探究水泥中碱含量测定的准确性

2016-04-10徐梁

四川水泥 2016年2期

关键词：氢氟酸火焰仪器

徐梁

（新宇建设工程材料检测有限公司，河北秦皇岛 066000）

探究水泥中碱含量测定的准确性

徐梁

（新宇建设工程材料检测有限公司，河北秦皇岛 066000）

碱含量测定是水泥生产和质量控制的关键部分，通过火焰光度测定水泥中碱含量的过程较为复杂，容易产生错误。对此，本文分析了火焰光度法测定碱含量的方法原理、影响因素以及测定步骤，进而提出了有效提高碱含量测定准确性的应对措施。

水泥；碱含量；检测

众所周知，生产水泥的原料中含有钾和钠，而水泥生产工艺或在建筑中，这两种物质属于有害成分。在煅烧水泥过程中，高温会蒸发一部分钾钠，其他部分则会存于熟料的玻璃相中。如果钾钠含量较高，还会生成碱矿物，或与 S042-形成黏性极大的K2SO4或Na2S04，这种固体物质堆积于预热器或烧成带及预分解带过渡部分上，导致无法正常的生产。同时，水泥使用过程中，碱含量较高会引起碱—骨料反应，形成碱的硅酸盐凝胶体，混凝土则会增大体积并形成蛛网状的龟裂，破坏了工程结构。因此，测定水泥的碱含量，具有十分重要的意义。通用硅酸盐水泥标准GB175-2007中规定：“水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得＞0.60%或由买卖双方协商确定”。因此，我们通常在资料中看到的碱含量R2O指的就是Na2O+0.658K2O的计算值。生产工艺上控制碱含量主要通过使用低碱原料来实现。本文结合实际工作经验，就火焰光度法测定水泥中碱含量的准确性进行探讨。

1.测定原理及步骤

1.1 测定原理

测定水泥中碱含量的方法主要包括原子吸收光谱法、火焰光度法和X射线荧光分析法等，其中火焰光度法是GB／T176—2008《水泥化学分析方法》规定的基准法，这种方法测定结果较为准确，业界普遍采用。元素都具有其特征光谱，测定元素被激发就会发射出特征光谱，利用滤光片可分离钾和钠的谱线，并通过仪器来测定光谱能量。通常谱线的强弱与测定元素含量成正比，在一定的范围内形成了简单的线性函数关系。所以，通过火焰光度法来测定光谱能量的强弱，就可准确判定元素含量的高低。

1.2 测定步骤

根据GB／TI76-2008标准中碱含量的测定方法，称取0.2试样，精确至0.0001g，放入铂皿中，之后取少量水润湿，并加人5～7 mL氢氟酸和15～20 滴硫酸(1+1)，置于通风橱内的电炉上加热，先使氢氟酸蒸发，之后继续加热把三氧化硫白烟驱尽，并取下进行冷却。在加入40～50mL热水，溶解残渣，加入1滴2g／L甲基红指示剂，用氨水（1+1）中和为黄色，之后加入10 mL100g／L碳酸铵溶液进行搅拌，并进行加热沸腾并持续20～30min。用快速滤纸对液体进行过滤和洗涤，并收集于100mL容量瓶中进行冷却。再用盐酸（1+1）中和为微红色，并用水稀释至标线。最后，把火焰光度计调节为最佳状态，严格按照仪器使用章程进行测定，并查出工作曲线上试验溶液中钾钠的含量，再根据公式来处理数据。

1.3 测定处理方法

任何定量分析仪器不同于化学分析方法，需要参照一系列的数值来检验准确度，任何一台仪器在没有参照值的基础上都能检测出物质的含量，火焰光度法测定钾钠也能应用。在实际中，测定处理的方法包括工作曲线法和比较法。利用工作曲线法来处理测定数据，先按照一定标准来配置待测元素的比对溶液，要用火焰光度计分别测定溶液中待测元素的辐射强度，并以检流计读数与对应的浓度来绘制工作曲线，按照工作曲线的测定条件来选取样品溶液的读数，并查出相应的浓度和算出被测元素的百分含量。还可用比较法来测定，选取两个不同浓度的标准溶液，确保试样溶液的浓度在两个标准溶液之间，并测定其光谱强度。设标准溶液浓度为c1，c2，检测器读数为a2，a1，试样溶液中待测浓度为cx，检测器度数为ax，通过公式：来测定出数据。

1.4 火焰光度计燃料的选用

在测定碱含量过程中，火焰光度计选用汽油或液化石油气为燃料。使用汽油时，要先注入气化缸内3000mL的汽油，并保留1／3的空间。之后，往一端注入压缩空气，使其在在汽油液面下冒泡翻滚，进入上方的1／3的空间，接着用导管引入仪器燃气进口使用。因所选用燃料为汽油和空气的混合物，要具备一定的温度条件，能够使汽油气化并燃烧。如气温过低会导致无法气化，也不易燃烧。一般温度条件下，可考虑用93号汽油。使用液化石油气为燃料时，可把仪器与专用的减压阀连接，调整好压力引燃后即可应用，相对较为方便。

