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1、主要内容,第八章 硅酸盐分析 （硅酸盐系统分析，硅酸盐全分析）,8.1 概述,8.2 硅酸盐试样的分解, 8.3 水泥及其原料的分析, 8.4 玻璃及原材料主要成分的分析, 8.5 陶瓷及原料主要成分的分析, 1 概 述 本节了解一些硅酸盐方面的基本知识,一、硅酸盐及硅酸盐制品,1、硅酸盐 硅酸盐就是硅酸的盐类，就是由二氧化硅和金属氧化物所形成的盐类。 换句话说，是硅酸（x SiO2 y H2O）中的氢被Al、Fe、Ca、Mg、K、Na及其它金属取代形成的盐。,分 布：在自然界中分布极广、种类繁多，硅酸盐约占地壳组成的3 / 4，是构成地壳岩石、土壤和许多矿物的主要成分。,种类多的原因： 由于
2、硅酸分子x SiO2 y H2O中x、y的比例不同，而形成偏硅酸、正硅酸及多硅酸。因此，不同硅酸分子中的氢被金属取代后，就形成元素种类不同、含量也有很大差异的多种硅酸盐。,分类：,常见的天然硅酸盐矿物有： 正长石K(AlSi3O8)、钠长石Na(AlSi3O8)、钙长石Ca(AlSi3O8)、滑石Mg3Si4O10(OH)2、白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2、高岭土Al2(Si4O10)(OH)2、石棉CaMg3(Si4O12)、橄榄石（MgFe）2SiO4、绿柱石Be3Al2(Si6O18)、石英SiO2、蛋白石SiO2nH2O、锆英石ZrSiO4等。,分开写清晰,硅酸盐需用复杂
3、的分子式表示 通常将硅酸酐分子（SiO2）和构成硅酸盐的所有氧化物的分子式分开来写，如： 正长石：K2AlSi6O16或 K2O Al2O3 6 SiO2 高岭土： H4Al2Si2O9或Al2O3 2 SiO2 2 H2O,分子式：,2、硅酸盐制品（即人造硅酸盐）,以硅酸盐矿物的主要原料，经高温处理，可生产出硅酸盐制品。 如：,又如：,制品：水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等非金属,常见的 硅酸盐水泥,成分：,常见的 中性玻璃,耐火材料,本课程实验主要做水泥原材料成品半成品的分析。,a. 性质、用途,性质：,水泥属水硬性胶凝材料 不但在空气中而且在水中也可硬 （而石膏、石灰之类属气硬性胶凝材料，所
4、以只在空气中硬化）,用途：,大量用于工、农业建设,b. 原料,由原料中的化学成分来决定，使化学成分符合水泥中氧化物含量的要求。,天然水泥,英国有些地方只用一种原料就能生产水泥，因为原料中所含有CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3，CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3并且接近所需含量，不需要配料。,水泥通常要有几种原料配成,原料一般用：,石灰石：含CaCO3高，引入水泥CaO,粘 土：含SiO2高并且有一定量的Fe2O3、 Al2O3，引入水泥SiO2，Al2O3，Fe2O3,铁矿石：粘土含铁量不够时用之,砂 岩：粘土含SiO2不够时用之,矾 土：粘土含Al2O3不够时用之,c. 水泥生
5、料 水泥原料按一定比例配料，粉磨而成。即水泥未烧前。,d. 生产过程,e. 熟料矿物组成及作用（见硅酸盐工艺）,f. 水泥中混合材料 石膏CaSO4 2 H2O 用作缓凝剂 SO3分析测定由其引入,二、硅酸盐分析的任务和作用,只有当原料提供的成分符合要求，加上良好的煅烧和粉磨，才能得到优质量水泥。,硅酸盐分析是分析化学在硅酸盐生产中的 应用。主要研究硅酸盐生产中的原料、材料、 成品、半成品的组成的分析方法及其原理。,如：水泥全分析意义,1. 任务:,a. 对原料进行分析检验，是否符合要求，为产品配方确是原材料的选样，为工艺控制提供数据。,b. 对生产过程中的配料及半成品进行控制分析，保证产品合
