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水玻璃模数快速测定方法的改进
已有 7892 次阅读 2010-5-7 11:14 |个人分类:未分类|系统分类:论文交流| 模数, 水玻璃, 测定 水玻璃粘结剂价格低廉,来源充足,同时无色、无味、无毒,在环保要求日益严格的今天,水玻璃粘结剂可以实现绿色铸造生产,很多工厂都在采用水玻璃粘结剂生产线,应用非常广泛。衡量水玻璃粘结剂性能的技术指标有很多,模数是其中最重要的一个[1~2]。
1、水玻璃粘结剂的模数的定义 水玻璃粘结剂的一个重要参数就是模数(modulus),它是水玻璃中SiO2和Na2O的物质的量之比,一般用m表示为: m=n(SiO2)/n(Na2O) …………………………………(1) 式(1)中,n(SiO2)表示水玻璃中SiO2的物质的量, n(Na2O)表示水玻璃中Na2O的物质的量。 模数对水玻璃粘结剂的粘度、固化速度和粘结强度提高率都有影响[1]。
2、水玻璃模数测定的理论依据 水玻璃的模数虽然是一个很重要的参数,但很多工厂往往很难准确的测定这个重要的参数,导致很多工艺特别是型砂固化工艺不尽如人意,同时对旧砂的回收也有很大的影响。水玻璃模数测定一般采用以下理论:用标准的盐酸溶液滴定总碱度,盐酸与水玻璃生成硅酸(PH≈4),正好在甲基红的变色范围内(PH=3.1~4.4),测出所耗的盐酸可知Na2O的含量,再在已测出Na2O含量的溶液中加NaF,反应所产生的HCl用NaOH滴定,用返滴法测出NaOH的量就可知道SiO2的物质的量,再用n(SiO2)/n(Na2O)即可测定其模数。试验中为消除NaF的碱性影响,要做空白试验。在不加入待测试样的情况下,按所选用的测定方法,以同样条件、同样试剂进行分析,降低器皿和引入的试剂所引入的系统误差,这种方法叫空白试验[3]。化学反应如下: Na2O·mSiO2+2HCl+(m-2)H2O=2NaCl+mH2SiO3 n(Na2O)=0.5×M1V1 H2SiO3+6NaF+H2O=Na2SiF6+4NaOH NaOH+HCl=NaCl+H2O 即 SiO2 ~ 4HCl n(SiO2)=0.25×M2(V2-V3-V4) 这样模数的计算表达式为: m= n(SiO2)/n(Na2O)=0.5×M2(V2-V3-V4)/ M1V1=0.5×(V2-V3-V4)/ V1 ………………(2) (试验设计中,选定M1=M2,可以简化结果) 式中M1是标准盐酸的浓度,M2是标准氢氧化钠的浓度,V1是第一次消耗的盐酸标准溶液的体积,V2是第二次消耗的盐酸标准溶液的体积,V3是第三次消耗氢氧化钠标准溶液的体积,V4是空白试验消耗的标准盐酸的体积。
3、模数常见的测定方法及其测不准的原因 常见的测定方法大多参照国家标准测试方法[4]:称取约5g的水玻璃固体试样(也有改进的实验方案是直接用玻璃棒蘸取约1g左右的水玻璃试样[5],还有的用玻璃棒蘸取试样3~4滴[6]),放入250mL容量瓶中制样。取试液50mL置于300mL的锥形瓶内,加10滴甲基红指示剂,用盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变成微红色为终点。记下所消耗的盐酸标准溶液的读数V1。在上述测定氧化钠的试液中,加入3g±0.1gNaF,摇动使其溶解。此时溶液又变为黄色,立即用浓度为0.5mol/L盐酸标准溶液滴定至红色不变,再过量2~3mL,准确记录盐酸标准滴定溶液的总体积(V2)。然后,用NaOH标准溶液返滴至黄色为终点;同时,做空白试验,即在250mL的锥形瓶中,加入约50mL水、10滴甲基红乙醇指示剂,加入3g±0.1gNaF,立即用盐酸标准溶液滴定至红色不变,再过量2~3mL,准确记录盐酸标准滴定溶液的总体积。最后,用NaOH标准溶液滴定至黄色为终点。这样可以计算出空白试验消耗的盐酸体积V4。 但是在工厂检验实际操作,检验人员往往感觉到根据标准方法准确测定模数很困难,仔细分析测不准的原因,大致有以下五个方面: (1)取样过多。上述参照国标方法的样品是固体的,而工厂的样品往往是液体,故而容易取样过度,导致水玻璃样品的质量大于5g; (2)取样量不固定。