石英砂中二氧化硅含量測定的方法改進

摘要：石英砂是玻璃廠主要的原材料，其主要成分SiO₂的測定采用HF-H₂SO₄處理，使硅逸去，雜質成分在800℃灼燒稱重，差減法計算SiO₂的含量。和氟硅酸鉀法比較，發現該方法測定結果偏低。經過實驗，我們利用HF-HNO-3HClO₃體系處理樣品，使測定結果達到檢測要求。

石英砂是玻璃廠主要的原材料。廠家在組織生產之前要對原料進行全分析，石英砂全分析包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO₂、MgO₂、K₂O、Na₂O含量的測定。石英砂的主要成分SiO₂的含量大概在96%~99%之間，經典方法是采用HF-H₂SO4處理樣品，使硅逸去，雜質成分以硫酸鹽的形式在800℃灼燒稱重，差減法計算SiO₂的含量。但經過多次和氟硅酸鉀法比較，我們發現該方法測定結果偏低。通過實驗，我們發現該分析結果偏低的主要原因是砂子中的金屬元素在800℃時不能生成氧化物，而是以硫酸鹽的形式存在，而它們在砂子中則是以氧化物的形態存在的，郎砂子樣品中的金屬元素和經過酸處理前后的形式不同，因而測定結果出現偏差。經過多次實驗，我們對該方法加以改進，提出新的SiO₂重量法體系，利用HF-HNO₃-HClO₃處理樣品，在800℃灼燒時，其金屬元素能全部轉化為氧化物，與其樣品中存在的形式完全一致。該方法所測定的SiO₂的含量和氟硅酸鉀法對照，結果令人滿意。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

二氧化硅或硅酸鹽和氫氟酸反應，生成易揮發的四硼化硅，其反應式如下：

SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O

殘渣經烘干、灼燒后，由氫氟酸處理前后的質量差得出SiO₂含量。

1.2 實驗儀器及試劑

馬弗爐、電熱板、Pt坩堝。

硝酸、鹽酸、高氯酸、氫氟酸：優級純；

GBW03112石英砂標樣：國家一級標準物質，國家建材測試中心提供。

1.3 實驗步驟

準確稱取經過干燥的石英砂樣品粉末1.000g于Pt坩堝中，用蒸餾水潤濕。加入5mL硝酸、2mL高氯酸，5mL氫氟酸，置于低溫電熱板上加熱蒸發至樣品分解，加水沖洗坩堝壁，繼續加熱蒸發至1~2mL。再加氫氟酸5mL，蒸發至1~2mL，加高氯酸1mL、氫氟酸3mL，蒸發至高氯酸煙冒盡，放入高溫爐內，在800℃灼燒30min，取出稍冷，放入干燥器中冷卻10~15min后稱重，并灼燒至恒重。

二氧化硅含量計算：

SiO₂(%)={[W-(m2-m1)]/W}×100%

式中：W：樣品質量，g；

m1：坩堝質量，g；

m2：坩堝+殘渣質量，g。

2 結果與討論

2.1 測定結果

分別用經典氫氟酸法和改進的HF-HNO₃-HCIO₃體系測定SiO₂含量為98.51%的GBW03112石英砂標樣，經過反復比較，得到測定數據見表1。

表1 兩種方法對石英砂的測定結果

測定序號	SiO2%(經典法)	SiO2%(HF-HNO3-HCIO3體系)
1	96.95	98.55
2	97.08	98.54
3	97.06	98.48
4	96.97	98.57
5	97.01	98.49

2.2 結果討論

通過表1可以看出，用經典氫氟酸法測定得到的數據普遍偏低，而用改進過的HF-HNO₃-HCIO₃體系處理樣品得到的數據則完全符合測定要求。

3 結論

用經典的氫氟酸法測定石英砂中的SiO₂含量偏低，其主要原因是在灼燒溫度為900℃時，砂子中的金屬元素不能生成氧化物，而是以硫酸鹽的形式存在。當用改進的HF-HNO₃-HCIO₃體系處理樣品，則砂子中金屬元素的過氧酸鹽在800℃灼燒時都能分解為氧化物，使它們在殘渣中的存在形式與石英砂中的形式一致，因此所得到的結果真實可靠，結果令人滿意。