6、格,c. 对产品进行全分析，是否符合要求,d. 特定项目检验,1. 任务:,2、作用,通过硅酸盐分析，对控制生产过程，提高产品质量降低成本，改进工艺、发展新产品，起着重要作用，是生产中的眼睛，指导生产。,三、硅酸盐分析的特点和方法,分析项目：,SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO、FeO、P2O5、烧失量，水泥分析还有SiO3、f-CaO，玻璃分析还有B2O3、在特殊情况下，也要求测定其它元素。,前五个组分Fe、Al、Ca、Mg、Si为常规分析项目。,重述： 硅酸盐分析就是检验原料、生料、熟料中含氧化物成分符合要求。,水泥中对各原料、半成品、成品
7、中各氧化物要求,2. 方 法,a. 重量分析法（准、费时），用于分析SiO2、SO3、烧失量,b. 容量分析法（络合滴定法，分析CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、TiO2 快、简单，有一定准确度）,c. 仪器分析法：分光光度法 微量Fe2O3、TiO2 火焰光度法 K2O、Na2O 原子吸收光度法 K2O、Na2O,3.准确度要求：决定于生产的要求,a. 标准分析法 用于原料、产品的化学组成分析 工艺计算 型号买卖价格，依据 准确度高,b. 快速分析法 控制过程的分析 快速、降低准确度,4. 一般规定,a. 所用的水均为蒸馏水或去离子水,b. 试剂均用分析纯（标定应为基准物）如,AR,G
8、R,EDTA NaOH KOH HCl HNO3 K2CO3 Na2CO3,CaCO3(标EDTA),c. 除指明（f-CaO测定），溶剂为水。,d. 腐蚀性物品，在通风橱中操作,四、学习方法,在谈学习方法前，先谈谈学习该章的目的。 本课程是在学过分析化学化学分析主要理论和操作技能的基础上开设的。,不同之处：从单项分析的基础上转入系统分析。,化学分析 单项分析 基本理论 基本操作 简单物质 单项质标考察,硅酸盐分析 系统分析 运用基本理论 概括基本操作 复杂物质 全面考察试样,如 水硬 Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、SiO2 钙硬 TiO2、MnO2、K2O、Na2O、SO3 镁硬,
9、学习目的,通过对各种不同类型样品的分析试验，使大家牢固地掌握系统分析的全过程，提高分析问题和解决问题的能力，为以后在工作中选择分析方法制订分析方案，研究解决实际问题，奠定良好的基础。,2. 学习要求（学习方法）,全分析的各个指标（不是全测，大部分测） SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、 TiO2、SO3,其难度较以前大，要想得一个合格的数据，必须做到如下：,a. 做好预习 弄清实验步骤中各步的原理：,资料： 分析化学复杂物质分析 水泥化学分析各成分测定原理 国标：水泥（熟料生料粘土成品）部分,溶（熔）样原理手段，溶（熔）样器皿， 溶（熔）剂选用 条件控制,实验要多动手、多实践,
10、国标注释 水泥分析方法表解 硅酸盐系统分析教学计划（了解实验过程） 数据表（所做数据填入）,b. 实事求是，认真仔细，不怕苦和累，关心本组,硅酸盐水泥部分分析要连续做5天实验工作量很大，苦、累，要求大家一要认真仔细，二要不怕苦、累,硅酸盐分析的数据准确性基本能反应一个学生的分析水平，一个样品要进行多项分析，就是造数、抄数（相信别人）很难将这些数都凑合适，所以强调大家要充分相信自己！,再者，教师采取措施：全班发给好多类型的样子，含量接近但又能分开档，要求大家一定要将样品代号抄好，否则成绩判错。,写好预习报告（简单原理、讨论） 有预习报告方可进实验室，离开实验室交数据。（一份留自己计算用，一份留给
11、老师）,成绩,a. 平时测试成绩：小考、作业,b. 平时测样成绩；,c. 操作技能，实验态度,d. 最后一次理论考试,e. 最后一次测样成绩,分组：,使实验过程井井有条：,组长任务：,将配制的组试剂任务布置于组员，写清标号、组数、配制人员姓名，何时用完及时补齐。,一般分5组，每组选一名组长负责,本组人员：,要认真负责，关心集体,2 硅酸盐试样的分解,试样的分析过程：,为使结果准确必须控制好每一步,本节中掌握些什么内容？,试样的分解方法选择的依据（为什么）？,并结合我们要做的各类试样，如水泥熟料、生料、粘土等的溶样（熔样）方法选择什么样的器皿或坩埚证明道理，方法。,什么熔剂使用什么坩埚，什么熔剂