即便是改进的方案[5~6],由于用每次取用的量也是用玻璃棒蘸取试样,取样量不固定,测定结果偏差很大,难以控制V1、V2的范围。 (3)过于简化,没有做空白试验。在测定模数的试验中,为了消除NaF的碱性影响必须要做空白试验的。 (4)反应不完全。NaF不仅溶解很慢且溶解度不大,其溶解度0℃为4g/100g水,100℃为5g/100g水,导致NaF和SiO2反应不充分(检验NaF是否和SiO2反应完全的方法是将反应溶液加热,然后静置一天,看看有没有SiO2胶体生成,有则反应不完全); (5)测定SiO2试验的滴定终点很难确定。国标规定“溶液由黄色变成微红色为终点”,但是颜色的改变是渐变的,而且红色浅的程度用肉眼很难确定,长时间的观察颜色更会引起视觉疲劳。 4、水玻璃模数测定新方法 针对以上五个问题特别是最后两个方面的疏忽,笔者设计了一套如下的快速准确的测定方案。 (1)NaF过饱和热溶液准备。称取15gNaF加入盛有250mL水的烧杯中,加热到60℃~90℃恒温制成过饱和热溶液。 (2)待测水玻璃溶液准备。在NaF溶液升温期间,取待测(水玻璃)液体试样10mL(若是固体试样,则取5g;如果待测试样的波美度低于40,可适当增大待测试样的用量),再加入到500mL的容量瓶中制样。 (3)进行空白试验。取已经加热好的NaF溶液50mL加入到锥形瓶中,加入10滴甲基红乙醇指示剂,溶液成为黄色,再滴加HCl滴定至红色不变,过量2~5mL;然后用NaOH返滴至黄色出现,滴定终点的确认采用PH试纸,对要求更精确的模数测定试验,采用PH计测定PH值,测出碱性液消耗的HCl体积V4(经验值可以定为4.4mL左右,PH值在6.0左右)。 (4)滴定测试,计算模数。取5mL待测水玻璃溶液加入到锥形瓶中,再加入10滴甲基红乙醇指示剂,用0.5mol/L盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变成微红色为终点,记下所消耗的盐酸标准溶液的体积V1,即测定出了Na2O的含量。然后加入50 mL上述过饱和NaF溶液,振荡锥形瓶溶液颜色变黄,滴加标准盐酸直至溶液由黄色变成红色,再多滴加2~5mL,记下第二次所消耗盐酸标准溶液体积V2。返滴NaOH,边滴边用PH试纸测定溶液的PH值,直至PH值与空白试验样品的PH值相同,读出消耗的NaOH体积V3。重复这个步骤做三次平行实验,分别记下V1、V2、V3的值,运用公式(2)就能测定出待测试样的模数。
5、新方案和常规测试方案的测试效果比较 选用一种(低模)水玻璃,进行模数测试比较,测试结果如表1所示。测试结果的波动值用△来衡量,△=(测定结果的最大值-测定结果的最小值)。△值越小,表明测试结果越准确,也越接近真实值。
表1 水玻璃模数(低模)的测定举例(单位mL) 方案 V1 V2 V3 V4 m 平均m 测试时间
新方案 6.90 33.00 7.40 4.40 1.536 1.538, Δ=0.07
约2h 7.00 33.40 7.50 1.536 6.90 33.20 7.50 1.543 传统 方案 6.90 33.10 6.30 做空白试验时, V4=4.40 1.623 1.417, Δ=0.275
约4h 6.90 33.20 8.90 1.442 6.90 33.00 10.00 1.348
6、方案评价 此法的优点较多,主要归纳如下: (1)测定快捷。由于采用热的过饱和NaF溶液,反应温度高、接触面积大,测试快捷。 (2)测定准确。通常的水玻璃模数测定试验中,一般都是Na2O的含量测定很准确,而SiO2的含量测定不太准确,故导致模数的测定结果偏差很大;采用本方法可使SiO2含量测定准确。 (3)测试稳定。每次取用的水玻璃一样,每次加入的NaF一样,空白试验和样品测定试验的终点的PH值相同。因此取样定量准确,每次的测试结果偏差很小,对平行试验很有利。 https://blog.sciencenet.cn/blog-437124-320952.html 上一篇:做科研与做生意下一篇:目前被EI核心板收录的中国期刊 收藏 IP: .*| 热度| |
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