蔗糖浸取法测定碱液配制石灰乳中有效钙关键点控制

2022-08-16李运改

纯碱工业 2022年4期

李运改

(1.大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心，内蒙古鄂尔多斯 010321；2.大唐同舟科技有限公司，北京 010050)

预脱硅碱石灰烧结法生产氧化铝的过程中，在一段脱硅阶段需加入石灰乳以防止溶液中铝、钠、硅相互结合形成钠硅渣。所以石灰乳中有效钙的测试分析结果是关键监测点。石灰乳的配置方法有两种：水溶液配置和碱液配置，目前在石灰乳中氢氧化钙的测定行业内主要有酸碱滴定法[1-3]和络合滴定法[4-5]两种方法。高铝粉煤灰碱法提取氧化铝生产过中会产生大量碱性滤液，传统方法中碱液是以废液处理，用水量大，处理费用高。出于节能减排节约资源的目的，企业内部以此代替清水配置石灰乳溶液，降低处理费用的同时实现了废水的再利用。

因由废碱液配制的石灰乳样品不适用酸碱滴定法。故而改用蔗糖浸取，用三乙醇胺掩蔽铁、铝等干扰，最后用EDTA标准溶液直接滴定氢氧化钙含量。试验表明，该方法结果可靠，方便快捷，分析成本低，是工业上测定石灰乳中氢氧化钙含量的一个行之有效方法。

在采用非标准方法做样品测试的具体操作过程中，因为实验人员对于实验方法理解不到位、操作手法差异，往往会导致结果的不确定性。为保证结果准确可靠，保证质量控制人员间比对准确性，对本方法关键控制点加以详细说明，保证不同人员之间实验结果准确性。

1 实验原理

1.1 络合滴定法原理

石灰乳中有效钙以氢氧化钙悬浊液的形式存在，能与蔗糖反应生成溶解度很大的蔗糖钙：

C12H22O11+CaO+2H2O=C12H22O11·CaO·2H2O

样品中的碳酸钙、硅酸钙等其他钙盐则不与蔗糖反应[6-7]，经过滤，分取滤液，以三乙醇胺作掩蔽剂，调节溶液pH到12.5以上，钙羧酸为指示剂，向溶液中滴入EDTA二钠盐溶液并到终点时，过量的EDTA二钠盐溶液便开始夺取红色络合物中的钙离子而使钙羧酸游离出来，溶液由原来的玫瑰红色变成钙红本身的纯蓝色。用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为蓝色即为终点，反应式：

C12H22O11·CaO·2H2O+ EDTA2-=C12H22O11+[Ca-EDTA]2-+3H2O

1.2 酸碱滴定法原理

石灰中有效钙是指不包括碳酸钙、硅酸钙及其他钙盐的氧化钙，水化制的石灰乳中，有效钙以氢氧化钙悬浊液的形式存在。用酸滴碱时，以酚酞作指示剂，在pH=8.2时溶液由红色变为淡粉色或无色，此时停止继续滴入酸，在碱性范围内碳酸根基本来不及和酸反应，可粗略认为只有氢氧化钙与酸反应。废碱液配置的石灰乳用此方法滴定时，氢氧化钙消耗酸的量应该由酸的总消耗量减去碱液自身消耗的量，从而计算出有效钙的准确含量。

2 试剂配制

2.1 三乙醇胺溶液(1+2)

量取10 mL分析纯三乙醇胺加入20 mL蒸馏水。

2.2 KOH溶液(20%)

称取200.00±0.50 g分析纯氢氧化钾固体，少量水溶解至1 000 mL烧杯中，冷却后以水稀释至刻度，摇匀得到200 g/L溶液。

2.3 盐酸溶液(1+1)

量取1体积盐酸(比重1.19)与1体积水混匀。

2.4 酚酞(1%)指示剂溶液

称取1±0.05 g酚酞指示剂，溶于100 mL 60%酒精溶液中。

2.5 钙羧酸示剂

称取钙羧酸指示剂0.1 g，氯化钠10 g，研磨均匀，保存于磨口瓶中。

2.6 EDTA标准溶液的配制与标定

EDTA溶液配制：准确称取约 5.59 g乙二胺四乙酸二钠盐置于250 mL烧杯中用水溶解，加入数粒分析纯氢氧化钠调节溶液pH至5左右(GB/T 629)，用pH计检测，随后移入1 000 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀，得到0.015 mol/L溶液备用。

氧化钙标准溶液的配制：预先在120 ℃干燥2 h的优级纯碳酸钙准确称取3.5695 g(称准至±0.0002 g)，置于300 mL烧杯中，用水润湿，盖上表面皿，沿杯口缓慢滴入15 mL(1+1)盐酸溶液，待溶解完全后煮沸除去溶液中二氧化碳，用水冲洗表面皿和杯壁，冷却后移入1 000 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀，此溶液1 mL含有2 mg CaO。

EDTA标准溶液的标定：准确吸取氧化钙标准工作溶液25 mL于250 mL锥形瓶中，加水至100 mL，加三乙醇胺溶液2 mL、氢氧化钾溶液10 mL，加适量的钙羧酸指示剂，以EDTA标准溶液滴定至由酒红色变为蓝色即为终点。EDTA标准溶液的浓度：

表1 EDTA标准溶液浓度的测定结果

3 主要仪器

电子天平(万分之一；百分之一)，电磁搅拌器，pH计(梅特勒)，碱式滴定管50 mL，微量滴定管10 mL, 大孔移液管1 mL,具塞锥形瓶250 mL, 容量瓶 250 mL。

4 实验方法

测定步骤：用大孔移液管准确移取 1.0 mL 混匀试样于250 mL锥形瓶中，用新煮沸并已冷却的去离子水冲洗锥形瓶内壁，再补加约50 mL去离子水，加入 10.00 g 蔗糖(分析纯)，加入磁子，在电磁搅拌器上搅拌15 min后取下，将溶液转移至250 mL容量瓶中，冲洗磁子，加水至刻度摇匀。过滤后分取滤液25 mL于250 mL锥形瓶中，加150 mL蒸馏水、5 mL三乙醇胺及20 mL KOH溶液，最后加入少量钙羧酸指示剂，摇匀。用EDTA标准溶液滴至溶液由酒红色变为蓝色。

同时进行空白试验。

结果计算：

(2)

式中：c——EDTA标准滴定溶液的浓度，mol/L；

V——实验溶液所消耗的EDTA标准滴定溶液的体积，mL；

V0——空白试验溶液所消耗的 EDTA 标准滴定溶液体积，mL;

V取——取原液的体积，mL;

M——氧化钙摩尔质量，g /mol。