陶瓷原料标准化（精选7篇）
陶瓷原料标准化 第1篇
原料是建筑卫生陶瓷工业生产的基础,原料质量直接影响着产品的质量。目前我国建筑卫生陶瓷生产使用的主要原料性能波动很大,给生产过程的工艺控制带来了很大的困难;与此同时,原料的过度开采和不合理开采,原料利用水平低又对环境造成了严重影响。通过原料生产的专业化、系列化和标准化,提高原料的稳定性和利用率,对于企业提高产品质量、促进环境保护和资源综合利用、实现建筑卫生陶瓷行业可持续发展具有重要作用。
实现建筑卫生陶瓷原料生产和供应的标准化,需要有据可依,这就需要根据我国国情,通过相关标准技术的研究,制定一系列的建筑卫生陶瓷原料标准,使原料的标准化有一个共同的标准[1],以合理评价原料性能,提高原料质量,充分利用资源,促进行业整体技术水平的提高。
1 建筑卫生陶瓷原料标准现状
产品质量标准是建筑卫生陶瓷原料标准体系的核心内容。目前,全国建筑卫生陶瓷标准化技术委员会已开始制订建筑卫生陶瓷原料质量标准,目前发布实施且现行有效的国家标准和行业标准包括:
JC/T 1046.1-2007建筑卫生陶瓷用色釉料第1部分:建筑卫生陶瓷用釉料
JC/T 1046.2-2007建筑卫生陶瓷用色釉料第2部分:建筑卫生陶瓷用色料
JC/T 1047-2007陶瓷色料用电熔氧化锆
JC/T 1094-2009陶瓷用硅酸锆
JC/T 1096-2009陶瓷用复合乳浊剂
JC/T 1097-2009建筑卫生陶瓷用添加剂解胶剂
此外,国家标准《建筑卫陶瓷用原料黏土》已制订完成,预计将于2011年正式实施。
对于长石、氧化铝等原料,非金属矿以及化工等领域的标准化技术委员会也陆续制订了一些产品质量标准,部分产品质量标准的目录见表1。
在试验方法标准方面,建筑卫生陶瓷原料的综合评价包括了工艺性能、化学成分、矿物分析、热性能、粒度分析等方面的测试和评价,表2和表3列出了主要性能的评价方法以及参考标准。
可以看出,在产品质量标准方面,目前现行有效的建筑卫生陶瓷原料的产品质量标准均为化工原料、色釉料及辅助原料的标准,在生产中大量使用的黏土、瓷砂、石粉等矿物原料还没有国家标准和行业标准;在试验方法标准方面,现有的参考标准绝大部分为通用标准或是结合日用陶瓷、非金属矿等行业特点制定的标准,还没有建立专门的建筑卫生陶瓷原料试验方法标准体系。总体而言,与高速发展的建筑卫生陶瓷产业相比,原料标准的制订工作相对滞后,标准化工作还处于起步阶段,不论是产品质量标准还是试验方法标准,都远不能满足产业发展的需要。
备注:滑石的粒度及含水率试验方法参见GB/T 15344-1994《滑石物理检验方法》,高岭土的粒度及含水率试验方法参见GB/T 14563-2008《高岭土及其试验方法》,氧化铝的物理性能测试方法参见GB/T 6609.1~30《氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法》。
2 构建建筑卫生陶瓷原料标准体系的思考
2.1 矿物原料质量标准
建筑卫生陶瓷原料可分为矿物原料、化工原料、色釉料及辅助材料等类别。建立以产品质量标准为核心的标准体系是建筑卫生陶瓷原料标准化工作的关键,其中矿物原料产品质量标准的制订是其中的重点和难点。
矿物原料是坯用原料的主体,主要包括:黏土类原料(原生黏土、次生黏土等)、长石类原料(瓷砂、花岗岩等)、石英类原料以及石灰石、滑石、硅灰石、叶蜡石等其他类别的原料。考虑到原料的粒度直接决定了加工工艺及设备的选取,矿物组成决定了产品烧成过程中的一系列物理化学变化,标准应涵盖化学组成、矿物组成、粒度分布等一系列理化性能指标[2]。此外,为控制建筑卫生陶瓷产品的放射性水平和铅镉含量,有必要在原料标准中规定相关要求。因此,在制订相关产品质量标准时,应根据其特性和用途,确定化学成分、矿物组成、粒度分布、热性能、工艺特性等方面的检验项目,让供应商和使用方对原料有全面的了解,确定原料的适用范围。
对于黏土、长石等类别的天然矿物原料以及商品坯料,其检验项目至少应包括:
外观质量、化学成分、含水率、粒度、放射性核素、工艺性能(包括煅烧后白度、烧成收缩、烧结(熔融)温度等,对于黏土等塑性原料以及商品坯料,还应包括可塑性和结合性、干燥灵敏系数、干燥强度、成浆性能等),必要时还应进行矿物组成、热性能、可溶盐含量、阳离子含量、PH值、铅镉含量等方面的分析测试。
对于石英类原料以及石灰石、滑石、硅灰石、叶蜡石等其他类别的原料,检验项目应包括:外观质量、化学成分、含水率、粒度、工艺性能,包括煅烧后白度、烧成收缩、烧结(熔融)温度等,必要时进行矿物组成、热性能等方面的分析测试。
“稳定”、“均匀”和“物尽其用”是陶瓷原料标准化所追求的目标。建筑卫生陶瓷用矿物原料种类繁多,即使是同一种原料,虽然名称相同,但是由于产地不同、加工工艺不同,用途不同,之间的性能差距也很大,因此对所有性能规定明确具体的技术要求是非常困难的,应根据实际情况制订技术要求。适合制定具体指标的性能,如外观质量、化学成分、粒度等指标,可根据原料的特点制定具体的技术指标;不适合规定具体技术指标的,如矿物组成、热性能等可采用供应商声明或合同约定的方式,由供需双方协商;对于部分性能,标准还应规定一个允许的偏离范围,即实际供货与声明值或合同约定值之间的偏差,以保证原料的稳定性。
2.2 试验方法标准
试验方法标准是建筑卫生陶瓷原料标准体系的重要内容。从表2和表3可以看出,建筑卫生陶瓷坯用原料性能评价内容广泛,涉及的方法众多。一些相关领域已建立了一些试验方法标准,这些标准,部分可以直接用于建筑卫生陶瓷原料的性能测试,部分可参考使用,这些标准对于制订建筑卫生陶瓷原料的试验方法标准有很好的借鉴作用。
化学组成是原料的一项重要参数,是生产优质陶瓷产品的一个关键性的因素。一般采用常规的化学成分分析,此方法从理论上讲是比较准确、可靠的[3]。常规的化学成分分析方法较多,每种方法的适用范围不同,可根据具体的原料类别,制订分析方法标准或是直接引用现有的标准。
