第4章4.1Convertor

第4章硅酸盐分析学习指南1.了解硅酸盐的组成、分类、性质、用途等基础知识，能正确表示硅酸盐的组成和计算；2.了解分析系统的基本概念，熟悉硅酸盐系统分析的方法类型和全分析方法流程，初步掌握硅酸盐岩石和水泥的经典分析系统和快速分析系统的方法、特点和发展趋势；3.能正确选择分解方法进行硅酸盐试样的分解；4.掌握硅酸盐中二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钛、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾等物质含量测定的分析方法及原理；5.掌握硅酸盐水分、烧失量测定的方法原理；6.熟练运用化学分析、仪器分析的操作方法，正确进行硅酸盐中各主要成分的分析测定。4.1概述4.1.1基础知识硅酸盐分布极广，种类繁多，约占矿物总类的1/4，构成地壳总质量的80%。硅酸盐是硅酸中的氢被铁、铝、钙、镁、钾、钠及其他金属离子取代而生成的盐。因为x、y的比例不同，将形成元素种类不同、含量也有很大差异的多种硅酸。SiO2是硅酸的酸酐，可构成多种硅酸，组成随形成条件而变，以SiO2·yH2O表示。已知的有：偏硅酸H2SiO3（SiO2·H2O）它最简单，常以H2SiO3代表硅酸；二硅酸H6Si2O7（2SiO2·3H2O）；三硅酸H4Si3O8（3SiO2·2H2O）；二偏硅酸H2Si2O5（2SiO2·H2O）和正硅酸H4SiO4（SiO2·2H2O）。硅酸盐组成非常复杂，为方便，常看作硅酐和金属氧化物相结合的化合物，化学式可写作：钾长石K2O·Al2O3·6SiO2或K2Al2Si6O16高岭土Al2O3·2SiO2·2H2O或Al2H4Si2O9白云母K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O或K2H4Al2(SiO3)6石棉CaO·3MgO·4SiO2或CaMg3(SiO3)4沸石Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O或Na2A12(SiO4)2·nH2O滑石3MgO·4SiO2·H2O或Mg3H2(SiO3)4高岭土是粘土的基本成分。纯高岭土为制造瓷器的原料。钾长石、云母和石英是构成花岗岩的主要成分。花岗岩和粘土都是主要的建筑材料。石棉耐酸、耐热，可用来包扎蒸气管道和过滤酸液，也可制成耐火布。云母透明、耐热，可作炉窗和绝缘材料。沸石可作硬水的软化剂，也是天然的分子筛。所有硅酸盐中，仅有碱金属硅酸盐可溶水，其余金属的硅酸盐都难溶于水。其中贵金属硅酸盐一般具有特征的颜色。硅酸盐溶液呈碱性。在硅酸钠溶液中加入NH4Cl，NH4+与水作用而显酸性，SiO32-与水作用显碱性，相互促进，使其与水作用更完全，H2SiO3沉淀和氨气放出，可鉴定可溶性硅酸盐。SiO32-+2NH4++2H2O＝H2SiO3↓+2NH3·H2O在硅酸盐工业中，一般根据工业原料和工业产品的组成、生产过程控制等要求来确定分析项目，大体有水分、烧失量、不溶物、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、CaO、Na2O、K2O等含量的测定；有时还要测定MnO、F、C1、SO3、硫化物、P2O5等含量。4.1.2硅酸盐试样的分解方法1.熔融分解法（1）碳酸钠熔融分解法碳酸钠是大多数硅酸盐及其他矿物分析最常用的熔剂之一。碳酸钠是一种碱性熔剂，无水碳酸钠的熔点为852℃，适用于熔融酸性矿物。硅酸盐样品与无水碳酸钠在高温下熔融，发生复分解反应，难溶于水和酸的石英及硅酸盐岩石转变为易溶的碱金属硅酸盐混合物，如SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑KAlSi3O8+3Na2CO3=3Na2SiO3+KAlO2+3CO2↑Mg3Si4O10(OH)2+4Na2CO3=4Na2SiO3+3MgO+4CO2↑+H2O其熔融物用盐酸处理后，得到金属氯化物。