水泥成品、半成品和原料的化学分析.ppt
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1、8 水泥成品、半成品和原料的化学分析,本章重点和难点,重点 水泥及熟料各成分化学分析选用的国家标准及其适用范围;二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁的测定原理及其分析方法难点比色法和容量法分析试样中各成分的测定原理。,教学目标与要求,掌握水泥工业常用原(燃)料、半成品及成品的化学分析法的最新国家标准;熟练掌握水泥原料、半成品及成品中二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝的化学分析方法、原理及操作要点;,内容提要,在简单介绍分析化学种类的基础上,让学生了解掌握水泥工业常用原(燃)料、半成品及成品的化学分析法的最新国家标准;并重点介绍水泥原料、半成品及成品中二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝的
2、化学分析方法、原理及操作要点。,补充:分析化学的分类,1、定性分析 解决“是什么”2、定量分析 解决“有多少”工科院校学生主要学习定量分析化学定量分析化学的分类:1按方法分类 2按试样量的大小或组分含量分类 3例行分析和仲裁分析,分析方法的分类:按分析的目的(或任务)分类:定性分析 定量分析 结构分析 按照分析对象分类:无机分析 有机分析,鉴定物质是有哪些元素、离子、基团或化合物组成,测定供试品某组分的相对含量,研究物质的分子结构和晶体结构,按照测定原理和操作方法的不同分类:定性分析 化学分析法 定量分析 仪器分析法,以物质的化学反应为基础的分析方法,重量分析法,滴定分析法,酸碱滴定分析 非水
3、溶液滴定分析沉淀滴定法 配位滴定法氧化还原滴定法,鉴定物质的化学组成,测定各组分的相对含量,不经过化学反应直接进行分析,电化学分析法光学分析法色谱分析法质谱分析法,快速、灵敏、准确、发展速度快、应用广泛但价格昂贵!,仪器简单、操作方便、结果准确、应用范围广,测量常量组分常用化学分析,而测量微量或痕量组分时,则常用仪器分析;关系:化学分析是仪器分析的基础,仪器分析离不开化学分析;二者互为补充,不可偏废。,按试样量的大小或组分含量分类,根据生产中所起作用不同分类,例行分析 分析实验室日常分析工作称为例行分析,也称为常规分析。快速分析 例行分析的一种,主要为控制生产工艺过程提供必要信息,要求短时间内
4、报出结果,一般允许误差较宽。如水泥厂车间化验室对水泥生料中碳酸钙滴定值(或氧化钙)和三氧化二铁的测定;仲裁分析 当对某一分析结果有争议时,请有权威的单位采用标准方法进行分析测定,称之为仲裁分析。,硅酸盐中几个主要的测定项目SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、TiO2等,通常在一份试样中进行测定,这种方法称为硅酸盐系统分析方法。本章也是对以前各章节基本内容的综合运用,并通过系统分析方案的实例介绍,使学生对硅酸盐分析的内容有进一步的了解。,0 概述 生产硅酸盐水泥原材料的定期检测、生产过程中水泥生料、熟料、成品水泥的质量控制等,是水泥企业化验室日常工作的重要内容之一。例如:生料的、F
5、e2O3的控制;水泥熟料中的控制;水泥中SO3的测定等。,一、硅酸盐中二氧化硅含量的测定,二、硅硅酸盐中三氧化二铁含量的测定,三、酸盐中氧化铝含量的测定,四、硅酸盐中二氧化钛含量的测定,五、硅酸盐中氧化钙含量的测定,六、硅酸盐中氧化镁含量的测定,七、其他项目的测定,一、二氧化硅含量的测定原理,氯化铵质量法硅钼蓝比色法氟硅酸钾容量法,(一)氯化铵质量法,方法原理试样以无水碳酸钠烧结,盐酸溶解,加固体氯化铵与水浴上加热蒸发,使硅酸凝聚。滤出的沉淀灼烧后,得到含有铁、铝等杂质的不纯的二氧化硅。沉淀用氢氟酸处理后,失去的质量即为纯二氧化硅的量。,(一)氯化铵质量法,测定步骤纯二氧化硅的测定经氢氟酸处理