仪器分析方法由于其方便、快捷、准确的优点,开始广泛应用于建筑卫生陶瓷坯用原料的分析。在陶瓷原料的仪器分析方法标准的制订方面,已经形成了标准《陶瓷原料差热分析方法》(GB/T 6297-2002)和《陶瓷原料化学成分光度分析方法》(QB/T 2578-2002),其他分析方法目前只能参照同类产品的标准或通用标准进行分析测试,需要制订相关标准。
在原料的工艺性能测试方面,一些试验方法标准可直接用于工艺性能的测定,如QB/T 2434-1999《日用陶瓷原料含水率的测定》;对于行业内使用的一些简便易行的方法,如通过手工打饼、直接用生产窑炉试烧的方法对坯用原料进行鉴别和质量验收,以及教科书中的一些经典方法,可加以总结并上升为标准。
2.3 环保标准
发展低碳经济,实现可持续发展是国内外陶瓷工业发展的主流。为实现这一目标,就必须降低原料在开采和加工过程中对环境的影响,提高资源和能源的利用水平,因此,建立健全陶瓷原料开采和加工中保护环境、节约能源、减少排放、废料循环利用、提高资源利用效率等方面的标准,都是建筑卫生陶瓷原料标准化的重要内容。
3 结语
原料生产专业化、标准化是建筑卫生陶瓷行业的发展趋势,建立有效的建筑卫生陶瓷原料标准体系是实现原料生产标准化和供应标准化的基础。原料标准的制订是一项长期和复杂的工作,在标准的制订过程应充分考虑建筑卫生陶瓷行业的特点和生产实际,同时注重已有的标准的推广和应用,促进标准的有效实施。随着行业整体技术水平的提高和测试方法的不断发展,标准也将不断完善和更新,使其更科学、更适用。
参考文献
[1]李红敏,吴基球.如何提高陶瓷原料资源的利用率.陶瓷[J],2005(8):49～51
[2]杨萍,常钧,周广军.关于陶瓷原料的标准化.陶瓷[J]2001(6):10～11
陶瓷原料标准化 第2篇
关键词：风化；矿物原料；环保
1 引言
建筑陶瓷生产有个很重要的特色——大规模稳定生产，每天各种矿物原料的使用量均达到500～800吨，原材料的年使用量达20万吨以上，因此对原材料的稳定性提出了非常严格的要求。随着陶瓷行业飞速发展，高档陶瓷砖产品的产量越来越大，日产30000～50000 m2的生产线已出现，对原料的消耗和原料的要求越来越高。发达的陶瓷产区（如佛山），当地的原料供应商会根据厂家要求，对原料进行一定的加工（如长石磁选除铁，黑泥陈腐等）。其它产区的陶瓷行业原料生产供应短板相对较为明显，很多陶瓷产区的土原料供应商均没有标准化生产，很难做到均化并稳定矿物原料，难以提供稳定成分的原料供应陶瓷厂。建筑陶瓷生产厂家为了稳定生产，往往在工厂内部安排场地和设备来做均化原料的工作。
大型建筑陶瓷厂规范管理均有3～6个月甚至12个月的安全库存量，每种原料的常规库存在2000～5000吨，重点矿土原料如粘土、高岭土等的常规库存每种在10000～30000吨，所有的矿土原料的正常储备可达到10～20万吨，以保证矿土原料的稳定性；因此有很多大型正规陶瓷厂均有30000～60000 m2的原料堆场，存放的原料一般进行露天风化与陈腐。
2风化与陈腐
矿石、粘土物理风化作用机理：在温度变化、积雪、冰冻、水力和风力的破坏下使大块的矿物原料崩裂和移动。这些自然力同时或相互轮换作用，将大颗粒的矿物粉碎成更细的颗粒，并给化学风化作用创造了大的接触面积[1]。
矿石、黏土化学风化作用机理：在大气中的二氧化碳、日光和雨水的作用下，黏土中可溶性盐如钠盐会随雨水流走。难溶性的CaCO3在水和二氧化碳的共同作用下逐渐溶解也被雨水带走，剩下的黏土中铝硅含量变得更加高，耐火度提高。
矿石、生物风化作用机理：矿物中的一些原始生物残骸[2]，吸收空气中的碳素和氮素，逐渐变成腐殖土。由水从腐殖土中分解出来的腐殖酸也能促进矿物的分解，并可以稍微增加黏土的强度。而小植物在矿石中的生长，可以进一步破坏矿石，使得矿石的颗粒度变小。
上述风化的结果，采用传统陶瓷老工艺师的说法就是去除原料的“燥性”。理论上矿土原料露天陈腐的时间越长越好，有的大型陶瓷厂放置1～2年，甚至更长。一些经验丰富的厂家，会定期对矿土原料进行翻挖操作，使得矿土原料更加均匀，稳定性提高。经过陈腐风化后的原料可以稳定生产，减少瓷砖烧制过程中的“裂纹”、“缺角”、“尺寸长短不一”、“变形”等缺陷，提高产品良品率。
为了充分风化、陈腐矿土原料，很多大型陶瓷厂设立了露天的“矿土原料陈腐风化区”，这是稳定生产必须的工艺手段。但由此面临着环保问题是：这些大范围的露天堆场如何采取三防措施（防扬尘、防流失、防渗漏），要控制粉尘无组织排放，减少大气污染，满足环保要求。在当前环保重压的形势下，很多陶瓷厂为了避免环保不合格，均在建立起封闭的原料堆场，用顶棚把原料堆场全部覆盖起来，这样完全能够达到环保要求。但由于原料没有进行必要的风化与陈腐作用，在没有阳光雨水和植物作用，风化陈腐效果几乎没有，这样储存的原料长期存放后，原料几乎没有陈化的效果，这将对建陶产品的稳定性造成不利影响。
3结论
因此，建议采取适当的措施，做好三防工作，比如：在“矿土原料陈腐风化区”用厚的防风黑纱布把露天存放的原材料盖起来，每天专人定时喷洒水，以防止粉尘飞扬；在暂时不用，需要长期库存的矿土原料表面洒些草籽，让其长草固定，防止粉尘飞扬；？做好挡墙围堰，防止矿土原料随意流失；在堆场周边做好导流沟，沟内设计沉淀井，让冲刷的雨水所产生的泥浆流到导流沟内，并在沉淀井中沉淀后回收。
“矿土原料陈腐风化区”的地面进行适当固化，防止渗漏；由于陶瓷生产的矿土原料均是天然的、原生态的矿产，基本都为无机非金属矿物，没有经过任何化学加工，不含重金属、放射性材料与有毒物质等，因此渗漏造成污染地下水危害的风险性几乎为零，防渗漏的紧迫性不紧迫。
只要建筑陶瓷公司领导充分重视环境保护，采取有效的环保措施，既满足环保的要求，又满足陶瓷生产的工艺要求，稳定生产出合格的陶瓷产品，做到环保生产两手硬才是企业追求生产环境和谐发展的最终目的。
参考文献：
[1] 李家驹.陶瓷工艺学[M].2001：15-16.
