论陶瓷原料中二氧化硅含量的测定方法精

1、论陶瓷原料中二氧化硅含量的测定方法作者：唐志阳时间： 2009-4-8 13:57:00论文关键词：陶瓷原料，二氧化硅，测定论文摘 要：本文介绍了陶瓷原料中SiO2含量的多种检测方法，并且对其 中常用的几种方法作了较详细的介绍，比较了各种方法的优缺点，指出了检测 过程中应注意的事项。在传统陶瓷中，SiO2是陶瓷坯体的主要化学成分，是硅酸盐形成的骨架， 它的存在可以提高陶瓷材料的热稳定性、化学稳定性、硬度、机械强度等，从 而直接影响陶瓷产品的生产工艺和使用性能，同时SiO2也是各种釉料配方的重要参数。因此，准确测定陶瓷原料中 SiO2的含量，对陶瓷和釉料生产非常重 要，它关系到原材料的用量、产品

2、的质量和性能等。不同的陶瓷原料，其SiO2的含量不同，测量方法也有多种。本文对陶瓷原 料中SiO2的常见检测方法逐一作了介绍。2 氢氟酸挥发法2.1 硫酸- 氢氟酸法当试样中的SiO2含量在98%以上时，可采用此法。具体方法如下：将测定 灼烧减量后的试料加数滴水湿润，然后加硫酸（ 1+1）0.5ml ，氢氟酸（密度 1.14g/cm 3）10ml ，盖上坩埚盖，并稍留有空隙，在不沸腾的情况下加热约 15mi n,打开坩埚盖并用少量水洗二遍（洗液并入坩埚内），在普通电热器上小 心蒸发至近干，取下坩埚，稍冷后用水冲洗坩埚壁，再加氢氟酸（密度 1.14g/cm 3） 3ml 并蒸发至干，驱尽三氧化硫

3、后放入高温炉内，逐渐升高至 9501000C，灼烧1h后，取出置于干燥器中冷至室温后称量，如此反复操作 直至恒重。二氧化硅含量的计算公式如下：SiO 2 （% = （m-m2）/m x 100式中：m1 灼烧后坩埚与试料的质量， gm2 氢氟酸处理后坩埚的质量， gm 试料的质量， g2.2 硝酸-氢氟酸法当试样中的 SiO2 含量大于 95%而小于或等于 98%时，可采用此方法。具体 如下：(1) 将试料置于铂坩埚中，加盖并稍留缝隙，放入 10001100C高温 炉中，灼烧1h。取出，稍冷，放入干燥器中冷至室温，称量。重复灼烧，称 量，直至恒重。(2) 将坩埚置于通风橱内，沿坩埚壁缓慢加入

4、3ml硝酸、7ml氢氟酸， 加盖并稍留缝隙，置于低温电炉上，在不沸腾的情况下，加热约30min (此时试液应清澈)。用少量水洗净坩埚盖，去盖，继续加热蒸干。取下冷却，再加 5ml硝酸、10ml氢氟酸并重新蒸发至干。( 3) 沿坩埚壁缓缓加入 5ml 硝酸蒸发至干，同样再用硝酸处理两次，然 后升温至冒尽黄烟。(4)将坩埚置于高温炉内，初以低温，然后升温至 10001100C灼烧 30mi n,取出，稍冷，放入干燥器中冷至室温，称量。重复灼烧，称量，直至恒 重。二氧化硅含量的计算公式如下：SiO2 (% = (m1-m2 + (nVm4) /m x 100式中：m试料与坩埚灼烧后的质量，gm2氢氟

5、酸处理并灼烧后残渣与铂坩埚的质量，gm试剂空白与铂坩埚的质量，gm4测定试剂空白所用铂坩埚的质量，gm 试料的质量， g3重量-钼蓝光度法重量-钼蓝光度法所测定的范围是 SiO2含量小于95%具体如下：(1) 对可溶于酸的试样，可直接用酸分解；对不能被酸分解的试样，多 采用NCO作熔剂，用铂坩埚于高温炉中熔融或烧结之后酸化成溶液，再在水 浴锅上用蒸发皿蒸发至干，然后加盐酸润湿，放置一段时间后，加入动物胶，使硅酸凝聚，搅匀，放置5mi n，用短颈漏斗、中速滤纸过滤、滤液用 250ml容 量瓶承接。将沉淀全部转移到滤纸上，并用热盐酸洗涤沉淀 2次，再用热水洗 至无氯离子。(2) 将沉淀连同滤纸放到

