氟硅酸钾容量法检测二氧化硅操作优化试验研究

摘 要：氟硅酸钾容量法检测二氧化硅是水泥过程质量控制首选方法，但是实验操作经验对测定结果的影响较大。通过正交实验分析操作关键因素由主到次为KCl加入量—KCl/KF加入方法—陈化方式—陈化时间，选出最优操作为“先加10mLKF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷却10min，再加7g KCl，搅拌10min”，其他操作与GB/T 176-2017相关要求一致。优化后的操作采用定量KCl加入方式，操作人员易掌握，并且缩短了操作时间。经过实验验证该优化操作对熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂岩均适用。

关键词：氟硅酸钾容量法；正交试验；极差分析文章编号：2095-4085（2024）06-0203-03

0 引言

氟硅酸钾容量法检测二氧化硅快速、简便，较适合水泥企业过程质量控制，是氯化铵称量分析法所不及的。前期调研发现，检验人员对该操作掌握不佳，主要表现在检测结果稳定性较差等方面。

氟硅酸钾容量法的影响因素较多，下面采用正交试验对操作主要影响因素进行系统实验研究，分析各因素主次关系和最佳水平。

1 试验方案

根据调研并查阅相关文献资料，本次实验以GB/T 176-2017中氟硅酸钾容量法为基础，选择其中的

KCl/KF加入方法、KCl加入量、陈化方式、陈化时间作为本次实验的因素，其他操作同GB/T 176-2017一致。每个因素设计3个水平，因素-水平表详见表1。使用L9（34）正交表设计实验方案见表2。以检验

误差为实验指标，每组实验仿行数为2，即每组实验进行2次，如2次检测结果绝对误差满足重复性限要求，取平均值作为该组实验的检验误差。如超差，需重新检验，直至二者绝对误差满足重复性限要求。

实验顺序随机化运行，测量系统保持不变，即由同一实验人员在同一实验室内完成，实验室环境条件、药品、仪器等均保持不变。

实验样品采为国家水泥质量监督检验中心研制的GSB 08-1355-2014水泥熟料成分分析标准样品，标准样品的SiO2标准值为22.07%，LOI标准值0.60%，LOI检测值为0.85%，SiO2校正标准值按式1计算。

SiO2校正标准值=SiO2标准值×100-LOI检测值100-LOI标准值=22.07%×100-0.85100-0.60=22.01%式1

2 实验结果与分析

正交实验结果及统计量见表3。

依极差画出指标-因素图（图1），定出因素的主次为：

B（KCl加入量）—A（KCl/KF加入方法）—C（陈化方式）—D（陈化时间）

2.1 因素B和A

各因素中对检验结果影响最大的是B和A。二者间交互作用的二元效应表详见表4，由此绘制交互作用图详见图2。

B1所对应的检验误差均较高。B3的检验误差较低，但是在实际检验过程中，检验人员不易准确把握B3=KCl过量2g，而B2=7gKCl则容易操作，因此选择B2水平。

B2A2检验误差最低，为0.10%。即KCl加入量为7g，加入方法为“KF→冷却→KCl”时检验误差最低，即图中红色圆圈内的点。因此从可操作性和检验误差最小化方面考虑，选定B2A2操作，即先加KF→冷却→KCl定量加入7g。

2.2 因素C

图3为A与C交互作用图。从图3中可见A2C3所对应的检验误差最低，因此C“陈化方式”选择C3=搅拌。

2.3 因素D

图4为C与D交互作用图。从图4中可以看出C3D1的检验误差最低，因此D“陈化时间”选择D1=10min。

综上，最佳组合为B2A2C3D1，代表的实验操作方法：先加10mLKF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷却10min，再加7g KCl，搅拌10min。该组合是本次正交试验第5组实验，其检验误差为0.10%，为所有实验中最低值。

3 验证实验

上述正交实验选用试验样品为熟料，为进一步验证最佳实验操作方法对其它类别试样是否适用，选取国家标准样品生料、水泥、粘土、粉煤灰、砂岩用该方法进行检测，结果详见表5。

由表5可看出各组实验绝对误差均低于GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中规定的氟硅酸钾容量法测定结果重复性限要求。经验证正交实验所得最佳实验操作方案对熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂岩均适用。

4 结论

通过正交实验系统分析，选出最优操作“先加10mL KF溶液（KF·2H2O 150g/L）后冷却10min，再加7g KCl，搅拌10min”，其他操作与GB/T 176-2017相关要求一致。优化后的操作采用定量KCl加入方式，操作人员易掌握，并且缩短了操作时间。经过实验验证该操作对熟料、水泥、生料、粘土、粉煤灰和砂岩均适用。

这与张绍周等人提出的“改进氟硅酸钾容量法（大体积中和法）”中的氟硅酸钾沉淀操作基本一致。氯化钾按计算量定量加入，而不必加至过饱和且过量2g。一是简化了加入氯化钾的操作过程，按规定量加入硝酸、氟化钾和氯化钾之后，搅拌10min，氟硅酸钾即已定量生成且经过了陈化，加快了分析速度，且避免了氟铝酸盐沉淀的生成；二是氟硅酸钾沉淀中无固体氯化钾掺杂，沉淀的洗涤十分容易，速度快，减少了氟硅酸钾水解的倾向，也避免了未溶氯化钾晶体中夹裹的酸可能造成的影响［1］。

参考文献：

［1］张绍周，辛志军，倪竹君.水泥化学分析［M］.北京：化学工业出版社，2007.