6、后的残渣的分解可溶性二氧化硅的测定硅钼蓝比色法结果计算纯二氧化硅的质量分数m1-灼烧后未经氢氟酸处理的沉淀及坩埚的质量,g;m2-用氢氟酸处理并经灼烧后的残渣及坩埚的质量,g;m-试样的质量,g;可溶性二氧化硅的质量分数m3-测定的100mL溶液中二氧化硅的含量,mg;结果表示,方法讨论试样的处理脱水的温度与时间测定的洗涤测定的灼烧氢氟酸的处理漏失二氧化硅的回收,(一)氯化铵质量法,测定流程,(二)硅钼蓝比色法,在一定的酸度下,单硅酸与钼酸铵生成黄色的硅钼杂多酸H8Si(Mo2O7)6,又称为硅钼黄。但稳定性、灵敏度较差。通常用还原剂(抗坏血酸、SnCl2、(NH4)2Fe(SO4)2等)将其
7、还原成蓝色的硅钼杂多酸(也称硅钼蓝)再进行比色测。这就是硅钼蓝光度法,max=810nm。,(三)氟硅酸钾容量法,方法原理二氧化硅滴定分析方法都是间接测定方法,氟硅酸钾容量法是应用最广泛的一种,确切的说应该是氟硅酸钾沉淀分离酸碱碱滴定法。原理是含硅的样品,经与苛性碱、碳酸钠等共融时生成可溶性硅酸盐,可溶性硅酸盐在大量氯化钾及F-存在下定量生成氟硅酸钾(K2SiF6)沉淀。氟硅酸钾在沸水中分解析出氢氟酸(HF),以标准氢氧化钠溶液滴定。间接计算出二氧化硅的含量。主要反应 SiO22NaOHNa2SiO3 H2O(1)Na2SiO3 2HClH2SiO3 2NaCl(2)H2SiO3 6HFH2S
8、iF63H2O(3)H2SiF6+2KClK2SiF62HCl(4)K2SiF63H2O=4HFH2SiO32KF(5)HF NaOH=NaFH2O(6),样品溶解生成K2SiF6使K2SiF6溶解析出HF以标准氢氧化钠溶液滴定计算硅含量,思考题,水泥厂日常分析中即不用HF处理,也不用比色法回收,会对测定结果造成影响吗?为什么?,(二)氟硅酸钾容量法,结果计算,T-每毫升氢氧化钠标准溶液相当于二氧化硅的质量,mg/mL;V-滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积,mL;m-试样的质量,g;5-全部试样溶液与所取试样溶液的体积比。,方法讨论试样的分解 溶液的温度 氯化钾的加入量,氯化钾应加至饱和氟化钾
9、的加入量,氟化钾的加入量要适宜氟硅酸钾沉淀的陈化氟硅酸钾沉淀的过滤和洗涤中和残余酸水解和滴定过程注意空白,(二)氟硅酸钾容量法,实 例,称取硅酸盐试样0.1000g,经熔融分解,沉淀出K2SiF6,然后经过滤洗净,水解产生的HF用0.1124 mol/LNaOH标准滴定溶液滴定,以酚酞为指示剂,耗去标准滴定滴定溶液28.54mL。计算试样中SiO2的质量分数。,二、三氧化二铁的测定原理,(一)配位滴定含量低于10的样品,如水泥、生料、熟料、粘土、石灰石等方法原理在pH为1.82.0及6070 的溶液中,以磺基水杨酸为指示剂,用EDTA标准溶液直接滴定溶液中三价铁,Fe3+与磺基水杨酸钠反应形成
10、一种紫红色配合物,当加入EDTA后EDTA 夺取了与磺基水杨酸钠反应的Fe3+形成了另一种更稳定的配合物.主要反应,(无色),(紫红色),(紫红色),(亮黄色),(无色),显色反应,终点前,终点时,滴定反应,二、三氧化二铁的测定原理,(一)配位滴定方法讨论溶液的体积控制在100ml左右滴定前要加入0.51ml硝酸PH值调整溶液的温度结果计算,T-每毫升EDTA标准溶液相当于三氧化二铁的质量,mg/mL;V-滴定时消耗EDTA标准溶液的体积,mL;m-试样的质量,g。,二、三氧化二铁的测定原理,(二)EDTA铋盐回滴法适用于高铁或高铝试样方法原理在室温下,于PH为1.01.5的溶液中加入适当过量