6、铂坩埚中，再放到 700C以下高温炉中，敞开炉门低温灰化，待沉淀完全变白后，开始升温，升至1000C1050C后保温1h取出，稍冷即放入干燥器中，冷至室温，称量。重复灼烧，称量，直至恒重。(3) 加数滴水润湿沉淀，加4滴硫酸、10ml氢氟酸，低温蒸发至冒尽白 烟。将坩埚置于10001050C高温炉中灼烧15mi n,取出稍冷，即放入干燥器 中，冷至室温，称量。重复灼烧，称量，直至恒重。(4) 加约1g熔剂到烧后的坩埚中，并置于10001050C高温炉中熔融 5min，取出冷却。加5ml盐酸浸取，合并到原滤液中，用水稀释到刻度，摇 匀。此溶液为试液A，用于测定残余二氧化硅、氧化铝、氧化铁和二氧化

7、钛。(5) 用移液管移取10ml试液A于100ml容量瓶中。加入10ml水、5ml 钼酸铵溶液，摇匀，于约30°C的室温或温水浴中放置 20mi n。(6) 加入50ml乙二酸-硫酸混合溶液，摇匀，放置 0.52 min，加入 5ml 硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，摇匀。(7)用10mm吸收皿，于分光光度计690nm处，以空白试验溶液为参比测 量其吸光度。二氧化硅的值由绘制的工作曲线上查得。二氧化硅含量的计算公 式如下：SiO2 (% =m1-m2+rl(V/V1)-(m4- m5)/m x 100式中：m1 氢氟酸处理前沉淀与坩埚的质量，gm2 氢氟酸处理后沉淀与坩埚的质量，g3

8、m 由工作曲线查得的二氧化硅量， gm4 氢氟酸处理前空白与坩埚的质量，gm5 氢氟酸处理后空白与坩埚的质量，gV1 分取试液的体积， mlV 试液总体积， mlm 试料的质量， g4 氟硅酸钾容量法重量-钼蓝光度法的准确度较高，但对于一些特殊样品，如萤石CaF2由于含有较大量的氟，会使试样中的 Si 以 SiF4 形式挥发掉，不能用重量法测定。还有重晶石以及锆含量较高的样品、钛含量较高的样品，在重量法的条件 下形成硅酸的同时，会生成其它沉淀，夹杂在硅酸沉淀中。所以这些特殊样品 不能用重量法测定，可用氟硅酸钾容量法来测定 SiO2的含量。氟硅酸钾容量法是将试样用碱熔融，不溶性酸性氧化物二氧化硅

9、转变成可溶性的硅酸盐，加酸后生成游离的硅酸，在过量的氟离子和钾离子存在下，硅 酸与氟离子作用形成氟硅酸离子，进而与钾离子作用生成氟硅酸钾沉淀。该沉 淀在热水中会水解生成氢氟酸，用氢氧化钠标准溶液滴定，由消耗的氢氧化钠 标准溶液的体积计算二氧化硅的含量。应用该分析方法时应严格控制分析条 件，具体应注意以下几点：(1) 样品的处理是先用氢氧化钠熔融，然后用水浸取，再加盐酸酸化，然后得到样品溶液。当样品中铝、钛含量较高时，为防止氟铝酸钠和氟钛酸钠沉淀的生成，可用氢氧化钾代替氢氧化钠。氢氟酸挥发法历来被认为是赶硅的一种方法，但实践证明，在一定的条件下，四氟化硅和氢氟酸能共处于同一溶 液中，因此，在溶解

