氟硅酸鉀容量法檢測二氧化硅操作優化試驗研究

摘 要：氟硅酸鉀容量法檢測二氧化硅是水泥過程質量控制首選方法，但是實驗操作經驗對測定結果的影響較大。通過正交實驗分析操作關鍵因素由主到次為KCl加入量—KCl/KF加入方法—陳化方式—陳化時間，選出最優操作為“先加10mLKF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷卻10min，再加7g KCl，攪拌10min”，其他操作與GB/T 176-2017相關要求一致。優化后的操作采用定量KCl加入方式，操作人員易掌握，并且縮短了操作時間。經過實驗驗證該優化操作對熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂巖均適用。

關鍵詞：氟硅酸鉀容量法；正交試驗；極差分析文章編號：2095-4085（2024）06-0203-03

0 引言

氟硅酸鉀容量法檢測二氧化硅快速、簡便，較適合水泥企業過程質量控制，是氯化銨稱量分析法所不及的。前期調研發現，檢驗人員對該操作掌握不佳，主要表現在檢測結果穩定性較差等方面。

氟硅酸鉀容量法的影響因素較多，下面采用正交試驗對操作主要影響因素進行系統實驗研究，分析各因素主次關系和最佳水平。

1 試驗方案

根據調研并查閱相關文獻資料，本次實驗以GB/T 176-2017中氟硅酸鉀容量法為基礎，選擇其中的

KCl/KF加入方法、KCl加入量、陳化方式、陳化時間作為本次實驗的因素，其他操作同GB/T 176-2017一致。每個因素設計3個水平，因素-水平表詳見表1。使用L9（34）正交表設計實驗方案見表2。以檢驗

誤差為實驗指標，每組實驗仿行數為2，即每組實驗進行2次，如2次檢測結果絕對誤差滿足重復性限要求，取平均值作為該組實驗的檢驗誤差。如超差，需重新檢驗，直至二者絕對誤差滿足重復性限要求。

實驗順序隨機化運行，測量系統保持不變，即由同一實驗人員在同一實驗室內完成，實驗室環境條件、藥品、儀器等均保持不變。

實驗樣品采為國家水泥質量監督檢驗中心研制的GSB 08-1355-2014水泥熟料成分分析標準樣品，標準樣品的SiO2標準值為22.07%，LOI標準值0.60%，LOI檢測值為0.85%，SiO2校正標準值按式1計算。

SiO2校正標準值=SiO2標準值×100-LOI檢測值100-LOI標準值=22.07%×100-0.85100-0.60=22.01%式1

2 實驗結果與分析

正交實驗結果及統計量見表3。

依極差畫出指標-因素圖（圖1），定出因素的主次為：

B（KCl加入量）—A（KCl/KF加入方法）—C（陳化方式）—D（陳化時間）

2.1 因素B和A

各因素中對檢驗結果影響最大的是B和A。二者間交互作用的二元效應表詳見表4，由此繪制交互作用圖詳見圖2。

B1所對應的檢驗誤差均較高。B3的檢驗誤差較低，但是在實際檢驗過程中，檢驗人員不易準確把握B3=KCl過量2g，而B2=7gKCl則容易操作，因此選擇B2水平。

B2A2檢驗誤差最低，為0.10%。即KCl加入量為7g，加入方法為“KF→冷卻→KCl”時檢驗誤差最低，即圖中紅色圓圈內的點。因此從可操作性和檢驗誤差最小化方面考慮，選定B2A2操作，即先加KF→冷卻→KCl定量加入7g。

2.2 因素C

圖3為A與C交互作用圖。從圖3中可見A2C3所對應的檢驗誤差最低，因此C“陳化方式”選擇C3=攪拌。

2.3 因素D

圖4為C與D交互作用圖。從圖4中可以看出C3D1的檢驗誤差最低，因此D“陳化時間”選擇D1=10min。

綜上，最佳組合為B2A2C3D1，代表的實驗操作方法：先加10mLKF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷卻10min，再加7g KCl，攪拌10min。該組合是本次正交試驗第5組實驗，其檢驗誤差為0.10%，為所有實驗中最低值。

3 驗證實驗

上述正交實驗選用試驗樣品為熟料，為進一步驗證最佳實驗操作方法對其它類別試樣是否適用，選取國家標準樣品生料、水泥、粘土、粉煤灰、砂巖用該方法進行檢測，結果詳見表5。

由表5可看出各組實驗絕對誤差均低于GB/T 176-2017《水泥化學分析方法》中規定的氟硅酸鉀容量法測定結果重復性限要求。經驗證正交實驗所得最佳實驗操作方案對熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂巖均適用。

4 結論

通過正交實驗系統分析，選出最優操作“先加10mL KF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷卻10min，再加7g KCl，攪拌10min”，其他操作與GB/T 176-2017相關要求一致。優化后的操作采用定量KCl加入方式，操作人員易掌握，并且縮短了操作時間。經過實驗驗證該操作對熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂巖均適用。

這與張紹周等人提出的“改進氟硅酸鉀容量法（大體積中和法）”中的氟硅酸鉀沉淀操作基本一致。氯化鉀按計算量定量加入，而不必加至過飽和且過量2g。一是簡化了加入氯化鉀的操作過程，按規定量加入硝酸、氟化鉀和氯化鉀之后，攪拌10min，氟硅酸鉀即已定量生成且經過了陳化，加快了分析速度，且避免了氟鋁酸鹽沉淀的生成；二是氟硅酸鉀沉淀中無固體氯化鉀摻雜，沉淀的洗滌十分容易，速度快，減少了氟硅酸鉀水解的傾向，也避免了未溶氯化鉀晶體中夾裹的酸可能造成的影響［1］。

參考文獻：

［1］張紹周，辛志軍，倪竹君.水泥化學分析［M］.北京：化學工業出版社，2007.