第五章 铝酸钠溶液的分析

第五章 铝酸钠溶液的分析第一节 铝酸钠浆液概述铝酸钠浆液是氧化铝生产过程中重要的中间产物。了解铝酸钠浆液的组成和含量，对正确管理氧化铝生产有着重要意义。氧化铝生产过程中的铝酸钠浆液主要有如下几种：烧结法溶出后含硅钙渣的铝酸钠浆液，分解过程中含氢氧化铝的铝酸钠浆液。另外，还有经过沉降分离过滤后含少量悬浮物的铝酸钠溶液。对铝酸钠浆液进行下列测定：液固比、固体含量、细度、浮游物和比重等物理性质，以及全碱、氧化铝、苛性钠、碳酸钠、二氧化硅、氧化铁、硫酸根、氧化镓、有机物等化学成分。对各种浆液中的液固比及固体含量进行测定，可以了解矿浆配料的情况；硅钙渣浆液的过滤沉降性能以及种子分解过程中氢氧化铝种子添加量等。细度的测定是为了控制矿浆中矿石磨细的程度，以及控制烧结系统中溶出熟料中氧化铝溶出率和使硅钙渣较易沉降分离。铝酸钠精液中的悬浮物是铝硅酸钠细小颗粒，精液中有过多的悬浮物存在时会随铝酸钠溶液的分解而进入氢氧化铝中，从而使产品质量变坏。因此，必须控制精液中悬浮物的含量。氧化铝生产中把铝酸钠溶液中的碱分为三种形式：全碱（Na2OT）、碳酸碱（Na2OC）和苛性碱（Na2OK）。它们主要以钠盐形式存在，此外尚有部分以钾盐形式存在。在分析过程中均以氧化钠形式报出结果。在铝酸钠溶液中苛性碱是指未化合的NaOH、铝酸钠NaOH·Al(OH)3、硅酸钠（Na2SiO3）等，以Na2Ok表示；以Na2CO3形式存在的碱叫做碳酸碱，以Na2OC表示；上述二种状态的碱的总和则称为全碱，以Na2OT表示。氧化铝生产中铝酸钠溶液成份浓度用每升铝酸钠溶液中所含该成份的克数来表示。铝酸钠溶液的一个重要特性函数是苛性比值（ak），计算公式为：式中：Nk，A0 分别为铝酸钠溶液中Na2Ok和Al2O3的浓度，克/升1.645 Al2O3与Na2O分子量的比值，即102/62苛性比值为1.0的铝酸钠溶液瞬间即分解，ak=1.193的溶液制成后经过几个小时即开始分解，ak=1.41.8的铝酸钠溶液在生产条件下相当稳定，ak=3.0以上的铝酸钠溶液经过很长时间都不会分解。氧化铝生产过程中各个工序的苛性比值的变化范围为1.13.5，苛性比值等于1或小于1的铝酸钠溶液是不存在的。在烧结法中要求保持一定浓度的碳酸碱，碳酸碱含量过低时对硅钙渣的沉降带来不利的后果，但碳酸碱的含量过高，它能与硅酸钙反应，生成碳酸钙和硅酸钠。而硅酸钠进一步与铝酸钠反应生产铝硅酸钠溶液造成溶液中氧化铝的损失。在这里先对生产中一些技术指标的概念加以简要说明。固体含量表示在1L浆液中所含固体重量的克数（g/L）。液固比表示浆液中液体重量与固体重量之比，即液/固，L/S。细度采用不同筛号，将烘干的固体粒子过筛后，筛后残留与固体总重之比，以百分数表示。浮游物表示1L铝酸钠溶液中所含悬浮物的克数（g/L）。水分或含水率表示浆液的水分或滤饼中含有水分的多少，用百分数表示（%）。碱液比重：指在一定温度下一定体积的铝酸钠溶液的重量。数值与密度相同（g/cm3）。苛性比（K）：是指铝酸钠溶液中所含的苛性碱（Na2OK）与氧化铝（Al2O3）的分子比值。氧化铝生产中各工序苛性比的变化范围较大。苛性化系数的升高使铝酸钠溶液的稳定性增加。硅量指数：是指溶液中氧化铝与二氧化硅的重量比值。铝酸钠溶液中二氧化硅的存在对铝酸钠溶液起着稳定的作用，烧结法溶出液中由于含有较高的二氧化硅增加了溶液的稳定性，所以可以采用低的苛性比系数。但是在氢氧化铝分解过程中，二氧化硅随着氢氧化铝的生成，而部分的析出，影响氢氧化铝的质量，所以必须根据需要确定硅量指数范围。