地質(zhì)礦物樣品中硅酸鹽分析

李 靜

（中國(guó)建筑材料地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì)，新疆烏魯木齊 830000）

對(duì)地質(zhì)樣本當(dāng)中的硅酸鹽進(jìn)行研究，能夠推動(dòng)硅酸鹽在實(shí)際工作當(dāng)中的運(yùn)用。因此對(duì)其進(jìn)行分析，分析地質(zhì)礦物樣品的硅酸鹽的化學(xué)成分，促進(jìn)對(duì)其的運(yùn)用。

1 巖石礦物中硅酸鹽的主要成分

自然界中存在非常豐富的硅酸鹽礦物成分，分布在不同巖石礦物當(dāng)中，目前已知超過(guò)了800多種，已經(jīng)超過(guò)地球上總礦物的三分之一。其中石英、云母、高嶺土之類的礦物遍及全球范圍內(nèi)。硅酸鹽種類非常多遍布各地，這種物質(zhì)的熔點(diǎn)比較高，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，這樣一來(lái)化學(xué)物質(zhì)的監(jiān)測(cè)難度也得到了相應(yīng)的提升。由于礦物類型的不同，硅酸鹽對(duì)礦物含量造成的影響比較大。硅酸鹽的化學(xué)反應(yīng)有大量元素參與，分布廣。根據(jù)我國(guó)國(guó)標(biāo)GB/T14506.1的規(guī)定進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。GB/T14506.1規(guī)定了巖石礦物硅酸鹽當(dāng)中的重要成分，比如Al、K、Na、Si、CO、Ca 等，這些物質(zhì)的存在，給硅酸鹽在礦物質(zhì)成分當(dāng)中的檢測(cè)增加了難度。為了獲取硅酸鹽當(dāng)中的巖石礦物成分表，應(yīng)該選取特定礦物，采取對(duì)應(yīng)方式分析該礦物當(dāng)中含有的化學(xué)成分，進(jìn)行分析之后得出結(jié)論。如果一些物質(zhì)在硅酸鹽礦石當(dāng)中的含量很低，可以考慮不對(duì)其進(jìn)行測(cè)試分析[1]。

2 地質(zhì)礦物樣品當(dāng)中硅酸鹽分析的價(jià)值

硅酸鹽的分布形式?jīng)Q定人類運(yùn)用硅酸鹽的必然性，硅酸鹽無(wú)論是從分布形式上來(lái)講，還是從化學(xué)性質(zhì)上來(lái)講，都是對(duì)人們的生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響的物質(zhì)。應(yīng)深入研究硅酸鹽的開(kāi)發(fā)和利用，從源頭上推動(dòng)硅酸鹽的發(fā)展。而地質(zhì)開(kāi)發(fā)和保護(hù)、合理開(kāi)采的前提就是要了解巖石礦物樣本成分，只有對(duì)樣本進(jìn)行精準(zhǔn)分析得出成分表，才可以制定出開(kāi)采計(jì)劃和保護(hù)計(jì)劃，更好開(kāi)發(fā)硅酸鹽。目前人們對(duì)硅酸鹽進(jìn)行了非常廣泛的研究，針對(duì)當(dāng)前的研究，應(yīng)該在明晰組成成分的基礎(chǔ)上，制定出開(kāi)采、運(yùn)用、保護(hù)計(jì)劃，促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展。在開(kāi)采之前應(yīng)該做好成分報(bào)告工作，如此才能夠科學(xué)而精準(zhǔn)的開(kāi)采。

3 巖石礦物當(dāng)中硅酸鹽的化學(xué)成分分析

3.1 堿熔快速分析系統(tǒng)

硅酸鹽礦物含有大量物質(zhì)，這些元素的不同，測(cè)定過(guò)程中產(chǎn)生的物質(zhì)也有區(qū)別，為減少測(cè)定耗費(fèi)的時(shí)間，一般是運(yùn)用統(tǒng)一樣品進(jìn)行試樣分解或者是分離，使用這些屏蔽手段消除測(cè)定當(dāng)中存在的干擾因素，系統(tǒng)以及連貫地對(duì)各種元素進(jìn)行依次測(cè)定。硅酸鹽的分析基本上是建立在重量法的基礎(chǔ)上，一次能夠測(cè)定出二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁等項(xiàng)目，分析的過(guò)程大致上都是分解、分離以及測(cè)定；沉淀和測(cè)定；二氧化硅分離和測(cè)定等，當(dāng)前常用化學(xué)成分分析系統(tǒng)比較多。