陶瓷原料除铁增白的方法 第3篇
近20年来,我国陶瓷产业发展突飞猛进,其中建筑陶瓷和日用陶瓷产量均居世界第一位。如此庞大的陶瓷产量,使得我国陶瓷行业每年消耗的矿物原料资源已经超过1亿吨,优质原料(如白度高、工艺性能优良的原料品种)越来越紧缺,然而对中低品质的矿物原料进行优质化处理是解决这一矛盾的唯一可行性出路[1]。铁杂质是陶瓷生产中的有害物质,如果原料中铁杂质含量超过一定得水平,那么铁杂质将大大影响陶瓷产品的白度、介电性能和化学稳定性,从而影响产品的商业价值,因此对陶瓷产品来说铁杂质的含量应该要严加控制。粘土是用于制造陶瓷和耐火材料的一个重要矿物原料,其中的所含铁杂质矿物主要有以下几种:针铁矿(HFe O2)、黄铁矿(Fe S2)、赤铁矿(Fe2O3)、钛铁矿(Fe Ti O3)、磁铁矿(Fe3O4)以及菱铁矿(Fe CO3)等。铁杂质在粘土中的存在形式多样,有的呈结核状,有的呈浸染状和网络状分布形式,结核状铁杂质可以通过淘洗的方法除去,分选度较大的铁杂质则可以采用电磁除铁法[2]。当前国内正在建设资源节约型,环境友好型的和谐社会,因此节能降耗少污染就成了陶瓷行业所要急需解决的问题。本文主要介绍了高温氯化法、高梯度磁选法、有机酸处理法、浮选法以及最新的微生物氧化法等增白技术。
1 高温氯化法
高温氯化法就是通过在特定的容器中通入流动的氯气,在700℃至950℃的温度下焙烧球团状的粘土,使粘土中的铁杂质与氯气反应生成气态氯化铁盐,以挥发的方式消除氯化铁盐,从而达到除去杂质的目的。在过去的几十年中使用氯化法冶炼金属已显著增多,这是因为实用性氯化技术的成熟为提高原料反应活性,降低生产成本提供了较好的前提。用氯化的方法除去高岭土矿物中的铁、钛杂质,以获得一定白度的高岭土,这种技术在造纸行业最先发展起来[3,4]。J.A.González等[5]进行了使用高温氯化的方法从不同的粘土和高岭土矿物中去除铁、钛杂质的一系列试验,他们由实验得到了高温氯化漂白粘土的最佳优化条件,并且在此条件下的除铁效率非常高,并且实现了在工业上的应用。他们的实验结果表明,使用高温氯气从粘土矿物提取铁、钛等杂质已被证明是明确优于其他物理和化学除铁过程的,高温氯化法不仅可以除去矿物中的游离铁杂质,而且还可以除去粘土矿物中的结构铁杂质。Chandrasekhar等[6]使用高温氯化法处理粘土特别是高岭土中的铁和钛杂质,已获得良好的效果。他们研究发现,在这些过高温度(700℃至1000℃)的煅烧过程中,高岭土发生脱水并反应形成偏高领石,并随着煅烧温度的升高而达到形成莫来石阶段。由于在成型情况下有机质与胶体矿物质件给予必要的可塑性和强度,因此在精细陶瓷和耐火材料的生产过程中最重要的是不能改变粘土矿物的自然属性。因此对高岭土等处理要尽量减少或者避免对矿物本省性质的改变。任何以往的化学处理将多或少改变这些属性,然而高温氯化处理的一大优势就是不改变原料的物理化学性质[5],虽然这种方法除铁效率很高,但是成本比较高,有待于进一步的研究之中。
2 有机酸处理法
酸处理法是指用酸类有选择性的溶解矿物原料中含铁矿物,然后去除的方法。是目前应用比较广泛的一种方法,其包括有机酸处理法和无机酸处理法,由于无机酸处理法在反应完成后会带入杂质离子而影响烧成产品性能,由于有机酸可在高温煅烧的过程中去除的同时不会带入杂质离子,因此研究人员使用不同的有机酸来溶解除去粘土中的铁杂质已进行了若干研究,以试图取代成本较高的无机酸处理技术。经过大量的实验研究后,他们认为草酸是可用于溶解铁的氧化物最有效的有机酸,与其他有机酸相比它还具有良好的配位特点,以及可以大大降低能耗等[7,8,9]。Chiarizia等[10]进行了针铁矿在二膦酸和羧基酸等不同酸中溶解情况的初步研究。Ambikadevi等[11]发现草酸酸(0.05-0.15M)是从精细高岭石材料(原料90%通过2mm筛)中溶解铁杂质的最好萃取剂,同时发现铁的溶解效率随着草酸浓度的增加而在一定的范围内(0.05-0.15M)增加,当草酸浓度在0.15M时除铁效率可达到70%,但是草酸在较高浓度的情况下将会对铁杂质溶出速率产生不利影响。Sung Oh Lee等[12]研究了草酸对各种铁矿物的溶解效率,发现赤铁矿的溶解较缓慢,而针铁矿等铁的氢氧化物却很容易溶解掉,在最佳条件下除铁效率可达90%。S.K.Mandal等[13]研究发现,经草酸处理之后的粘土,其除铁率可达40%,并且粘土的红色基本消失,适用于一般性陶瓷的生产。综上所述可知,草酸溶解铁杂质最好的结果均在室温条件下(同时包括在高温下),由于其酸强度较高,又具有良好的络合能力和降低能耗,因而在陶瓷原料除铁方面得到了广泛的认同,具有很好的发展前景。
3 浮选法
浮选法是指在细碎陶瓷原料矿浆中加入载体石灰石粉,石灰石粉作为吸附剂,把Fe2O3从矿浆溶液中吸附到石灰石粉载体上,载体既可依靠自身的疏水性,又可靠捕集剂造成的疏水性附着于气泡,得到含铁的载体泡沫产品与含陶瓷原料精矿的槽内产品,从而使Fe2O3与原料分离。吸附浮选所用设备为常规的机械搅拌式浮选机,所用捕集剂为塔尔油,用硫酸氨抑制高岭土,用碳酸钠调整溶液的p H,水玻璃作为矿浆分散剂,由于载体吸附、吸收、混晶、裹挟、凝聚等多种作用,以及介质的p H,载体的添加时间、地点等都对吸附浮选有一定影响,用吸附浮选法可使高岭土中的Fe2O3由0.72%降至0.15%以下[14]。P.Raghavan等[15]研究发现,高岭土浮选条件经最佳优化后,可得到白度达国家标准的85.7%产品。Sharad Mathur等[16]进行了细小高岭土浮选法除铁的试验,利用特殊的化学捕集器来提高浮选性能,结果证明了在高岭土行业充分利用浮选法浮选细颗粒原料是比较成功的,同时发现高岭土的浮选效率随着原料粒度的减小而降低。目前浮选技术面临技术难题如下:如何适应不同来源的高岭土;除铁效率不高;能耗需求大;低浮选固体需要去除大量水等问题。综上所述可知,浮选法一般作为陶瓷原料预处理的一种有效手段,虽然对于浮选细颗粒高岭土是比较成功的,但是大规模工业化应用则有待遇进一步的完善之中。
