水泥及原料系统分析

LOGO硅酸硅酸盐工工业分析分析与与检测杨刚宾 陈华军1.2 水泥及原料分析u第第2章章 水泥及原料系统分析水泥及原料系统分析u第第1节节 水泥及其原料的主要测定项目水泥及其原料的主要测定项目u水泥：水泥：n是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料。一起的细粉状水硬性胶凝材料。Company Logo1.2 水泥及原料分析u水泥的种类：水泥的种类：n水泥的种类很多，目前已达100多种，n按其用途和性能可分为n 通用水泥、n 专用水泥n 特性水泥Company Logo1.2 水泥及原料分析u通用水泥通用水泥n为大量土木工程一般用途的水泥，如n硅酸盐水泥、n火山灰质硅酸盐水泥、n粉煤灰硅酸盐水泥n复合硅酸盐水泥等；Company Logo1.2 水泥及原料分析u专用水泥专用水泥n指有专门用途的水泥，如n砌筑水泥、n油田水泥、n大坝水泥等；Company Logo1.2 水泥及原料分析u特性水泥特性水泥n是某种性能比较突出的一类水泥，如n快硬硅酸盐水泥、n抗硫酸盐硅酸盐水泥、n中热硅酸盐水泥、n膨胀硅酸盐水泥、n自应力铝酸盐水泥等等。Company Logo1.2 水泥及原料分析u按其所含的主要水硬性矿物，水泥又可分为按其所含的主要水硬性矿物，水泥又可分为n硅酸盐水泥、n铝盐水泥、n氟铝酸盐水泥n工业废渣和地方材料为主要成分的水泥。Company Logo1.2 水泥及原料分析u水泥原材料的定期检测以及生产过程中的水泥生料、熟料、成品水泥原材料的定期检测以及生产过程中的水泥生料、熟料、成品水泥的质量控制等，是水泥厂化验室日常工作的重要内容之一。水泥的质量控制等，是水泥厂化验室日常工作的重要内容之一。n如生料质量控制分析：TCaCO3、Fe2O3的测定；n水泥熟料质量控制分析：fCaO、FeO的测定；n水泥中SO3的测定等，u还需要对每班、每天生产的半成品、成品的化学成分进行分析，还需要对每班、每天生产的半成品、成品的化学成分进行分析，以控制整个生产质量动态。以控制整个生产质量动态。Company Logo1.2 水泥及原料分析n石灰石、粘土、铁矿石石灰石、粘土、铁矿石n或铁粉、矿渣、粉煤灰或铁粉、矿渣、粉煤灰n或火山灰、石膏、萤石等或火山灰、石膏、萤石等u一般是每进厂一批原料，需要对该原料的质量进行一次全分析，为生产配料、合理利用原材料提供数据。Company Logo1.2 水泥及原料分析u水泥及其原料的主要测定项目：SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、烧失量。u另外：如另外：如n水泥还需增测TiO2、MnO、SO3、F、Na2O、K2O等；n石膏需增测 SO3；n粘土、矾土等需增测TiO2；n矿渣需增测MnO；n而萤石仅需测定CaF2、CaCO3、F、Fe2O3即可。Company Logo1.2 水泥及原料分析u水泥及其原料的系统分析方法分类水泥及其原料的系统分析方法分类n分解方法分为两大类：分解方法分为两大类：n酸溶、碱熔酸溶、碱熔氯化铵系统氯化铵系统n碱熔碱熔氟硅酸钾系统氟硅酸钾系统Company Logo1.2 水泥及原料分析u酸溶、碱熔氯化铵系统n即在用酸加热分解样品的同时，加入即在用酸加热分解样品的同时，加入NH4Cl促进脱水使硅酸凝聚变促进脱水使硅酸凝聚变成凝胶析出，以重量法测定二氧化硅，滤液及洗涤液收集在成凝胶析出，以重量法测定二氧化硅，滤液及洗涤液收集在250mL容量瓶中，供容量瓶中，供EDTA配位滴定法测定铁、铝、钙、镁、钛等。配位滴定法测定铁、铝、钙、镁、钛等。n该方法适用于不溶物该方法适用于不溶物 0.2%的水泥熟料，不含酸性混合材的普通硅的水泥熟料，不含酸性混合材的普通硅酸盐水泥、矿渣水泥等。酸盐水泥、矿渣水泥等。