碳酸钠熔剂的用量多少与试样性质有关。对于酸性岩石，熔剂用量约为试样量的5～6倍；对于基性岩石，熔剂用量则需10倍以上。熔融前，试样应通过200号筛，仔细将试样与熔剂混匀后，再在其表面覆盖一层熔剂。熔融时，宜在300～400℃温度下，将处理好的试样与熔剂放入高温炉中，逐步升温至混合物熔融，并在950～1000℃下熔融30～40min。熔融器皿为铂坩埚。无水碳酸钠熔剂的缺点是对某些铬铁矿、锆英石等的硅酸盐岩石分解不完全；熔点高，要用铂坩埚在高温下长时间熔融，操作费时。有时采用碳酸钠与其他试剂组成的混合熔剂：①碳酸钾钠混合熔剂：无水碳酸钾和无水碳酸钠组成的组成比为（1+1）～（5+4）。其优点是熔点较低（熔点约为700℃），可在较低温度下进行熔融。缺点是碳酸钾易吸湿，使用前必须先驱水；同时钾盐被沉淀吸附的倾向也比钠盐大，从沉淀中将其洗出也较困难。因此此种混合熔剂未被广泛应用。②碳酸钠加适量硼酸或Na2O2、KNO3、KClO3等组成的混合熔剂：这类混合熔剂因酸性溶剂或氧化剂的加入增强了其分解能力，使复杂硅酸盐岩石试样分解完全。（2）苛性碱熔融分解法氢氧化钠、氢氧化钾都是分解硅酸盐的有效熔剂，两种熔剂的熔点均较低（KOH为404℃，NaOH为328℃），所以能在较低温度下（600～650℃）分解试样，以减轻对坩埚的侵蚀。熔融分解后转变为可溶性的碱金属硅酸盐。如：CaAl2Si6O16+14NaOH=6Na2SiO3+2NaAlO2+CaO+7H2O苛性碱熔剂对含硅量高的试样比较适宜（如高岭土、石英石等），既可以单独使用，也可以混合使用，混合苛性碱熔融分解试样，所得熔块易于提取。故可将其与试样混合后，再覆盖一层熔剂，放入350～400℃高温炉中，保温10min，再升至600～650℃，保温5～8min即可。因苛性碱会严重侵蚀铂器皿，所以一般在铁、镍、银、金坩埚中进行熔融。（3）过氧化钠熔融分解法过氧化钠是一种有强氧化性的碱性熔剂，分解能力强，用其他方法分解不完全的试样，用过氧化钠可以迅速而完全地分解。用过氧化钠熔融分解试样的过程中，能将一些元素牟低价化合物氧化为高价化合物，如：2Mg3Cr2(SiO4)3+12Na2O2=6MgSiO3+4Na2CrO4+8Na2O+3O2↑用过氧化钠分解试样，一般在铁、镍、银或刚玉坩埚中进行。由于过氧化钠的强氧化性，熔融时坩埚会受到强烈侵蚀，组成坩埚的物质会大量进入到熔融物中，影响后面的分析，所以只用于某些特别难分解的试样，一般尽量不用。（4）锂硼酸盐熔融分解法锂硼酸盐熔剂具有分解能力强的优点，而且制得的熔融物可固化后直接进行X－射线荧光分析，或把熔块研成粉末后直接进行发射光谱分析，也可将熔融物溶解制备成溶液，进行包括钠和钾在内的多元素的化学系统分析。常用的锂盐熔剂有：偏硼酸锂、四硼酸锂、碳酸锂与氢氧化锂（2+1）、碳酸锂与氢氧化锂和硼酸（2+1+1）、碳酸锂与硼酸（7～10）+1、碳酸锂与硼酸酐（7～10）+1等。用锂盐熔融试样时，试样粒度一般要求过200号筛。熔剂与试样比约为10+1。熔融温度为800～1000℃，熔融时间为10～30min。熔融器皿为铂、金、石墨坩埚等。用锂硼酸盐分解试样时，会出现熔块较难脱离坩埚、熔块难溶解或硅酸在酸性溶液中聚合等现象而影响二氧化硅的测定，因此，可采取以下措施：①将碳酸锂与硼酸酐或硼酸的混合比严格控制在（7～10）+1，熔剂用量为试样的5～10倍，于850℃熔融10min，则所得熔块易于被盐酸浸取。②将石墨坩埚的空坩埚先在900℃灼烧30min，小心保护形成的粉状表面。然后将混匀的试样和熔剂用滤纸包好，在有石墨粉垫里的瓷坩埚中熔融，熔块也易取出。2.氢氟酸分解法氢氟酸是分解硅酸盐试样唯一最有效的溶剂。F-可与硅酸盐中的主要组分硅、铝、铁等形成稳定的易溶于水的配离子。用氢氟酸或氢氟酸加硝酸分解试样，用于测定SiO2；用氢氟酸加硫酸（或高氯酸）分解试样，用于测定钠、钾或除SiO2外的其他项目；用氢氟酸于120～130℃温度下增压溶解，所得制备溶液可进行系统分析测定。