堿熔快速分析方式：首先稱樣0.5g，加入碳酸鈉，放在鉑坩堝當(dāng)中融化；再使用鹽酸提取濕鹽狀凝膠進(jìn)行過(guò)濾沉淀，提取出沉淀物二氧化硅。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中加入250g 濕鹽，之后分別介入不同的試劑提取不同的元素，加入25mLEDTA，能夠滴定出三氧化二鐵、氧化鈣等物質(zhì)[2]。但是如果有氧化鈣和氧化錳物質(zhì)，可以使用差減法來(lái)分離。二氧化鈦可以使用比色法分離。使用差減法分析三氧化鐵，使用高碘液鉀通過(guò)比色法分離出錳；除此之外，在測(cè)定當(dāng)中，運(yùn)用比色法用磷礬銅黃分離五氧化二磷；在分離完成之后，加入試劑氟化氫和硫酸，分解溶液，加入亞硝酸溶液，運(yùn)用火焰光度法，分離氧化鉀、氧化鈉。

3.2 酸溶快速分析

稱取出0.3g 樣品分別加入氟化氫、高氧酸、硫酸分解之后制成溶液，定量250mL，之后分別在250mL 溶液當(dāng)中加入不同的試劑進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn)。加入5mL 鄰啡羅啉之后，運(yùn)用比色法進(jìn)行分析，提取出三氧化二鐵；提取25mL 溶液，運(yùn)用比色法分離出二氧化鈦；使用EDTA 滴定分離出三氧化二鋁、氧化鈣和氧化錳，其中后面兩者都可以通過(guò)是差減法進(jìn)行分離。使用磷雷藍(lán)分離出二氧化二磷，使用比色法分離；使用亞硝酸溶液，定量25mL，通過(guò)火焰光度法分離氧化鉀、氧化鈉。稱重0.1g 樣品，加入氟化氫之后分解定量試樣，使用氟硅酸鉀，使用定量法來(lái)分離二氧化硅。

3.3 原子吸收光度法的快速分析

稱樣0.1g，實(shí)驗(yàn)在封閉環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行，在密封塑料容器當(dāng)中，加入氟化氫分解，加熱到120～130℃，制作成含有2%的硼酸和2%的鹽酸溶液，約為100mL，接下來(lái)使用鋁、硅、氧化鈉溶解，使用原子吸收法分離出二氧化硅和三氧化二氯、氧化錳、氧化鉀等物質(zhì)。原子吸收光度法的運(yùn)用同樣配合比色法，用二安替吡林甲烷分解出氧化鈦，使用磷礬銅黃分離二氧化二磷[3]。如果樣品當(dāng)中的硅含量高，原子吸收法儀器不能滿足精度分析要求，可以分取溶液，使用比色法和容量法來(lái)測(cè)定。

4 微波消解法測(cè)定巖石礦物硅酸鹽

硅酸鹽在巖石礦物當(dāng)中有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，一般情況下對(duì)普通的酸性物質(zhì)存在反應(yīng)都需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，再加上普通輔助加熱也不能加快硅酸鹽的反應(yīng)速度，不能滿足工業(yè)化測(cè)定的要求。為進(jìn)一步提升硅酸鹽的測(cè)定速度，應(yīng)該將微波加熱的手段用在硅酸鹽分析當(dāng)中，通過(guò)這種手段加熱巖石、加熱酸類混合物實(shí)現(xiàn)高速度的加熱，提升巖石當(dāng)中硅酸鹽的分子熱量加快化學(xué)反應(yīng)，極大地提升了巖石消解的速度[4]。這項(xiàng)技術(shù)在硅酸鹽反應(yīng)當(dāng)中的運(yùn)用，能更快速監(jiān)測(cè)巖石礦物質(zhì)成分，這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)得到了很明顯的發(fā)展，在工業(yè)化監(jiān)測(cè)硅酸鹽成分當(dāng)中，發(fā)揮了非常重要的作用。

5 巖石礦物中硅酸鹽分析實(shí)驗(yàn)

5.1 材料與儀器

選擇水泥生塑料、硅酸鹽普通水泥，這兩種樣本是實(shí)驗(yàn)當(dāng)中選擇的主要樣本，實(shí)驗(yàn)試劑材料為50% TEA、90% KOH溶液、36%鹽酸、CMP 指示劑。儀器：離心機(jī)、混合攪拌機(jī)、水晶玻璃試管、1 200W 微波爐。