4 微生物氧化法
微生物氧化法是利用微生物来氧化或者还原铁矿物杂质,然后再用其他方法除去杂质的过程,而且被认为是一种新型的、有选择性的除铁方法[17]。Nealson等[18]经研究发现陶瓷原料中三价铁氧化物基本上很难溶于水,相反三价铁离子经还原成二价铁离子后确是易溶于水的。因此Lee等[19]利用Pseudomo麦芽菌、固氮菌和黑曲霉等微生物进行除铁,进行了若干尝试性试验研究,但是研究结果不是太理想(除铁效率低和成本较高等缺点)。Kostka等[20,21]研究发现,粘土中的结构铁离子在加碳的纯培养条件下伴随着碳的氧化而被还原,并且证实微生物氧化法处理粘土的过程为厌氧过程。另一方面微生物氧化法对处理后膨胀粘土的表面化学性质产生量不利影响,导致了粘土比表面积和阳离子交换容量的大变化[22]。Eun Young Lee等[23]利用混合培养的铁还原菌处理低品质高岭土,结果发现铁还原菌可以把高领土中的三价铁离子还原成易溶于水的二价铁离子而除去,经微生物精炼后的高岭土在白度增加的同时没造成高岭土矿物成分改变。M.R.Hosseini等[24]利用黑曲霉菌处理高杂质含量的高岭土时发现,由黑曲霉处理的高岭土其除铁率可达42.8%。外国一些研究者[25,26]认为微生物法能源密集度比较小;不需要高温化学反应过程;较低的营运成本和不造成环境污染问题。综上所述可知,微生物氧化法拥有比较好的应用前景,特别是符合当今社会倡导节能降耗少污染的主题,但是微生物氧化法占地面积大,处理周期长,以及对不同品种粘土的经菌类处理的效率也不尽相同,有待于进一步的研究与优化之中。
5 高梯度磁选法
磁选法是指为了消除存在水中的污染物或者是对水中的颗粒施加电磁力以捕捉有用的矿物材料的方法[27]。磁选法一般包含电磁选法、永磁选法、高梯度磁选法(HGMS)和超导磁选法(SCMS)。高梯度磁选法(SHGMS)是用来从非磁性液体介质中分离出磁性材料的一种具有较强磁性的磁分离技术。这种技术被应用来预处理被高岭土预处理和其他矿物已有超过三十年的历史[28],由于其具有很强的磁场,可以把很多含铁的矿物杂质从泥浆中分离出来,显示了较好的应用前景。超导磁选法(SCMS)技术是指在高梯度磁选法的基础上使用超导磁铁的新型超强磁分离技术。当我们使用永磁铁和电磁铁设备除铁时,由于其产生的磁场较小,难以捕获顺磁性细小颗粒,所以处理效率较低。因此,我们需要能够产生更强磁场来分离出细小的顺磁性颗粒,那么高梯度磁选法和超导技的出现就恰好满足了这样的需求。最近几年来,由于经济发展和可靠的制冷技术来冷却超导磁体,超导磁选法统现在可以方便地应用于其他分离过程[29]。因此,现有的高梯度磁选法系统结合新的超导技术提高了磁分离系统的除铁能力,从而大大增强了除铁效率[30]。另一方面,大块超导磁体可以用在紧凑的设备上产生强大的磁场,而且所占空间小于超导螺线管型磁网,因此,预计将简化高梯度磁选法(SCMS)分离系统。K.Yokoyama等[31]把大块超导磁铁应用在高梯度磁分离技术上以提高磁场强度,他们利用混有氧化铁细粉末的浆料进行了各种试验以估计超导磁选法除铁能力,其研究结果显示,90%以上的赤铁矿颗粒被从流速为2 l/min的泥浆中分离出来。A.Newns等[32]研究认为,在一个泥浆流量固定的、路径长度较长的超导磁选法过程中,可以更多的清除高岭土中所含的铁杂质。目前在陶瓷原料除铁矿物杂质的过程中几种磁分离技术都有一定的应用,其中应用较多是电磁选法,电磁选法的优点就在于处铁方法简单有效,成本低,但是对于处理具有较弱磁性粉末效果很差;高梯度磁选法由于在处理顺磁性细颗粒铁杂质方面优势明显,应用前景比较可观;超导磁选法对于处理细小、弱磁性(诸如黄铁矿等)铁杂质效果很好。
6 结论
(1)高梯度磁选法处理顺磁性细颗粒原料效果明显,超导磁选法对于象Fe S2等弱磁性杂质和细微颗粒的除铁效果很好,但是存在成本较高的问题。
(2)有机酸酸处理法可以有效降低陶瓷原料中铁的含量,最大优点是在处理铁杂质的过程中不会引入杂质离子,同时也不会改变原料的物理化学性质。
(3)微生物氧化法成本低、环境污染小,而且不影响粘土的物理化学性质,是粘土增白的一种很有发展前景的新方法。
(4)高温氯化法能耗高、成本较高且易造成环境污染,鉴于处理效果最好,有待于进一步的研究之中。
(5)浮选法一般作为陶瓷原料预处理的一种有效手段,虽然对于浮选细颗粒高岭土是比较成功的,但是大规模工业化应用则有待遇进一步的完善之中。
摘要：论述了陶瓷原料中铁杂质的存在形式以及除铁技术的发展现状,介绍了高温氯化法、高梯度磁选法、有机酸处理法、浮选法以及最新的微生物氧化法等增白技术。
陶瓷原料标准化 第4篇
羟基基磷灰石(HAP)具有良好的生物相容性和化学稳定性,能与细胞和组织形成紧密的结合,是一种很有应用前景的人工骨材料。目前大部分HAP生物陶瓷都是通过人工化学合成的方法制备[1,2]。有研究发现,牛骨经过一定的处理后可得到羟基磷灰石和β磷酸三钙复相,并且以羟基磷灰石为主相[3,4]。另外牛骨本身无机成分来源于天然骨骼,相比于人工合成材料,成分上和人骨更接近,牛骨原料生物陶瓷的生物相容性更好。
