釋放出氟化氫。在此實(shí)驗(yàn)中，KOH（氫氧化鉀）在熔融試驗(yàn)原料之后，可以轉(zhuǎn)化變成K2SiO3（硅酸鉀），這是一種可溶性硅酸鹽，熔融物在經(jīng)過HNO3（硝酸）分解之后可以生成游離H2SiO3（硅酸），而KF(鉀的氟化鹽)會(huì)和H2SiO3發(fā)生作用，進(jìn)而形成K2SiF6（氟硅酸鉀），這種K2SiF6是微溶的，此時(shí)將KCI（氯化鉀）固體加入，可以讓溶解度得到降低，依照同離子的效應(yīng)原理，可以讓其沉淀。在燒杯中添加沉淀物，然后通過KCI-CH3CH2OH溶液的加入來完成洗滌和沉淀工作（在有機(jī)溶劑中，沉淀物溶解度低于無機(jī)溶劑中溶解度），利用游離酸和NaOH（氫氧化鈉），當(dāng)紅色為酚酞主要顏色時(shí)，可以將沸水予以添加，利用K2SiF6沉淀水解可以讓HF得以釋放，滴定NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液，可以讓HF得以再次釋放，反應(yīng)過程為：

SiO2+KOH→K2SiO3+H2O

HNO3+K2SiO3→KNO3+H2SiO3

H2SiO3+K++F-→K2SiF6↓+H2O

K2SiF+H2O→KF+H2SiO3+HF

NaOH+HF→NaF+H2O

結(jié)合反應(yīng)過程，利用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的消耗量可以完成SiO2（二氧化硅）含量的計(jì)算工作。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作論述

在此實(shí)驗(yàn)中，試樣溶液的制備方法為熔融法，溶劑是KOH，在此步驟中，分解試樣的工作應(yīng)該采用高溫鎳坩堝，試樣應(yīng)該在鎳坩堝底部鋪平，應(yīng)該盡量分散，溶劑需要在此步驟完成后再進(jìn)行鋪蓋，利用HNO3和熱水讓熔塊浸取。對(duì)鍋進(jìn)行清洗后，燒杯中的總體積約為50ml，這樣可以讓沉淀溶解得到減少，可以讓整個(gè)過程順利進(jìn)行，此時(shí)，pH值應(yīng)該在3～5的范圍之內(nèi)，如果酸度＜3，就有可能讓Ti和Al共同沉淀，最終出現(xiàn)的結(jié)果可能會(huì)偏高，如果酸度＞5，那么就可能造成沉淀部分溶解的現(xiàn)象發(fā)生，最終出現(xiàn)結(jié)果可能會(huì)偏低。在HNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液加入之后，需要對(duì)試樣溶液進(jìn)行冷卻處理，試樣溶液應(yīng)該和室溫保持一致，溫度對(duì)于溶解度具有重要影響，一般情況下，沉淀溶解度和溫度為正比例關(guān)系，因此，對(duì)于冷卻的時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格控制，如果時(shí)間過長(zhǎng)，溫度就可能出現(xiàn)過冷情況，如果溫度過高就可能會(huì)為后續(xù)工作造成困難，容易出現(xiàn)析晶現(xiàn)象。在冷卻工作完成之后，在加入KCI固體時(shí)應(yīng)該注意KCI固體的加入量，沉淀的反應(yīng)是具有可逆性的，K+的存在對(duì)于H2SiO3+K++F-→K2SiF6↓+H2O的正常反應(yīng)具有重要意義，只有這樣才能產(chǎn)生沉淀同離子效應(yīng)。但如果K+的量有些過大，那么在過濾時(shí)就有可能出現(xiàn)阻礙，分析結(jié)果也有可能不準(zhǔn)確。在將KCI-CH3CH2OH溶液予以加入時(shí)，也需要注意溶液自身的體積，如在本次實(shí)驗(yàn)中，就加入了5%的10mlKCICH3CH2OH溶液，沉淀水解反應(yīng)是可逆的，也是分步的，K+加入會(huì)影響完全沉淀。在對(duì)游離酸中和的時(shí)候，需要注意搗碎濾紙的工作，中和不夠完全有可能會(huì)讓結(jié)果出現(xiàn)偏差，中和工作需要迅速進(jìn)行，水溫最好在80℃以上。以某次對(duì)粘土樣品進(jìn)行檢測(cè)為例，該實(shí)驗(yàn)將各類操作失誤作出了數(shù)據(jù)總結(jié)，可以得到操作細(xì)節(jié)對(duì)結(jié)果的影響表，如表1所示。

