专利名称：水玻璃旧砂或水玻璃再生砂中总碱度与残留二氧化硅含量的测定装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化钠含量与二氧化硅含量的测试方法和装置，特别是在水玻璃砂的旧砂或再生砂的成分测试技术领域，用于测量水玻璃砂的旧砂或再生砂残留粘结剂膜中总碱度(氧化钠含量)与二氧化硅含量。
背景技术：
水玻璃旧砂及再生砂中残留Na2O的量是描述水玻璃系再生砂质量的重要指标，也是评价水玻璃砂再生处理设备的重要依据。一般厂家购买水玻璃砂处理设备时要把Na2O的残留量写进技术要求(一般规定水玻璃再生砂中Na2O的质量分数彡O. 6%)。当残留的Na2O质量分数超过O. 8%时，对背砂的强度影响明显，尽管在混制水玻璃再生砂时加入一定量的水之后有所改善，但强度降低仍比较严重，需要添加新砂来降低Na2O的含量。再生设备要保证再生砂经过反复使用后，其中的微粉和Na2O不会逐渐积累下来。对Na2O进行分析时，精度高的方法有原子吸光分析法、湿式化学分析法；精度低的方法是酸碱中和法(又称简易分析方法)。(I)原子吸光分析法原子吸光分析法是利用Na固有的波长，依靠原子吸光的分析法。此法操作复杂，耗时长，需要专用仪器，不适用于日常生产。(2)湿式化学分析法湿式化学分析法是将Na的量用溶剂溶解后进行分析。此法操作复杂，不适用于日常管理。如果没有专业的化学实验室则难以实施。(3)酸碱中和法(简易分析法)。利用试样中的Na溶于水后呈碱性的性质，用强酸(如盐酸，HCl)中和，计算所用HCl的量，推算出Na2O的含量。此法操作简便，对再生砂的质量控制有指导意义，也是目前主要应用的方法。现有技术的缺陷是。I、由于直接对水玻璃旧砂取样进行滴定，其中的泥分导致滴定终点难以判定，使得测试结果重现性差，测试结果不准确。2、在环境温度下，人工搅拌或者电磁搅拌5分钟以上，力图使旧砂表面残留Na2O溶解到水中。但是，水玻璃旧砂表面的残留Na2O可分为三部分59TlO%的Na2O存在于不溶性的玻璃态中，它不会影响回用砂的可使用时间；30°/Γ35%的Na2O以盐(如碳酸钠等)的形式存在，而55°/Γ65%的Na2O存在于失水高模数水玻璃中。由于失水高模数水玻璃中的Na2O难溶于水，溶解过程长，溶解过程受水温影响大，且不能保证残留Na2O完全溶解，不能测出水玻璃旧砂中Na2O的真实含量(结果一般比实际含量低)，从而导致测试结果不准确，实际应用中再生砂可用性差。为了解决失水高模数水玻璃中的Na2O难溶于水的问题，公开号CN101113956A公开了一种采用微波加热的方法，加速Na2O的溶出。3、未能提供测试水玻璃旧砂残留粘结剂膜中的二氧化硅含量的方法
发明内容
本发明方法的优点是无需搅拌，残余水玻璃粘结剂膜溶解完全，结果准确，重现性好。能准确测量水玻璃旧砂或再生砂中总碱度(氧化钠总含量)和SiO2含量。 实现本发明的技术方案如下。步骤.:!)在图I所示装置上制备分析样品。目的是将水玻璃旧砂样品中的残留粘
结剂膜溶出，并与泥砂分离。具体过程如下按图I搭建实验装置，称取m克烘干的水玻璃旧砂或再生砂样品放入图I所示制样装置的制样瓶(4)中，通过补水器(2)加蒸馏水500 ml左右到烧瓶中，接通电源，将蒸馏水加热至沸腾，产生100°C及以上的水蒸汽，蒸汽通过连接管路通入制样瓶(4)中，蒸汽通过旧砂后产生的处理液通过过滤装置流入下方250ml的三角瓶中，蒸汽通入时间为20分钟以上，然后检测蒸出液的pH值，当pH值约等于7时，获得分析用液体样品。如果获得的液体样品体积过大，可称量/测量处理液的总重量或总体积， 并用移液管定量移取一定量的液体作为滴定用液体样品。步骤;f::向滴定用液体样品中加入5 10滴溴甲酚绿-甲基红混合指示剂(三份
I g/L溴甲酚绿乙醇溶液，一份2 g/L甲基红乙醇溶液)，然后以标准强酸溶液进行滴定，当混合液态物料的颜色由绿变酒红时停止滴定，溶液继续留作SiO2的测定使用；记录滴定处理过程所用标准强酸溶液的摩尔浓度记作C (mol/L)和体积记作V1 ml，所用标准强酸的单个强酸分子能提供的质子的数目记作η。步骤if::将所记录的标准强酸溶液的摩尔浓度和体积的数据代入下面公式进行计算，得到旧砂或再生砂样品中氧化钠的含量。所述公式为
ω =cx V X 62 X η / (2 X in χ 1000) χ Κ) )% .