具有多孔结构的HAP生物陶瓷植入人体以后,其多孔结构能够使细胞很好的繁殖、分化和附着,能够为生物体内部的循环提供通道。因此具有合适孔隙结构和良好力学性能的羟基磷灰石生物陶瓷将会在医学领域中的骨骼替代材料方面发挥重要作用。
目前国内外制备多孔羟基磷灰石生物陶瓷大都是通过仿生,预制体成型,发泡,三维设计快速成型等方法[5]。但孔的内部连通性较差[6],难以获得高孔隙率制品(孔隙率一般不超过50%)[7],其力学性能又有一定的不足[8,9]。
因此本文以牛骨为原料,制取羟基磷灰石粉体;以尿素颗粒为造孔剂,混合均匀后模压烧结,制备出多孔羟基磷灰石生物陶瓷;研究尿素含量对多孔生物陶瓷的微结构和力学性能的影响。
1 实验
1.1 试验方法
原料:新鲜牛腿骨;尿素(国药出品),粒径为:125μm。
去除牛骨表面及内部的油脂,骨髓,切割成相同大小的骨片,清水中沸煮3小时,然后将牛骨在炉中700℃煅烧(升温速率为5℃/min)4h,随炉冷却后研磨成粉。
取适量煅烧后的粉体,置于高速行星球磨机(QM-3SP2,南大仪器)内高速球磨(400r/min)2h,4h,8h和16h,测试球磨时间对粉体粒径和分布的影响。
将牛骨粉体与尿素按不同比例混合(尿素体积含量分别为50%,60%,70%,80%)。将此混合粉体分别放入混料机中混合均匀。然后在陶瓷粉末压片机(769YP-40C,天津科器)上进行模压成型,模压压力为130MPa,保压时间为1分钟,得到尺寸为Ф103mm圆片试样和40mm8mm5mm的长条形试样。将试样放入烧结炉中以0.5℃/min的速率加热至165℃,保温2h,以此除去其中的尿素,然后以1℃/min的速率升温至1300℃,保温3h后随炉冷却。
1.2 性能测试
用Shimadzu XRD-600型X射线粉末衍射仪(X-ray diffraction,XRD)分析烧结后牛骨粉体的物相结构,Cu Kα1射线波长λ=0.15406nm,扫描步长0.02°;用英国马尔文粉末粒径分布仪(Malvern2000,UK)测试球磨后的牛骨粉体粒径分布;用扫描电镜(JEOL JAPAN)观察烧结后的陶瓷试样的微观形貌;用阿基米德法和泡点法分别测试孔隙率和孔径分布[10];用万能力学试验机(SANS CMT5105 CHINA),测试多孔陶瓷试样的力学性能(强度和模量)。
2 结果及讨论
2.1 球磨时间对牛骨粉体粒径及分布的影响
陶瓷粉体粒径越小,比表面积就越大,烧结活性就越高。因此首先考察球磨时间对牛骨粉体粒径的影响。
采用粉末粒径分布仪测试不同球磨时间所得粉体的粒径分布,以此计算出平均粒径。图1是球磨时间对粉体平均粒径的影响。球磨时间为2h,4h,8h和16h时,对应的牛骨粉体平均粒径分别为191.96,93.67,21.03和4.14μm。可以看到,随着球磨时间的增加,粉体粒径逐渐变小。而且,随着时间的延长,球磨时间对粒径尺寸的影响逐渐变小,当球磨时间超过16h后,粒径拟合值基本不变。因此在此种工艺条件下,可以确定最佳的球磨时间为16h。
2.2 羟基磷灰石粉体的分析
图2为牛骨在700℃下煅烧4h后粉体的XRD图谱。图谱中羟基磷灰石的主要衍射峰(211)、(300)、(112)、(213)、(222)、(002)、(004)、(202)均显著存在,结晶化程度较高。在该温度烧结时,试验所得的粉体XRD图像与标准羟基磷灰石特征谱(JCPDS No.9-432)相吻合。可以确定700℃下烧结牛骨所制备的粉体中羟基磷灰石为唯一主相。
2.3 尿素含量对微结构的影响
研究报道孔径分布在大约50μm[11],大于100μm[12],80~160μm[13]或者500~1000μm[14],最有利于多孔陶瓷中的组织生长。而造孔剂法所得多孔材料孔径和造孔剂粒径相当,因此,我们选择粒径约为125μm的尿素为造孔剂。
以粒径为125μm的尿素为造孔剂,采用不同的添加量(尿素体积含量50%,60%,70%,80%)成功制备出多孔陶瓷。采用阿基米德法和泡点法分别测试出了多孔陶瓷试样的孔隙率和平均孔径。从图3可以看出,随着尿素含量的增加,组织的孔隙率也随之增多。当尿素体积含量达到80%时,孔隙率达到最大值58.74%。
通过对孔径分布数据的计算,可以得到每组试样的平均孔径,分别为113.26μm、109.14μm、103.59μm、104.06μm,孔径均分布在107μm左右。所得孔径尺寸,有利于新骨组织的生长。可以发现改变尿素含量对组织的孔隙率有一定的影响,而对组织的主要孔径大小影响不明显。
2.4 尿素对生物陶瓷微观形貌的影响
图4为不同尿素体积含量制备而成的多孔生物陶瓷的扫描电镜照片。4张照片中微孔尺寸约为10~20μm,大孔尺寸约为150~200μm,且大部分孔径分布在50~120μm,分布较为均匀,符合孔径尺寸大约50μm[11],大于100μm[12],80~160μm[13]的要求,这也与孔径分布测试结果基本一致。
照片中显示出孔隙率随着尿素含量的增加而增大。孔隙表现为圆形、长形和不规则形状。这是由于随着尿素含量的增大,组织中部分区域的尿素颗粒间出现了交叉重叠的现象。尿素含量愈大,交叉重叠的区域愈多,尿素在高温条件下挥发后,现象也愈加明显。此时更有利于产生较大的和互相贯通的孔隙,这也为细胞和组织的生长提供了条件。如果孔隙较小,孔洞为闭孔,就会由于缺乏通畅的营养运输通道,使新骨细胞生长受到阻碍,导致生长在内部和周围的组织细胞坏死。
2.5 多孔生物陶瓷的力学性能分析
图5和图6分别为生物陶瓷的抗弯强度、模量和压缩强度的测试结果。从图5可以看出,抗弯强度从孔隙率33.57%时的64.72MPa,降低到孔隙率58.74%时的40.15MPa。抗弯强度与弹性模量的关系式如下:
P-载荷,N
Ε-变形量,mm