n对于不能用酸分解或酸分解不完全的样品如水泥生料、粘土、石灰对于不能用酸分解或酸分解不完全的样品如水泥生料、粘土、石灰石、粉煤灰、火山灰及不溶物石、粉煤灰、火山灰及不溶物 0.2%的熟料，掺酸性矿渣的水泥等，的熟料，掺酸性矿渣的水泥等，均可先用均可先用Na2CO3烧结或熔融、烧结或熔融、NaOH熔融，再加酸分解熔块。将熔融，再加酸分解熔块。将溶液蒸发成糊状后，加溶液蒸发成糊状后，加NH4Cl脱水，按上述系统方法进行。脱水，按上述系统方法进行。Company Logo1.2 水泥及原料分析u碱熔氟硅酸钾系统n即样品以即样品以NaOH熔融，熔物用浓盐酸分解，制成澄清透明的试验溶熔融，熔物用浓盐酸分解，制成澄清透明的试验溶液，液，以氟硅酸钾容量法测定二氧化硅，EDTA法带硅测定铁、铝、法带硅测定铁、铝、钙、镁。钙、镁。n该系统分析方法快速简便，适用于所有的水泥、水泥生料、熟料、该系统分析方法快速简便，适用于所有的水泥、水泥生料、熟料、原料的分析。原料的分析。Company Logo1.2 水泥及原料分析u一一.二氧化硅的测定二氧化硅的测定u1.氯化铵重量法氯化铵重量法Company Logo1.2 水泥及原料分析u1.原理原理u在含硅酸的浓盐酸液中，加入足量在含硅酸的浓盐酸液中，加入足量NH4Cl，水浴加热，水浴加热1015min，使硅酸迅速脱水析出。，使硅酸迅速脱水析出。nNH4Cl作用：由于NH4Cl的水解，夺取硅酸中的水分，加速硅酸的脱水脱水?。n因为硅酸分子是胶体沉淀，具有水化作用，胶粒有吸引溶剂分子水的作用，使胶粒周围包上一层溶剂分子，致使各胶粒相碰时不能凝聚。nNH4Cl存在降低了硅酸对其它组分的吸附，得到纯净的沉淀。（SiO2吸附的NH4Cl在灼烧时挥发)）n但是：硅酸溶胶在加入电解质后并不立即聚沉，还必须通过但是：硅酸溶胶在加入电解质后并不立即聚沉，还必须通过干涸。干涸。Company Logo1.2 水泥及原料分析u2.条件及注意事项条件及注意事项n1）脱水温度及时间）脱水温度及时间n脱水时间脱水时间 沸水浴沸水浴1015 min 温度控制温度控制100110?Cn加热近于粘糊状（现国标蒸干）加热近于粘糊状（现国标蒸干）n温度：温度：加热利于凝聚，温度加热利于凝聚，温度120，形成难溶碱式盐，形成难溶碱式盐Fe(OH)Cl、Mg(OH)Cl，其溶解度低导致结果偏高。，其溶解度低导致结果偏高。n时间：时间：脱水时间太长，增加吸附量不易洗净，结果偏高。脱水时脱水时间太长，增加吸附量不易洗净，结果偏高。脱水时间太短，可溶性硅酸未完全转化为不溶性硅酸，易透过滤纸损失，间太短，可溶性硅酸未完全转化为不溶性硅酸，易透过滤纸损失，结果偏低且过滤慢。结果偏低且过滤慢。Company Logo1.2 水泥及原料分析u对对熟料熟料，直接固体样加上，直接固体样加上NH4Cl，再加，再加HCl及几滴及几滴HNO3分解，分解，沸水浴加热近干（沸水浴加热近干（1015min）。）。u对对生料等需碱熔的样品生料等需碱熔的样品，熔块被，熔块被HCl分解后，溶液体积太大，分解后，溶液体积太大，应先蒸发至糊状后，再加应先蒸发至糊状后，再加NH4Cl。沸水浴加热近干（约。沸水浴加热近干（约15分钟）分钟），均用，均用94年讨论的国标年讨论的国标“蒸干蒸干”。Company Logo1.2 水泥及原料分析u2）过滤与洗涤）过滤与洗涤ua）过滤）过滤 n为缩短过滤时间，加为缩短过滤时间，加10mL 3+97热稀热稀HCl先将可溶性盐溶先将可溶性盐溶解。解。n中速滤纸（蓝条）过滤，并迅速进行。中速滤纸（蓝条）过滤，并迅速进行。ub）洗涤）洗涤n3:97热稀热稀HCl作洗涤剂，作洗涤剂，洗涤时酸太多可使硅酸漏失，应洗涤时酸太多可使硅酸漏失，应控制控制810mL一次，共洗一次，共洗1012次（次（0.1%误差误差）。）。n热盐酸的作用：热盐酸的作用：n可洗去硅酸吸附的杂质。可洗去硅酸吸附的杂质。