式中ω(_)为Na2O在测试的液体样品中的质量百分数，如果样品为全部处理液，则ω (Na20)为Na2O在旧砂或再生砂样品中的质量百分数；如果样品为部分处理液，则Na2O在旧砂或再生砂样品中的质量百分数应在此基础上加以换算，即乘以相应系数，此系数为砂样品总质量乘以所取液体样品的体积与处理液总体积之比。步骤:在步骤.测定过Na2O含量后的溶液加入氟化钠或氟化钾，使其溶解，溶液又变为绿色。步骤⑤向步骤:$所得样品液中，用标准强酸溶液进行滴定，当混合液态物料的
颜色由绿变酒红时停止滴定，记录消耗的标准强酸溶液的体积V2 ml。为保证硅酸完全反应，一般使盐酸过量，然后再用氢氧化钠回滴过量的盐酸。步骤:意:同时做空白实验，滴定同样质量的NaF/KF所消耗的盐酸体积为V3 ml。步骤(J :将所记录的标准强酸溶液的体积的数据代入下面公式进行计算，从而得到旧砂或再生砂样品中氧化硅的含量；所述公式为
(O =cx (V, - V,) χ 60 Xii 14 χ in χ 10001 χ 100% .
式中为SiO2在测试的液体样品中的质量百分数，如果样品为全部处理液，则ω Si02为SiO2在旧砂或再生砂样品中的质量百分数；如果样品为部分处理液，则SiO2在旧砂或再生砂样品中的质量百分数应在此基础上乘以相应系数，系数即为处理液总量与所取样品的比例。
具体实施例下列实施例中所使用的旧砂为某铸钢厂铸造作业后废弃的水玻璃砂。实施例一。
分三次称取水玻璃旧砂样品，分别按前述方法制备分析液体样品，通入蒸汽时间为50分钟。获得样品约100 ml，然后直接对样品进行滴定，所用盐酸浓度C= O. 3960 mol/L，指示剂为甲基红-溴甲酚绿混合指示剂；分析步骤如前所述，滴定分析结果如下表所示。
旧砂样晶编号 I i I 2 丨3 旧砂样品50.3704 50.0223 ' 50.0147 鼻 || 体 31,9 , 32.25 . 31.9 Na2O 含重％) 1.7142 7.9142 7.8295 Na2O 平均__7.8393_
实施例二。称取水玻璃旧砂样品430. 2645克，按前述方法制备分析液体样品，通入蒸汽时间为60分钟。获得样品约522. 8 ml，然后用移液管移取样品20 ml进行滴定，所用盐酸浓度C= O. 3960 mol/L, NaF加入量为2 g，NaF空白样V3=I ml)，取样分析三次，指示剂为甲基红-溴甲酚绿混合指示剂。I)加入甲酚绿-甲基红混合指示剂(三份lg/L溴甲酚绿乙醇溶液，一份2g/L甲基红乙醇溶液)作为滴定指示剂。2)滴定Na2O :用O. 5 mol/Ι盐酸溶液进行滴定，当溶液颜色由绿色变为红色时为滴定终点，所消耗盐酸标准溶液的体积记为V ml，此溶液继续留作SiO2的测定使用。3)加入氟化钠在测定过Na2O含量后的溶液中加入3. O g氟化钠，摇动使其溶解，此时溶液由红色变为绿色。4)滴定二氧化硅在上述溶液中再加入O. 5 mol/Ι盐酸标准溶液，当溶液变为红色后，记录所用盐酸标准溶液的体积V1 ml ;再加入3 ml盐酸标准溶液。