5.2 實(shí)驗(yàn)步驟

本次實(shí)驗(yàn)的石硅酸鹽測(cè)定使用微波消解法來(lái)進(jìn)行：

首先：制作試劑，按照配比制作，作為測(cè)定硅酸鹽成分的第一步，主要前提，可以借助CaCO3完成試劑的標(biāo)定，稀釋過(guò)程中，使用80%的CaCO3溶液來(lái)進(jìn)行八倍稀釋。液體稀釋之后，抽取出10mL 的CaCO3加入80mL 的蒸餾水，稀釋之后的液體使用攪拌機(jī)攪拌3min。放置一段時(shí)間，之后將CMP指示劑加入液體當(dāng)中，定時(shí)攪拌，將200g 氫氧化鉀溶液加入其中，這個(gè)時(shí)候的液體呈現(xiàn)出綠色的熒光式樣。使用EDTA標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，溶液當(dāng)中進(jìn)入EDTA 標(biāo)準(zhǔn)試劑之后，發(fā)生反應(yīng)，溶液的熒光綠會(huì)逐漸淡化、消失，達(dá)到EDTA 標(biāo)定濃度[5]。

樣品微波消解法，標(biāo)定好EDTA 溶液之后開(kāi)始消解樣品，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中消解準(zhǔn)備好的水泥熟料，將0.1000g 的樣品稱樣，使用天平秤取好之后，用400mL 燒杯盛取樣品，將30mL蒸餾水加入溶解樣品當(dāng)中加熱，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中將燒杯蓋好杯子放置在微波爐上。這里需要將微波爐功率開(kāi)到最大，定時(shí)加熱1min，加熱、觀察樣品直到樣品完全溶解。之后放置在一定位置等待冷卻。當(dāng)溶液冷卻達(dá)到正常溫度，和室溫保持一致的時(shí)候，選擇100mL 開(kāi)始測(cè)定工作。在測(cè)定形式當(dāng)中，礦物硅酸鹽的測(cè)定形式大致上一致。獲取溶液、測(cè)定，樣品通過(guò)消解可以通過(guò)外部解熱手段來(lái)完成，可以將試劑加熱的時(shí)間進(jìn)行歸納總結(jié)，然后對(duì)其進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 微波消解和傳統(tǒng)加熱用時(shí)對(duì)比

表1中，傳統(tǒng)的加熱手段和微波消解法在效率上形成明顯的對(duì)比。微波消解法工作效率明顯高于傳統(tǒng)的加熱方式，礦物樣品在檢測(cè)過(guò)程中的消解速度得到了提升，說(shuō)明檢測(cè)速度也得到了提升。加熱完畢之后使用比色法來(lái)測(cè)定，消解指定樣品使用EDTA 標(biāo)定溶液和CMP 指示劑進(jìn)行測(cè)定。

第一步，分離出SiO2成分，第二步，分離CaO、MgO。分離過(guò)程使用EDTA 和KOH，持續(xù)滴定，運(yùn)用差減法完成分離，最后得到硅酸鹽的試劑成分。該方式具備很強(qiáng)的可行性，最終得到的結(jié)果經(jīng)過(guò)驗(yàn)證保證可靠。結(jié)合樣品外部加熱手段來(lái)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出最終的結(jié)果。而且運(yùn)用微波消解法和傳統(tǒng)方式對(duì)比，可以看出在巖石礦物硅酸鹽測(cè)定過(guò)程中，可以使用微波消解手段來(lái)進(jìn)行測(cè)定檢驗(yàn)，和傳統(tǒng)手段相比微波消解法測(cè)量精度并沒(méi)有下降，確保了成分之間的誤差率。因此在巖石礦物硅酸鹽的分析過(guò)程中應(yīng)該使用微波消解的手段來(lái)進(jìn)行分解，通過(guò)微波消解的手段保證了方式可靠，而且效率也得到了提升[6]。這種方式值得在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)積極推廣。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在實(shí)際工作當(dāng)中，上述實(shí)驗(yàn)方式都屬于運(yùn)用比較廣泛的方式，但是在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中還是存在一些弊端，比如過(guò)程復(fù)雜和程序煩瑣等。推薦使用微波消解法，微波消解法利用內(nèi)部加熱的獨(dú)特性能，對(duì)樣本和酸性物質(zhì)進(jìn)行深層加熱，加速巖石當(dāng)中硅酸鹽化合物的解離，方便人們更好對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。微波波的頻率為300～300 000MHz，微波作為樣本當(dāng)中的內(nèi)部分子可以產(chǎn)生高效高速的熱運(yùn)動(dòng)，能效比較高，因此可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部加熱。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)，微波加熱和傳統(tǒng)外部加熱方式相比較，對(duì)地質(zhì)樣本的消解速度提升一倍以上，地質(zhì)樣本檢測(cè)效率明顯提升。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上，隨著社會(huì)科技的發(fā)展，地質(zhì)學(xué)科當(dāng)中，不管是理論研究還是實(shí)踐運(yùn)用，需要分析的樣本只會(huì)越來(lái)越多，因此硅酸鹽的分析方式也需要改變。化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，要求人們加快研究的步伐，積極進(jìn)行創(chuàng)新，為我國(guó)地質(zhì)工作做出貢獻(xiàn)。