11、的EDTA标准滴定溶液(以过量3ml为宜),使 之与溶液中的离子充分配合,过量的EDTA以二甲酚橙为指示剂,用硝酸铋标准滴定溶液回滴剩余的EDTA,微过量的与二甲酚橙生成红色配合物,终点由亮黄色变为红色主要反应,终点前:,终点时:,(剩余),(亮黄色),(红色),二、三氧化二铁的测定原理,(二)EDTA铋盐回滴法方法讨论溶液的酸度用硝酸酸化,不能用盐酸加入过量EDTA控制在13ml,放置1min是必要的半二甲酚橙质量要好结果计算,T-每毫升EDTA标准溶液相当于三氧化二铁的质量,mg/mL;K-每毫升Bi(NO3)标准滴定溶液相当于EDTA)标准滴定溶液的毫升数;V1-加入EDTA标准溶液的体
12、积,mL;V1-滴定时消耗Bi(NO3)标准溶液的体积,mL;m-试样的质量,g。,(三)原子吸收分光光度法方法原理试样经氢氟酸和高氯酸分解后,分取一定量的溶液,以锶盐消除硅、铝、钛等对铁的干扰。在空气乙炔火焰中,于波长248.3nm处测定吸光度。测定步骤三氧化二铁标准溶液的配制工作曲线的绘制测定结果计算,二、三氧化二铁的测定原理,c-测定溶液中三氧化二铁的浓度,mg/mL;V-测定溶液的体积,mL;m-试样的质量,g;n-全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比,(三)比色法试样中三氧化二铁含量较低,如石灰石、石膏等邻菲啰啉比色法以盐酸羟胺将Fe3+还原为Fe2+,在pH=29范围内,Fe2+与
13、邻菲罗啉生成稳定的橙红色络和物,于波长510nm处测定吸光度硫氰酸钾比色法,二、三氧化二铁的测定原理,三、三氧化二铝的测定原理,方法综述配位滴定法直接滴定法返滴定法氟化铵置换滴定法酸碱滴定法铬天青S法,三、三氧化二铝的测定原理,(一)直接滴定法方法原理将滴定完铁后的溶液调节PH至3,加热煮沸,使TiO2+水解为TiO(OH)3沉淀,不再与EDTA配位,以CuEDTA与PAN为指示剂,用EDTA标准滴定溶液滴定至PAN为黄色,继续煮沸、滴定,直至煮沸后红色不再出现,呈稳定的亮黄色为止。主要反应,(紫红色),(紫红色),(微过量),(黄色),置换反应:,显色反应:,终点前:,终点时:,三、三氧化二
14、铝的测定原理,(一)直接滴定法方法讨论测定结果为纯铝含量PH值最适宜范围2.53.5溶液要煮沸PAN的不可太多,一般200ml溶液中23滴为宜EDTACu为等物质量的溶液结果计算,T-每毫升EDTA标准溶液相当于氧化铝的质量,mg/mL;V-滴定时消耗EDTA标准溶液的体积,mL;m-试样的质量,g;,三、三氧化二铝的测定原理,(二)铜盐回滴法 方法原理 在滴定铁后的溶液中,加入对铝、钛过量的EDTA标准滴定溶液,于pH为3.84.0以PAN为指示剂,用硫酸铜标准滴定溶液回滴过量的EDTA,扣除钛的含量后即为氧化铝的含量。主要反应,(剩余),(蓝绿色),(紫红色),(黄色),配位反应,回滴反应
15、,终点反应,三、三氧化二铝的测定原理,(二)铜盐回滴法 方法讨论测定结果为铝钛合量测完铁后在溶液中加入过量EDTA,应将溶液加热到7080C再调整PH至3.03.5EDTA加入量控制在与Al+Ti配位,剩余1015ml锰的干扰氟的干扰结果计算,(三)氟盐取代EDTA容量法方法原理二弱酸性溶液中,加入过量EDTA,加热煮沸,使EDTA与Fe3+、Al3+、TiO2+等离子配合,冷却后在PH为56的溶液中,以二甲酚橙为指示剂,用锌盐(或铅盐)标准滴定溶液回滴剩余的EDTA,溶液由黄色变为橙红色。再加入氟盐使Al3+、TiO2+生成更为稳定的氟配合物,从而置换出与配合的EDTA,定量置换出的EDTA
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