表1 操作細(xì)節(jié)差別對(duì)測(cè)定結(jié)果造成影響表

如表1所示，細(xì)微的失誤都有可能對(duì)最終結(jié)果造成影響，如在寧波某廠對(duì)玻璃進(jìn)行二氧化硅檢測(cè)時(shí)，就因?yàn)槔鋮s時(shí)間的疏忽，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，不但浪費(fèi)了時(shí)間和精力，還耽誤了整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)度，在利用氟硅酸鉀容量法對(duì)螢石二氧化硅進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要引以為戒，牢記前文所述的多種注意事項(xiàng)，嚴(yán)格按照程序流程以及標(biāo)準(zhǔn)操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3 氟硅酸鉀容量法檢測(cè)螢石二氧化硅結(jié)果分析

為驗(yàn)證氟硅酸鉀容量法檢測(cè)螢石二氧化硅的準(zhǔn)確性，我們可以將其和傳統(tǒng)的重量法測(cè)定螢石二氧化硅準(zhǔn)確性進(jìn)行比較。以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都為隨機(jī)抽取，實(shí)驗(yàn)材料主要為螢石GBWOT253和罐車螢石,為確保比較分析的全面性，此次主要比較的對(duì)象為平均值、最大值、最小值、極差和標(biāo)準(zhǔn)偏差。在采取重量法時(shí)，其主要使用儀器為TG328A型天平，碳酸鈉一氧化鋅混合溶劑（1+2），氯化鋇溶液、碳酸鈉溶液、三氧化鋁溶液、硫標(biāo)準(zhǔn)溶液等，經(jīng)過檢測(cè)，結(jié)果中的平均值為14.20，最大值為14.28，最小值為14.15，極差為0.13，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.05，采用氟硅酸鉀容量法時(shí)，其平均值為14.15，最大值為14.21，最小值為14.10，極差為0.11，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.05，將其進(jìn)行對(duì)比，可以得到檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析折線圖，對(duì)此進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)螢石GBWOT253檢測(cè)誤差范圍均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即不大于0.25%，不小于0.25%。然后進(jìn)行罐車螢石的實(shí)驗(yàn)，設(shè)氟硅酸鉀容量法為新方法，重量法為舊方法，那么得出其對(duì)比柱狀圖為圖1。

圖1 罐車螢石二氧化硅新舊方法檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比柱狀圖

結(jié)合圖1，利用重量法檢測(cè)的平均值為12.85，最大值為12.92，最小值為12.80，極差為0.12，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.06，利用氟硅酸鉀容量法進(jìn)行檢測(cè)，得到平均值為12.78，最大值為12.81，最小值為12.74，極差為0.07，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.04，再次驗(yàn)證了兩種方法沒有超過誤差范圍，也就是說，利用氟硅酸鉀容量法是完全可行的，因?yàn)橹亓糠ㄗ陨聿僮髁鞒梯^為復(fù)雜，需要使用到如馬弗爐等升溫設(shè)備，還需要使用到多種混合溶劑，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，以沉淀煮沸環(huán)節(jié)為例，它需要加入氯化鋇之后，煮沸大約8～15分鐘，然后需要控制保溫溫度（約為70～80℃），保溫時(shí)間超過兩個(gè)小時(shí)，還需要在室溫中做到靜置過夜，較為麻煩，因此，利用氟硅酸鉀容量法是更好的選擇。

4 結(jié)語

綜上所述，從實(shí)驗(yàn)上看，在螢石二氧化硅檢測(cè)中，相比于重量法，通過氟硅酸鉀容量法可以在結(jié)果依然精確的情況下節(jié)省更多的步驟，要更為方便。依照科學(xué)的實(shí)驗(yàn)流程，對(duì)冷卻時(shí)間、KCI-CH3CH2OH溶液質(zhì)量給予重視，可以讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到有力保障，進(jìn)而為我國(guó)螢石出口業(yè)、玻璃制造業(yè)等多種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。

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