n防止防止Al3+、Fe3+水解水解n防止硅酸漏失防止硅酸漏失Company Logo1.2 水泥及原料分析u3)灼烧至恒重灼烧至恒重u灼烧可除去硅酸中残余水：灼烧可除去硅酸中残余水：u950C灼烧灼烧40min是无定形是无定形SiO2，吸收水分，产生，吸收水分，产生+0.1%误误差。差。1200C灼烧灼烧40min是晶态是晶态SiO2，基本不吸收水分。，基本不吸收水分。u选择选择950C灼烧灼烧20min，可与过滤漏失的部分，可与过滤漏失的部分SiO2互补。互补。u4)计算计算u注意注意：精确分析还应将沉淀用精确分析还应将沉淀用HF+H2SO4处理。处理。Company Logo1.2 水泥及原料分析u2.氟硅酸钾容量法氟硅酸钾容量法 Company Logo1.2 水泥及原料分析u1.原理原理Company Logo1.2 水泥及原料分析u2、条件及注意事项、条件及注意事项uK2SiF6 法测法测SiO2 关键两步关键两步n(1)掌握沉淀这一步（国标有具体规定），酸度、温度、掌握沉淀这一步（国标有具体规定），酸度、温度、KCl和和KF加入量，尽可能使所有加入量，尽可能使所有H2SiO3 全部转化为全部转化为K2SiF6。na.把不溶性硅酸完全转化为可溶性硅酸（把不溶性硅酸完全转化为可溶性硅酸（HNO3 介质）介质）实验证明，用实验证明，用HNO3 分解样品或熔融物，效果比分解样品或熔融物，效果比HCl好，因好，因为为HNO3 分解时，不易析出硅酸凝胶，并减少分解时，不易析出硅酸凝胶，并减少Al3+干扰，系统分析时干扰，系统分析时用用HCl分解熔块，但测分解熔块，但测SiO2 时还是用时还是用HNO3 酸化。酸化。nb.保证溶液有足够酸度，一般为保证溶液有足够酸度，一般为3 mol L1 左右。左右。过高给沉淀洗涤中和多余酸中和带来麻烦；过低易形成其它盐过高给沉淀洗涤中和多余酸中和带来麻烦；过低易形成其它盐类氟化物。类氟化物。Company Logo1.2 水泥及原料分析nc.沉淀温度和体积沉淀温度和体积 温度30以下，体积80mL以下，否则K2SiF6溶解度增大，偏低。nd.足够过量的足够过量的KCl与与KF。n所以应控制所以应控制KF加入量！加入量！n为消除铝的影响，在能满足氟硅酸钾沉淀完全的前提下，适当控制氟化为消除铝的影响，在能满足氟硅酸钾沉淀完全的前提下，适当控制氟化钾的加入量是很有必要的。在钾的加入量是很有必要的。在5060mL溶液中含有溶液中含有50g左右的二氧化左右的二氧化硅时，加入硅时，加入11.5g氟化钾已足够。氯化钾的加入量应控制至饱和并过氟化钾已足够。氯化钾的加入量应控制至饱和并过量量2g。Company Logo1.2 水泥及原料分析n(2)进行沉淀的洗涤和残余酸的中和进行沉淀的洗涤和残余酸的中和na.沉淀的洗涤5%KCl（强电解质部分水解）溶液洗涤。因因K2SiF6沉淀易水解，故不能用水作洗涤剂，通过实验确定沉淀易水解，故不能用水作洗涤剂，通过实验确定50g/L 的的KCl溶液，洗涤速度快效果好，洗涤次数溶液，洗涤速度快效果好，洗涤次数23次，总量次，总量20 mL（一般洗涤烧杯（一般洗涤烧杯2次，滤纸次，滤纸1次）次）nb.中和残余酸50g/LKCl-50%乙醇液作抑制剂；中和速度要快。残余酸必须要中和，否则消耗滴定剂，结果偏高，但中和过程残余酸必须要中和，否则消耗滴定剂，结果偏高，但中和过程会发生局部水解现象，干扰，偏低，所以操作要迅速。通常用会发生局部水解现象，干扰，偏低，所以操作要迅速。通常用50g/LKCl50%乙醇溶液作为抑制剂，以酚酞为指示剂，用乙醇溶液作为抑制剂，以酚酞为指示剂，用NaOH中中和至微红色。和至微红色。关键在于快速，最好把包有关键在于快速，最好把包有K2SiO6 沉淀的滤纸展开，尽快沉淀的滤纸展开，尽快的中和残余酸。的中和残余酸。nc.水解温度（热水，终点温度不低于60）水解反应是吸热反应，所以水解时温度越高，体积越大越利于水解反应是吸热反应，所以水解时温度越高，体积越大越利于K