12、使用什么器皿？,一、概述,试样分解的目的,2. 试样的分解要求,（1）完全简单快速,（2）分解无损失,（3）无干扰引入,硅酸盐分析过程中遇到的样品，绝大多数为固体试样。,3. 试样分解的原理：,理论依据,4. 试样的分解方法,二、酸溶解法,1、依据,SiO2,碱金属氧化物,比值越小，碱性越强，越易被酸溶解,例 石灰石：主成分CaO ( 45 53% )多数酸溶即可（SiO2为0.2 10 %，含硅高需用碱熔） 粘土：主成分 Al2O3 2 SiO2 Si含量高，必须熔融法 5 % 65%,另外，混合材料，不仅从组成判断，还应从每个组分是否都能被酸溶解。,熟料，SiO2 %: 19-24 % C
13、aO %: 60-66 %，就可用HCl-HNO3溶解。,例： 生料，由石灰石、粘土、铁矿石按一定比例配合（混合），SiO2 %: 12 % CaO %: 40 %以上，但酸溶不行（为什么？），因为酸溶可溶石灰石，部分铁矿石，粘土不溶，这样制成的试液不能与生料的主成分一致（生料性质上不是均匀体）。,一是符合比值要求，二是它是一种新的硅酸盐（石灰石、粘土、生料、熟料），而不单是石灰石、粘土、铁矿石的组合。,2、硅酸盐分析中所用的酸,HCl，HNO3，H2SO4，H3PO4，HF等。,（1）HCl 系统分析中HCl是良好的溶剂 特点： a. 生成的氯化物除AgCl、Hg2Cl2、PbCl2外都能溶
14、于水，给测定带来方便。（硅酸盐样品中几乎不含Ag+、Hg22+、Pb2+） b. Cl-与某些离子生成络合物 FeCl63-促进试样分解 c. 浓HCl沸点较低：bp 108 C 用重量法测SiO2易于蒸发除去 d. 大多数硅酸盐样品不能被HCl分解（熟料碱性矿渣可以）,（2）HNO3、H2SO4、H3PO4 在系统分析中很少用HNO3、H2SO4溶样 例如： a. HNO3溶样，重量法测SiO2，加热蒸发过程中易形成难溶性碱式盐沉淀 b. H2SO4易形成溶解度小、或不溶的碱土金属硫酸盐，干扰测定 但在单项测定中HNO3、H2SO4、H3PO4都广泛应用,c. H3PO4（缩合的H3PO4）
15、200 300C溶解能力很强，能溶解一些难溶于HCl、H2SO4的样品，如铁矿石、钛铁矿等，但只适用于单项测定。 如 水泥生料中Fe2O3测定 H3PO4 水泥中全硫测定 H3PO4 不适应系统分析。,a. 目的 为了i) 测定除SiO2以外的其它组分，Fe、Al、Ca、Mg ii) SiO2 % 98 %以上，根据处理前后重量差求SiO2 %，如玻璃中SiO2 %测定 b. 原理 大多数的硅酸盐样品均能被HF分解。,但有干扰，如,（3）HF及HF- H2SO4、HF-HClO4混酸,挥发损失,措施采用HF-HClO4混酸,为避免生成金属硫酸盐沉淀可利用HF-HClO4代替,c. 注意事项,i
16、) 应在铂金器皿或塑料器皿，不能用玻璃器皿（铂Pt，不是Pt-Au）,ii) 小心安全，不要溅在皮肤上，带乳胶手套 iii) HF蒸发有强烈刺激性，在通风橱中进行 iv) 分解温度不要太高，在电热板、砂浴、可调电炉上进行，不时摇动至分解完全。 v) 残渣为除Si外的其它盐类，以水提取加酸溶解，或熔融法处理成试样溶液。,熔融或本熔的目的 利用熔剂，借助高温熔融或半融的方法，增加碱金属氧化物的比值，使本来不能被酸直接分解的试样能被酸分解。,三、熔融法 什么是熔融法？（干法） 将试样与熔剂混合在高温下加以熔融，使欲测组分变为可溶于水或酸中的化合物（K、Na盐、硫酸盐、氯化物）,熔融法分类： 碱熔法：用碱性溶剂，熔酸性试样，如Na2CO3 酸熔法：用酸性溶剂，熔碱性试样，如K2S2O7 熔剂：,碱金属的化合物：Na2CO3，K2CO3，NaOH，KOH，Na2
