硅酸盐分析

项目一：水泥熟料中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO含
量的测定
（一）硅酸盐分析的项目和意义
硅酸盐分析在国民经济中具有十分重要的意义。

在地质学中矿物质的定名需要全分析结果，根根据岩石全分析结果了解，岩石内部的含量变化、元素在地壳内部的迁移情况和变化规律、元素的集中和分散。

工业生产过程中常常需要对原料、中间产品、产品和废渣等进行与岩石分析相类似的全分析。

（二）实验原理
水泥主要由硅酸盐组成。

水泥熟料是由水泥生料经1400℃以上的高温煅烧而成的。

一般的水泥由水泥熟料加入适量的石膏组成。

要控制水泥的质量，可通过水泥熟料的分析得以实现。

检验水泥熟料质量和烧成情况的好坏，根据分析结果，可及时调整原理的配比以控制生产。

水泥熟料的主要化学成分是SiO2（含量范围18%~24%）、Fe2O3（含量范围2.0%~5.5%）、Al2O3（含量范围4.0%~9.5%）、CaO（含量范围60%~67%）和MgO(含量范围<4.5%)。

（1）试样的分解：
水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此易为酸分解。

水泥熟料主要为硅酸三钙、硅酸二钙、氯酸三钙和铁铝酸四钙等混合物。

这些化合物与盐酸作用时，生成硅酸和可溶性的氯化物，分析如下：
4Ca O·Al2O3·Fe2O3+20HCl→4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+10H2O
硅酸是一种无机酸，在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在，其化学反应以SiO2·H2O 表示。

再用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能是绝大部分硅酸水溶胶脱水成水凝胶析出，因此可以利用沉淀分离的方法把硅酸与水泥中的铁、铝、钙、镁等其它组分分开。

（2）SiO2测定的原理：
本实验中以重量法测定SiO2的含量。

在水泥熟料经酸分解后的溶液中，采用加热蒸干和加固体氯化铵两种措施，是水溶性胶状硅胶尽可能全部脱水析出。

蒸发脱水是将溶液控制在100~110℃温度下进行，在水浴或电热板上加热10~15分钟。

由于HCl的蒸发，硅酸中所含的水分大都被带走，硅酸水溶胶即成为水凝胶析出。

加入固体氯化铵厚，氯化铵的水解，夺去了硅酸中的水分，从而加速了硅酸水凝胶的脱水过程，反应如下
NH4Cl+H2O=NH3H2O+HCl
含水硅胶的组成不固定，故沉淀经过过滤、洗涤、灰化后，还需要经过900~1000℃高温灼烧转化成SiO2，然后称量，根据沉淀的质量计算SiO2的含量。

H2SiO3·nH2O→H2SiO3→SiO2
（3）水泥熟料中的铁、铝、钙、镁等组成分测定原理：
水泥熟料中的铁、铝、钙、镁等组分以其离子形式存在于过滤SiO2沉淀后的滤液中，他们都能与EDTA形成稳定的配离子。

但这些配离子的稳定性有较显著的差别，因此只要控制适当的酸度，就可用EDTA分别滴定它们。

（三）仪器和试剂
（1）、仪器
电子天平、滴定管、容量瓶（250ml）、移液管（25ml）、锥形瓶（250ml）、烧杯（50ml、250ml、400ml）、量筒、电炉、漏斗、坩埚、滤纸
（2）试剂
0.01mol/L EDTA标准溶液、3%HCl、浓硝酸、NH4Cl、氨水（1+1）三乙醇胺（1+2）、20%KOH、0.05%溴甲酚绿指示剂（将0.05g溴甲酚绿溶于100ml 20%乙醇溶液）、磺基水杨酸、0.01mol/L、CuSO4标准溶液、PAN指示剂、10%酒石酸钾钠、K-B指示剂（1g酸性铬蓝K-2.5g 萘酚绿B-50g硝酸钾），CMP指示剂（1g钙黄绿素-1g甲基百里香酚蓝-0.2g酚酞-50g硝酸钾）、HAc-NaAc缓冲溶液（ph=4.3,33.7g无水乙酸钠+80ml冰醋酸，加水稀释至1L），NH3-NH4Cl 缓冲溶液（ph=10,67.5g氯化铵+570ml氨水，用水稀释至1L
（四）实验步骤
任务1：SiO2的测定
准确称取试样0.5g左右，置于干燥的50ml烧杯中，加2g氯化铵，用平头玻璃瓶混匀。

盖上表面皿。

沿皿口滴加2ml浓盐酸及1~2滴浓硝酸，仔细搅匀，是所有深灰色试样变为淡黄色糊状物。

再盖上表面皿，将烧杯放在电热板（或沸水浴）上，加热，待蒸发至近干时（10~15分钟），取下烧杯。

加10ml热盐酸（3+97），搅拌，使可溶性的盐类溶解。

用中速滤纸过滤，滤液用250ml的容量瓶盛接，用胶头扫棒以热盐酸（3+97）擦洗玻璃棒及烧杯，并洗涤沉淀10次左右，直至检验无氯离子为止（收集2滴滤液与黑色点滴板上，加1滴硝酸银溶液，观察中溶液不显浑浊）。

滤液和洗液保存在250ml容量瓶中。

沉淀及滤液一并移入已恒重的瓷坩埚中，再于950~1000摄氏度高温炉内灼烧30min，取出，防干燥器中冷却20~30min，称量。

反复灼烧，直至恒重。

任务2：Fe2O3的测定
将分离二氧化硅后的滤液冷却至室温，用蒸馏水定容至250ml，摇匀。

吸取25ml试样溶液于400ml烧杯中，加水稀释至100ml，加2滴0.05%的溴甲酚绿指示剂（在ph<3.8时呈黄色，ph>5.4时呈绿色），逐滴加入氨水（1+1），使之呈绿色，然后用6mol/L的盐酸调制黄色后再过量3滴，溶液ph在1.8~2.0,之间。

将溶液加热至60~70摄氏度，加10磺基水杨酸指示剂，用0.01mol/LEDTA标准溶液缓慢的滴定溶液由紫红色至亮黄色，保留此溶液。

任务3：Al2O3的测定
在滴定铁后的溶液，加入0.01mol/LEDTA标准溶液20~25ml，用水稀释至200ml，加入15mlph=4.3HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1~2min，取下冷却，加入4~5滴PNA指示剂溶液，然后以0.01mol/LCuSO4标准溶液滴定至亮紫色。

EDTA与CuSO4标准溶液之间体积比的测定：从滴定管放出10ml0.01mol/LEDTA标准溶液于400ml烧杯中，用水稀释至200ml，再加入15mlph=4.3HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1~2分钟，冷去，加入4~5滴PAN指示剂，然后以0.01mol/LCuSO4标准溶液滴定至亮紫色。

任务4：CaO的测定
吸取分离二氧化硅后的滤液10ml溶液放入250ml烧杯中，加水稀释至约100ml，加5ml 三乙醇胺（1+2）及少许CMP混合指示剂，再搅拌下加入20%KOH溶液至出现绿色荧光后，再过量5~8ml，此时溶液ph在13以上。

用0.01mol/LEDTA标准溶液滴定溶液至绿色荧光消失，并呈现红色为终点。

任务5：MgO的测定
吸取分离二氧化硅后的滤液10ml溶液放入400ml烧杯中，加水稀释至约200ml，加1ml 酒石酸钠溶液，加5ml三乙酸铵（1+2），搅拌1min。

加入15ph=10NH3-NH4Cl缓冲溶液及少许KB混合指示剂，用0.01mol/LEDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色。

（五）实验数据及处理：。