L-支点距离,30mm
E-抗弯弹性模量,MPa
I-惯性矩,bh3/12,其中b为试样宽度mm,h为试样高度mm
通过计算,陶瓷试样的弹性模量分别为9.72GPa、8.97GPa、6.56GPa和5.98GPa。有研究表明,人体主干骨骼的抗弯强度和弹性模量分布范围分别位于50MPa~120MPa和3GPa~20GPa[15]。因此,力学性能基本满足人体骨骼力学性能的要求,可以有效减少和避免组织和骨骼间的碰撞和压力。
多孔陶瓷在均匀载荷的条件下测试出了每组的平均压缩强度(图6)。可以看出,抗弯强度,弹性模量和压缩强度都随孔隙率增加有着相同的减小趋势。压缩强度分布在7.05MPa~10.48MPa。完全符合人体松质骨压缩强度2.637~4.141MPa的力学性能要求[16]。
3 结论
牛骨煅烧后可以获得以HAP为唯一主相的陶瓷粉体。球磨时间的增加可以显著减小陶瓷粉体粒径,但当球磨时间超过16h后,球磨时间对粉体粒径影响不大。
采用粒径为125μm、体积含量在50%~80%的尿素颗粒为造孔剂,成功制备出多孔生物陶瓷,孔洞结分布均匀,互相贯通,孔隙率在33.5%-58.74%之间,孔径约为110μm,满足骨骼替代材料的微观结构要求。
抗弯强度,压缩强度和弹性模量分别位于40.15MPa~64.72MPa,7.05MPa~10.48MPa,5.98~9.72Gpa,均满足骨骼替代材料的力学性能要求。
摘要：以煅烧后的牛骨粉体(羟基磷灰石)为原料,以尿素为造孔剂,模压后烧结,制备出多孔生物陶瓷。考察了球磨时间对牛骨粉体粒径的影响,研究了尿素添加量的对多孔陶瓷微结构和力学性能的影响。多孔生物陶瓷的孔隙率约为34%～60%,平均孔径约为110μm,抗弯强度,压缩强度和弹性模量分别位于40.15MPa～64.72MPa,7.05MPa～10.48MPa,5.98～9.72GPa;微结构和力学性能均能满足人工骨替代材料要求。
陶瓷原料标准化 第5篇
在充满激烈竞争的陶瓷产品市场中,选择合适的原料是生产优质陶瓷产品的基础。然而陶瓷原料种类繁多,结构复杂且成分多变,现阶段又缺乏稳定的标准化原料供应,这给配方中选择原料和替代原料带来困难,所以对陶瓷原料进行科学分类和准确识别就显得非常重要了。
距离判别分析法、Bayes判别分析法、神经网络法、模糊聚类法等等都在实际应用中体现了各自的特点。但是在许多问题中,由理论和实践证明,指标太多,不仅带来大量的计算,而且许多对判别无用的指标反而会干扰我们的视线。因此适当筛选变量就成为一个很重要的事情,而具有筛选变量能力的判别方法就是逐步判别法。此法广泛应用于社会生产的各个领域。本文正是通过此法预先考虑尽可能多的与判别总体相关的变量,然后通过逐步的判别,优选那些判别力强的变量,由此建立判别函数对样本进行分类识别,结果表明准确率高,适宜推广应用。
1 逐步判别分析法
1.1 逐步判别法的特点
在判别分析中变量选择的好坏会直接影响判别的效果。一般来说,原始判别变量在判别函数中的作用是不同的,有的意义重大,有的作用很小。而将判别能力很小的变量留在判别函数中,会增加计算量,甚至会干扰判别结果。逐步判别分析法则可以帮助我们筛选出具有显著判别能力的变量,提高判别分析的效率。
1.2 逐步判别法的原则
(i)在x1,x2,,xm(即m个自变量)中先选出一个变量,它使维尔克斯统计量∧i(i=1,,m)达到最小。不失一般性,假设挑选的变量次序是按自然的次序,则有Λ1=1mi i nm{Λi},并考察∧i是否落入接受域,如不显著,则表明一个变量也选不中,不能用判别分析;如显著,则进入下一步。
(ii)在未选中的变量中,计算它们与已选中的变量x1i配合的∧值。选择使∧i(2im)达到最小的作为第二个变量。仿此,如已选入了r个变量,不妨设是x1,x2,,xr,则在未选中的变量中逐次选一个与它们配合,计算∧1,2,,r,ι(r<ιm),选择使上式达到极小的变量作为第r+1个变量。并检验所选的第r+1个变量能否提供附加信息,如不能则转入(iv),否则转入(iii)。
(iii)在已选入的r个变量中,要考虑较早选中的变量中其重要性有没有较大的变化,应及时把不能提供附加信息的变量剔除出去。剔除的原则等同于引进的原则。例如在已进入的r个变量中要考察xι(1ιr)是否需要剔除,就是计算∧ι,ι-1,ι+1,,r,选择达到极小(大)的ι,看是否显著,如不显著将该变量剔除,仍回到(iii),继续考察余下的变量是否需要剔除,如显著则回到(ii)。
(iv)这时既不能选进新变量,又不能剔除已选进的变量,将已选中的变量建立判别函数。
1.3 判别准则的评价
为评价上述判别准则的优良性,本文采用貌似误判率方法[1]来衡量。貌似误判率即为回判中判错样品的比例。具体方法如下:
设x1(k),x2(k),,xn(k)(k=1,2,,g)为来自G1,G2,,Gg的容量分别为n1,n2,,ng的训练样本,以全体训练样本作为n1+n2++ng个新样品,逐个代入已建立的判别准则中判别其归属,以
计算貌似误判率。式中:ni(i)为属于Gi的样品被错判的个数。(i=1,2,,g)
2 陶瓷原料分类识别的逐步判别分析模型
2.1 逐步判别分析法中待筛选变量的选定
经综合分析后,本文确定采用9种化学成分,如:SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO,K2O,Na2O,TiO,烧失I.L作为逐步判别分析模型中的待筛选变量x1,,x9,并将陶瓷原料分为4类:I类,I I类,III类,IV类,作为判别分析的4个总体。
2.2 应用逐步判别分析准则筛选变量