种分分解率：种分分解率表示溶液中氧化铝析出量与原来溶液中氧化铝含量的比例。(铝酸钠溶液种子搅拌分解，是在一定的条件下进行的。如将溶液降温，加晶种和搅拌等，将铝酸钠水解使氢氧化铝从溶液中分解出来。)考虑到溶液浓度的变化，通常用苛性比计算。Al2O3%=(K母 -K原)×100/K母式中：Al2O3%种分分解率；K母分解后溶液的苛性化系数；K原分解前溶液的苛性化系数。碳分分解率：在碳分分解过程中要求最大限度地把杂质二氧化硅留在溶液中，同时要最大限度地把溶液中氧化铝分解出来。在保证产品质量的情况下，由生产实践来确定不同硅量指数的溶液可以达到的最高限度的氧化铝碳分分解率。例如：A/S150200201250251300301350351400401以上Al2O3%777979818183838585878789碳分分解率的计算与种分分解率一样，是用被分解析出的氧化铝与原始铝酸钠溶液中氧化铝的重量比值来表示。在分解过程中液体发生浓缩。根据分解前后全碱的比值表示溶液浓缩的情况，并在计算过程中加以修正。Al2O3%=Al2O3原-Al2O3出×(Na2OT原/Na2OT出)×100/Al2O3原 =1-Al2O3出×Na2OT原/(Na2OT出×Al2O3原)×100式中：Al2O3原、Al2O3出分解前后溶出液中氧化铝的浓度，g/L；Na2OT原/Na2OT出分解前后溶出液中全碱的比值又称浓缩比；Al2O3%碳分分解率。在碳分分解的过程中，由于原始溶液的硅量指数决定了溶液氧化铝最大限度的分解范围。因此首先需要测定原始溶液中的全碱和氧化铝的含量，当碳分分 解率达到规定的范围就停止分解，完成生产控制的目的。进行铝酸钠溶液中各成分的测定时，使用的铝酸钠溶液，必须经过过滤或经过沉降后的上层清夜。 7、铬天青S比色法测定氧化铝7.1 方法原理取适量试液调节酸度至PH=6，使铝与铬天青S生产紫红色络合物：Al3+2CASAl（CAS）3, 用分光光度计在545nm处比色测定。本方法适用于低铝浓度的测定。7.2 试剂7.2.1 六次甲基四胺缓冲液：称取六次甲基四胺100g,加水溶解后，加1+1盐酸10mL，移入500mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。此溶液PH=6.0。7.2.2 抗坏血酸：0.4%（用时现配）。7.2.3 0.1%铬天青S：称取铬天青S1.00g于烧杯中，加少许水溶解移至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。保质期1个月。7.3 标准曲线的绘制准确吸取0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL氧化铝标液（10ug/mL）于一组100mL容量瓶中，加水至50mL左右，分别加抗坏血酸5mL，摇匀，准确加入铬天青S显色液4.00mL摇匀，加六次甲基四胺缓冲液5 mL摇匀，加去离子水稀释至刻度，摇匀，用1cm比色皿于分光光度计545nm处测其吸光度，建立工作曲线。7.4 测定步骤7.4.1 准确吸取5.00ml溶液于100mL容量瓶中，加水至50mL左右，加抗坏血酸5mL，摇匀，准确加入铬天青S显色液4.00mL摇匀，加六次甲基四胺缓冲液5 mL摇匀，加去离子水稀释至刻度摇匀，用1cm比色皿于分光光度计545nm处测其吸光度。同时做空白试样。7.4.2 计算：式中：C氧化铝标液的浓度，ug/mL； A试样的吸光度； A0空白的吸光度； a曲线的斜率； V试样的吸取体积，mL。