5)返滴定用O. 5 mol/Ι氢氧化钠标准溶液缓慢地滴定过量的盐酸,至溶液由红色变为绿色为终点，记录消耗的氢氧化钠标准溶液的体积V2 ml ο6)空白实验取50ml水加入250 ml锥型瓶中，加入3. 0000 g粉状氟化钠，加5滴指示剂，加3 ml盐酸标准溶液，空白实验中盐酸标准溶液的加入体积V3 ml，用0.5 mol/1氢氧化钠标准溶液慢慢滴定至溶液由红色变为绿色(终点)，空白实验中氢氧化钠标准溶液的消耗体积V4 ml ο7)将上述结果通过下述公式进行计算，得出相应计算结果的量值；滴定分析结果如下表所示(所示结果已经过换算)。
权利要求
1.一种水玻璃旧砂或再生砂中总碱度与残留二氧化硅含量的测定装置与方法，其特征在于，包括装置搭建、样品制备、滴定分析三个步骤。
2.权利要求I所述的装置，其特征在于，装置由固定器(I)、补水器(2)、温度计(3)、制样瓶(4)、收集器(5)、加热器(6)、蒸汽发生器(7)和连接管组成；各部位的连结如图I所示；制样瓶有蒸汽入口和出口以及过滤板，需分析的水玻璃砂样放置在制样瓶的过滤板上。
3.权利要求I所述样品制备方法，其特征在于，在图I所示装置上制备分析样品；具体过程如下按图I搭建实验装置，称取50克左右烘干的水玻璃旧砂或再生砂样品，放入图I所示制样装置的制样瓶(4)中，通过补水器(2)加蒸馏水500 ml左右到烧瓶中，接通电源，将蒸馏水加热至沸腾，产生的蒸汽通过连接管路通入制样瓶(4)中，蒸汽通过砂样后产生的处理液通过过滤装置流入下方250 ml的三角瓶(5)中，然后，在蒸淋容器中通入100°C及以上的水蒸汽20分钟以上，检测蒸出液的pH值，当pH值约等于7时，即获得分析用液体样品。
4.权利要求I所述的滴定分析方法，其特征在于，采用溴甲酚绿-甲基红混合指示剂(三份I g/L溴甲酚绿乙醇溶液，一份2 g/L甲基红乙醇溶液)作为滴定指示剂；其余为公知的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种测定残留在水玻璃旧砂或水玻璃再生砂粘结剂膜中的总碱度和二氧化硅含量的装置和方法。按
图1搭建实验装置；称取样品，放入图1所示的制样瓶(4)中，通过补水器(2)加蒸馏水到烧瓶中，接通电源，使蒸馏水沸腾、产生蒸汽通过连接管路通入制样瓶(4)中，蒸汽通过样品后凝结为提取液，经过滤流入下方收集器(5)中，获得分析用液体样品，将液体样品冷却至室温，加入指示剂，以标准强酸溶液滴定至终点，记录所耗标准强酸的量，计算出样品的总碱度；在测定过总碱度后的上述溶液中加氟化钠或氟化钾固体、摇匀、溶解，使溶液变为碱色，用强酸滴定反应所生成的氢氧化钠，计算二氧化硅的含量。
文档编号G01N1/28GK102628849SQ20121007054
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月18日 优先权日2012年3月18日
发明者卢记军, 卢鑫, 吴世林, 彭其安, 徐自立, 谭远友, 闻向东, 陈长芬 申请人:武汉纺织大学