10、过程中，只要控制一定的体积，硅即以氟硅酸的形式留在 溶液中，从而可测定硅的含量。(2) 为了保证硅的沉淀完全，加入氟化钾和氯化钾的量应过量。但氟化 钾和氯化钾的量若过大，则当样品中的铝、钛含量较高时干扰情况比较严重。一般在铝、钛含量不高时，50ml溶液加氟化钾1.52.0g ;而铝、钛含量较高 时加11.5g。氯化钾的加入量还与沉淀时的温度有关。 20E时，50ml溶液加 8g氯化钾；高于25C则需加入10g以上。(3) 沉淀时为减少沉淀的溶解和沉淀的洗涤困难，温度应低于30C，体 积不大于50ml，沉淀应在放置15min后过滤。(4) 测定的干扰一般来自铝、钛，对高铝和高钛的试样可加入氯化钙

11、、 过氧化氢、草酸铵、草酸和熔样用的氢氧化钾来代替氢氧化钠、用硝酸代替盐 酸作介质的方法来消除干扰。氟硅酸钾容量法具有快速、准确、精密度高的特点，因此广泛应用于陶瓷 生产中的控制分析。当试样中的 SiO2 含量在 2%以下时，为了得到较准确的检测结果，宜用比色 法测定。比色法有硅钼黄和硅钼蓝两种。硅钼黄法基于单硅酸与钼酸铵在适当 的条件下生成黄色的硅钼酸络合物（硅钼黄）；而硅钼蓝法把生成的硅钼黄用 还原剂还原成蓝色的络合物（硅钼蓝）。在规定的条件下，由于黄色或蓝色的 硅钼酸络合物的颜色深度与被测溶液中 SiO2 的浓度成正比，因此可以通过颜色 的深度测得SiO2的含量。硅钼黄法可以测出比硅钼蓝

12、法含量较高的SiO2，而后者的灵敏度却远比前者要高，因此在一般分析中，对少量SiO2的测定都采用硅钼蓝比色法。硅钼蓝比色法有两种，一种是用 1， 2， 4-酸（ 1-氨基-2- 萘酚-4- 磺酸）作还原剂，另一种是用硫酸亚铁铵作还原剂，具体操作如下：1， 2， 4-酸还原法：该方法是将试样分解后，在一定酸度的盐酸介质中， 加钼酸铵使硅酸离子形成硅钼杂多酸，用 1， 2， 4- 酸还原剂将其还原成钼蓝， 在分光光度计上于波长700nm处测量其吸光度。硫酸亚铁铵还原法：该方法是将试样用碳酸钠 - 硼酸混合熔剂熔融，并用稀 盐酸浸取。在约 0.2mol/L 盐酸介质中，单硅酸与钼酸铵形成硅钼杂多酸；

13、加入 乙二- 硫酸混合酸，消除磷、砷的干扰，然后用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝， 于分光光度计波长810nm或690nm处，测量其吸光度。该方法可以测出比 1， 2， 4- 酸还原法含量较高的 SiO2。比色法测定SiO2对溶液的酸度和溶液温度有严格的要求，否则得不到准确 的测量结果。6硅酸钙沉淀EDTA滴定法该法是让硅酸在pH=10时与钙生成硅酸钙沉淀，沉淀用已知过量的EDTA溶解，过量的EDTA用标准钙溶液回滴，用K-B指示剂指示终点，由加入的EDTA 量和钙标准溶液的消耗量来计算二氧化硅的含量。应用该法分析时应注意以下 问题：（1）干扰离子较多，一般共存的铁、铝、钛均会干扰测定，可采用邻二 氮菲和三乙醇胺来联合掩蔽。（2）由于硅酸钙沉淀的溶解度较大，为保证沉淀完全，沉淀时体积应较 小，而且 pH 控制为 10。（3）为使沉淀完全应加入SiOa2-量6080倍的氯化钙，沉淀时应遵循 “热、浓、快”的原则，以便得到较紧密的硅酸钙沉淀。（4）洗涤应选用pH=10的氨水-氯化铵缓冲溶液，为减少洗涤时硅酸钙的 损失，应尽可能减少洗涤剂的用量。硅酸钙沉淀法操作方便，熔样可采用镍坩埚进行，滴定过程可在普通烧杯 中进行。虽然在准确度和精密度方面仍有待进一步改进，但此法在厂矿的控制 分析中是一种值得推广的分析方法。7 结语陶瓷原料中 SiO2 的测定方法有多种，检测时应根据待测