7.4.3 注意事项试剂加入时严格按顺序加入，并且每加入一种试剂必须充分摇匀。7.5 固体试样的测定7.5.1 称取烘干、磨细、混匀的试样0.2500g于30mL银坩埚中，加3g固体氢氧化钠，在750C°下熔融18分钟，取出，用热去离子水洗入已加有40毫升1:1盐酸和50毫升去离子水的250毫升容量瓶中，定容，摇匀。7.5.2 分取上述制备液10ml于100mL容量瓶中，加水至50mL左右，以下操作同上。第三节 苛性碱的分析1、方法提要加入氯化钡使有干扰的阴离子（CO32、PO43、SO42等）生成沉淀，加入水杨酸钠掩蔽铝，以绿光酚酞作指示剂，用盐酸标准液滴定铝酸钠溶液中的苛性碱。2、试剂2.1 盐酸标准溶液：0.3226mol/L。2.2 氯化钡：5%水溶液。2.3 水杨酸钠：10%溶液。2.4 绿光酚酞指示剂：2+1。3、测定步骤3.1 在500mL的锥形瓶中，加入50mL氯化钡溶液（若碳碱低于20g/L时加入30mL），加入水杨酸钠溶液5mL（若氧化铝浓度过高时加入10mL）3.2 加入6滴绿光酚酞；3.3 将铝酸钠溶液搅拌均匀，倒入到准备好的滤纸上进行过滤，用开始部分滤液（不得低于5ml）润洗接液瓶内壁后弃去。（对于浮游物很低的样品可直接吸取上层清液）；3.4 用试液润洗移液管1次，移取滤液5.00ml（低浓度的样品移取10.00mL）于100容量瓶中，用去离子水冲洗吸管内壁，用水稀释至刻度,摇匀；3.5 移取10.00ml稀释后的试液于上述500ml锥形瓶中；3.6 以点滴成线的速度，用0.3226mol/L盐酸标准溶液滴定至亮绿色即为终点，记下体积V1；3.7 分析结果计算：Na2O（g/L）= 简化为：V1×20式中：V取试样相当于原液体积，mL；V1消耗盐酸标准液的体积，mL；0.3226盐酸标准液的摩尔浓度；0.0311/2氧化钠的毫摩尔质量；V2所分取的试样体积相当于原液的毫升数。4、方法说明4.1 铝酸钠溶液中的苛性碱是指溶液中未化合的氢氧化钠（NaOH）、铝酸钠NaOH·Al(OH)3、硅酸钠（Na2SiO3）等。往待测溶液中加入氯化钡时，溶液的碳酸钠、硫酸钠及磷酸钠发生下列反应：CO32-Ba2BaCO3SO42-Ba2+BaSO42PO433Ba2Ba3(PO4)2用0.3226M盐酸进行滴定时溶液中的苛性碱有下列反应：NaOH+HClNaCl+H2O NaAlO2+HCl+H2ONaCl+Al(OH)34.2 测定苛性碱时应加入酚酞绿光指示剂。酚酞是作为中和反应的酸碱指示剂，当反应到达等当点PH=8.2时酚酞由红色变为无色指示终点到达。从上述反应式中可见，在滴定过程中有碳酸钡的白色沉淀存在，同时随着中和反应的进行又有Al(OH)3白色沉淀产生，这些沉淀都会使终点颜色变化不敏锐，为了使终点颜色变化便于观察，使用酚酞绿光指示剂。酚酞绿光指示剂是由二甲基黄指示剂与次甲基蓝染料加一定比例的乙醇混合而成。它改善终点的变化过程是：次甲基蓝在酸碱滴定中颜色不变，为蓝色；二甲基黄指示剂在滴定到等当点附近时，由于一滴酸的加入引起PH值由9.7变化到4.3的范围就变为黄色，二者组成绿色。当滴定达到等当点以前，酚酞显红色，滴定到达等当点时，酚酞由红色变为无色，这时绿光指示剂的绿色与轻微的红色组成灰绿色，此时表明滴定终点到达，比单独使用酚酞指示剂终点颜色易于观察。4.3 加入水杨酸钠是为了消除铝离子的干扰,便于终点的判断,水杨酸钠的加入量视铝浓度而定。5、注意事项5.1 滴定速度要适中，不宜太快或太慢。5.2 滴定近终点时应振荡23次。5.3 若样品浓度过低时，为减小滴定误差，直接吸取原液进行滴定，不用稀释。