2.测定过程的影响因素和控制要点

2.1 测定过程的影响因素

测定水泥中含碱量的过程较为复杂、容易产生误差。根据实际工作经验，测定主要受以下因素影响：（1）仪器环境的稳定性，主要指仪器工作参数的变化。如测定过程中，要考虑燃料气体和助燃气体的压力及比例、光电池的稳定性等。（2）试样溶液中含有的干扰元素及含量。水泥中所含有的钙、铝、镁、铁等元素都会影响测定结果。（3）空白值的影响。如测定过程中所产生的蒸馏水、多次使用容器被侵蚀、试剂品质的好坏与否等这些都会影响测定的准确性。（4）标准溶液与试样溶液测定的同步性。在测定过程中，两种溶液组成德尔酸浓度、其他离子浓度要保持相近，两种溶液的测定时间要接近。

2.2 测定过程控制的要点

在对待测元素进行取样过程中，不同水泥的含碱量也会不同，要确保测量结果在标准曲线之内，就要控制好样品的称量。如样品中的K2O、Na2O含量较高，选取样品量相对较大，依据GB／T176—2008标准进行测定，测定数值则会在标准曲线外，测定结果不准确；如选取样品量较小时，测定数值的误差会偏大。GB／T176—2008标准中规定要称取0.2g样品，但是不同地区的原材料有差异，因此生产的水泥碱含量就有所不同，有些厂家生产的水泥碱含量高，有些厂家生产的水泥碱含量低。根据测定结果偏差控制好样品称量或将制备的试液适当稀释。同时，对待测元素进行测定过程中，要用塑料量具来取氢氟酸，不得使用玻璃量具，以免腐蚀玻璃量具钠离子，使测定结果偏大。另外，如水泥中碱含量较高，加热过程会溅出，要不断摇动铂皿，直至近干，并驱尽白烟。

3.提高检测准确性的方法与技术

3.1 提高检测准确性的方法

(1)分离样品溶液中的干扰元素。众所周知，水泥中含有的铁、镁、铝不具有明显干扰Na20、K20测定，而SiO2和CaO等元素会严重影响碱含量的测定，因此，要除去试样溶液中的这些元素。把氢氟酸一硫酸放入铂皿中，在电炉上进行低温加热，使硅以SiF的形式除去，其反应：SiO +4HF→SiF +2H2O↑。用氨水和碳酸铵分离钙、镁，在加热过程中，温度不要太高，避免快速分解碳酸铵，导致难以全部分解钙离子。常见的阴离子中，P03-4抑制了钾的激发，而S02-

4、NO2-、HC03-等均不干扰钾、钠的测定。

(2)消除测定的空白值。首先，要避免蒸馏水、试剂带人的误差，配置溶液应用超纯水，试剂应优先采用分析纯及以上等级；第二，碱含量测定不得与其他分析共用器皿和试剂，以免带人空白；第三，有些厂生产的容量瓶，其氧化钠含量较高且易被水侵蚀，而使钠测定结果偏高，故应注意容量瓶的选择；第四，雾化室的雾化效果是仪器正常使用的关键，长期使用会阻塞、玷污喷嘴，可自行拆下清洗。喷嘴应对准吸样口的出口，相互距离＜0.5 mm；第五，试样制备成溶液后，应及时进行测定；第六，处理试样溶液时，量取氢氟酸的量杯要用塑料量杯，其他量具、容量瓶及搅拌棒等也都应该选用塑料的，否则会因玻璃腐蚀而带入空白；第七，用氢氟酸溶样应尽量除尽氟离子，一定要加热至三氧化硫白烟冒尽，当氨水(1+1)中和甲基红指示剂呈黄色时，一般消耗氨水(1+1)1至3滴，不能消耗太多，否则说明氢氟酸未驱尽，残留的氢氟酸对器皿和仪器的腐蚀将导致结果偏高。此外，测定试样的同时，最好进行空白试验，并对测定结果加以校正。

(3)检测条件的控制。以同一套仪器同时进行标准溶液和试样溶液的测定，以使两者的试验条件完全一致。测定过程中，燃气和助燃气压力应保持稳定，以保持火焰的稳定性，此外雾化器易被尘埃阻塞，应经常检查，另外用完后要用蒸馏水喷洗干净3--5min。

(5)结果处理的选择。众所周知，工作曲线法虽然方便快捷，但由于标准溶液和试样溶液的检测时间、检测条件变化，如燃气和助燃气压力及比例、标准溶液浓度、火焰大小、光电池的稳定性等变化，必将导致计算结果出现不可预测的系统误差。因此，在日常生产的质量控制中，建议最好选择比较法对结果进行处理。3.2碱含量检测技巧为提高检测的准确度，降低试样溶液中碱含量浓度是最佳选择。如果K、Na离子的含量足够低，由上文所提出的比较法公式可知，当选择C1=0时，公式可简化为:

显然，我们知道只要将K、Na离子的含量控制到足够低，就可以利用简化公式进行检测，简化公式法与标准公式法得到的K2O和Na2O误差完全符合相关标准要求，在操作和结果处理等方面将变得非常简单方便。