以文献[3]提供的陶瓷原料样本作为训练样本,应用逐步判别分析准则先筛选变量。设定变量入选的显著性水平阀值为0.1,变量剔除的显著性水平阀值为0.06.数据见表1。
2.2.1 逐步筛选变量的第一步(变量x1入选)
2.2.2 逐步筛选变量的第二步(变量x3入选)
2.2.3 逐步筛选变量的第三步(变量x4入选)
2.3 建立判别分析函数
以x1,x3,x4三个变量对表1的训练样本作距离判别得到的线性判别函数如下:
2.4 判别函数的应用、比较和检验
应用上述判别函数对表2的待判样本进行分类识别,得到判别结果,见表2。
通过上表的比较,我们可以看到逐步判别分析法的结果与事实相符,应用2.3中判别准则的评价可以知道貌似误判率为0,判别模型函数效果显著,可以在生产实践中推广使用。
3 结论
(1)逐步判别分析方法可以尽可能多地考虑与研究总体相关的变量,同时还可以通过逐步筛选,把判别力强的变量选入判别函数中,将判别力不强的变量剔除,使问题的研究既周全又简便。
(2)该模型为陶瓷原料配方和陶瓷生产中选择陶瓷原料提供了科学的依据和数量化、定性化的方法与途径,并且应用逐步判别分析法得到的判别分析函数对陶瓷原料的待判样本进行分类识别误判率为0,判别效果显著,符合生产要求和需要,可以在实践中推广使用。
参考文献
[1]蒋胜晖,文畅平.陶瓷原料分类的Bayes判别分析法.硅酸盐通报,2008,27(2):419-423
[2]何晓群编著.多元统计分析.中国人民大学出版社
[3]刘付胜聪,李玉平.利用人工网络判别陶瓷原料种类.湖南大学学报(自然科学版),2002,29(3):40-44
陶瓷原料标准化 第6篇
关键词：粉煤灰, 堇青石,多孔陶瓷
堇青石具有密度小、介电常数和热膨胀系数低、抗热震性能好、力学强度高、电绝缘性能良好、化学热稳定性能优良和红外辐射率高等优点, 广泛应用于耐火材料、催化剂载体、电力电子工业领域和红外辐射材料等方面。人们多采用高岭石、滑石等矿物原料和工业氧化铝来合成。粉煤灰为火力发电厂排放的固体废弃物, 占用耕地、污染空气, 是世界各国亟待解决的环境问题[1,2,3,4,5]。如何合理开发利用粉煤灰资源, 变废为宝, 是需要深入研究的重要课题。目前已有报道, 利用粉煤灰来合成玻璃或者玻璃陶瓷[1,3,6,7,8]。但是以粉煤灰为原料制作多孔陶瓷 (膜) 的报道很少见到。
本章采用粉煤灰为原料, 加入合适的碱式碳酸镁, 分别以模压法和挤出法成型, 在较低的烧成温度下, 制备出堇青石和堇青石陶瓷分离膜管。研究探讨了其反应烧结机理及烧成制度对样品结构和性能的影响。
1 实验部分
1.1 粉煤灰原料
粉煤灰取自安徽省合肥市第二热电厂, 燃煤由安徽省新集煤矿提供。粉煤灰的主要化学成如表1所示, 其中以Al2O3和Si O2为主要成分, 两者的摩尔比为2∶4.91, 接近2∶5, 因此存在这种可能:在杂质存在的情况下 (导致堇青石的成相范围扩大) , 通过添加合适的原料, 引入2组分的Mg O, 在适当的温度下烧结就会制得堇青石材料。
图1是粉煤灰的SEM照片, 可以看出, 粉煤灰的颗粒的形状近似球形, 粒径的单位为微米级。
1.2 制备过程
将上述粉煤灰中加入一定量的碱式碳酸镁, 引入Mg O的量与粉煤灰中Al2O3的摩尔比满足1∶1。再加入适量的粘结剂球磨24 h, 混合均匀。在上述的混合物中加入适量的水作为溶剂, 加入适量的桐油作润滑剂, 在捏泥机中捏合0.5 h, 陈腐24 h以后在真空练泥机中练泥, 在挤出成型机上挤出成型, 干燥后, 在箱式电阻炉中烧结, 就获得堇青石多孔陶瓷管, 如图2所示。
1.3 样品性能表征
用静液天平按阿基米德法测量孔隙率, 采用X射线衍射 (XRD) 检测 (日本岛津公司, D/Max-r B型) 考察样品的物相变化。在岛津力学试验机上测量弯曲强度 (用三点弯曲法测定, 跨距30 mm, 加载速率0.3 mm/min) 。热膨胀分析在DIL402 C型热膨胀仪上进行。
2 结果与讨论
2.1 物相分析
图3是不同烧结温度对应的XRD图谱。从图3中可以看出, 虽然μ-堇青石在超过1 000℃时已经成相, 但是在曲线中并没有明显的显现。只有温度高于1 150℃时才有明显的α-堇青石峰的出现。堇青石的相一直维持到1 400℃, 而此时样品已经熔化。所以, 本实验中的烧结温度应该在1 150~1 350℃之间。
2.2 显微结构
图4是不同温度烧结的样品的显微结构。在1 100℃时, 颗粒已经烧结, 颗粒间分布大小均一的孔洞。在1 150℃烧结时, 堇青石的颗粒有所长大。温度继续升高至1 200℃时, 已经看不出颗粒的形貌, 由于液相烧结的出现, 烧结体连接成有机的统一体, 其中分布的许多孔洞, 这些孔洞较1 200℃之前要明显大得多, 那些小的孔洞被熔融的液相填充而消失。1 200℃和1 300℃对应的微结构差别不是很大。
2.3 孔隙率和抗弯强度
图5是不同烧结温度对应的堇青石的孔隙率和抗弯强度。随着烧结温度的升高, 样品的孔隙率逐渐下降, 弯曲强度逐渐上升。1 200℃前, 堇青石的弯曲强度变化不明显, 基本维持在50 MPa左右, 1 250℃以后, 随温度的升高弯曲强度迅速升高, 1 300℃时, 可以高达65 MPa。仅次于作为工程陶瓷的致密化堇青石的强度 (70 MPa) , 远远高于作为工程陶瓷的低密度堇青石的强度 (13 MPa) 。
2.4 热膨胀系数
本文考察了不同温度 (1 100~1 300℃) 烧结材料在室温至1 000℃温度区间的膨胀情况, 热膨胀系数, 如图6所示。从图6中可以看出, 热膨胀系数在1 150℃和1 200℃之间有一个突变。在此之前的热膨胀系数为8.07×10-6℃-1左右, 超过此突变温度以后, 热膨胀系数迅速降至4.21×10-6℃-1左右。这是因为在此突变温度之后, μ-堇青石向α-堇青石的转变已经完成 (μ-堇青石的热膨胀系数比α-堇青石的要大) 。
图6中的虚线对应的是堇青石的理论热膨胀系数, 本文获得堇青石的热膨胀系数比理论值要高, 这可能是由于粉煤灰中含有的 (除了Al2O3和Si O2以外的) 其它杂质造成的。
3 结论
以粉煤灰为原料, 按照堇青石的化学组成, 添加一定量的碱式碳酸镁, 以挤出成型工艺制备出堇青石多孔陶瓷膜管, 研究探讨了烧成制度对样品结构和性能的影响。
烧结温度高于1 150℃时可以合成α-堇青石。随着烧结温度的升高, 样品的孔隙率逐渐下降;1 200℃以下烧结时, 弯曲强度基本维持在50 MPa左右, 1 250℃以后, 迅速升高, 1 300℃时, 可以高达65 MPa。仅次于作为工程陶瓷的致密化堇青石的强度 (70 MPa) , 远远高于作为工程陶瓷的低密度堇青石的强度 (13 MPa) 。
热膨胀系数在1 150℃和1 200℃之间有一个突变。由之前的8.07×10-6℃-1左右, 迅速降至4.21×10-6℃-1左右。
参考文献
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陶瓷原料标准化 第7篇
高岭土、钾长石、钠长石是陶瓷生产的主要原材料,其中钾、钠、铁元素又是影响陶瓷质量的重要元素,现在所用的分析方法溶样时间较长,分析过程用时也较长。作者在多年的试验中总结出了快速溶样、快速测定方法,其特点是在聚四氟乙烯坩埚中用氢氟酸-王水进行快速溶样,同时在王水介质中又能将2价铁氧化成3价铁,然后再用硼酸络合氟。试剂加入简单方便,操作也较为简单,利用火焰光度计同时测定钾、钠;利用磺基水杨酸作为3价铁的显色剂,在碱性条件下显色快速、稳定,特别是铁的测定,是目前铁的光度法测定中显色最快的方法。本法用于实践,其准确度和精密度都符合生产的要求,是一个值得推广应用的方法。
1 实验部分
1.1 主要试剂与仪器
盐酸(密度1.19g/cm3)
硝酸(密度1.42g/cm3)
王水,3体积盐酸,1体积硝酸,将两酸混合,搅匀。
氢氟酸(密度1.14g/cm3)
磺基水杨酸(100g/L)
氨水(1+1)
硼酸
Fe3+标准溶液准确称取经400℃灼烧的三氧化二铁(光谱纯)0.1000g于烧杯中,加入(1+1)盐酸30mL,浓硝酸5mL,于水浴上溶解之后,移入1L容量瓶中,加水稀释至刻度,摇匀,以每毫升含三氧化二铁0.1mg/mL做为储备液,使用时稀释至10μg/mL。
氧化钾和氧化钠混合贮备标准溶液(K2O 1mg/mL+Na2O 1mg/mL)的配制:分别称取经150℃烘干2h的氯化钾1.5830g和氯化钠1.8860g,置于同一烧杯中加水溶解,移入1L容量瓶中,加水稀释至刻度,摇匀,此溶液每毫升含氧化钾和氧化钠各1mg。
氧化钾和氧化钠混合参比标准溶液(K2O 0.1mg/mL+Na2O 0.1mg/mL)的配制;用移液管分取50.0mL上述贮备标准溶液于500mL容量瓶中,用水稀释至刻度,此液每毫升含氧化钾和氧化钠各为0.1mg。
火焰光度计:FP640上海欣益仪器仪表有限公司。
分光光度计:721型上海精密科学仪器有限公司。
1.2 试样溶液制备
准确称取0.2000g陶瓷原料试样于聚四氟乙烯坩埚中,加入王水4mL,氢氟酸3mL,轻轻摇匀,在垫有陶瓷片和石棉网的电热板上低温加热,并蒸发至2～3m L,取下稍冷,加蒸馏水20mL,硼酸2g,低温加热至溶液完全透明为止,取下,冷却室温。将溶液移至100mL溶量瓶,用蒸馏水洗涤聚四氟乙烯坩埚5～6次,洗液一起倒入100mL溶量瓶中,加水定容至刻度。摇匀待用。
1.3 铁的测定(黄基水杨酸光度法)
吸取待测液10.0mL于50mL量瓶中,加入5m L磺基水杨酸(100g/L)溶液,滴加氨水(1+1)至溶液颜色由紫红色变黄色,再过量1mL,摇匀,以水定容。用2cm吸收皿,以试剂空白作参比,在430nm波长处,测定其吸光度。从工作曲线上查出相应的铁量。
工作曲线的绘制:分别吸取含铁0、20、40、60、80、100μg的铁标准溶液于50mL量瓶中,用水稀释至20mL,加入5mL磺基水杨酸(100g/L)溶液,以下操作同上。
1.4 钾、钠的测定(火焰光度计法)
吸取待测液3.0mL于50mL量瓶中,用水定容,在FP640火焰光度计上,以试剂空白作参比,同时测定氧化钾和氧化钠。从工作曲线上查出相应的氧化钾和氧化钠量。
工作曲线的绘制:分别吸取含0,50μg、100μg、200μg、400μg、600μg、800μg氧化钾和氧化钠混合标准溶液于50mL容量瓶中,用水定容,以下操作同上。
注:山东省冶金科学研究院的钾长石标准样品K2O%:9.60,Na2O%:3.69,Fe2O3%:0.19
2 结果与讨论
2.1 铁的显色方法与条件
在PH8～11的氨性溶液中,铁(Ⅲ)与磺基水杨酸能迅速生成稳定的黄色络合物,缩短了显色时间,达到快速分析测定的目的。
经试验,在测定条件下,氯离子、氟离子、硝酸根离子、硼酸根离子对测定无影响,在Fe3+为60μg/50mL的溶液中加入不同量的干扰离子(μg),若误差不超过5%,干扰可忽略不计。钾离子、钠离子、铵离子、铝离子、钙离子、镁离子、镍离子、镉离子、铬离子、钴离子对测定无影响。钛(Ⅳ)在中性或弱碱性溶液中与磺基水杨酸生成有色络合物而影响测定。
2.2 氧化钾和氧化钠测定方法与条件
方法基于钾、钠在高温火焰中吸收能量,由基态变成激发态时所产生的辐射线,经单色器滤光后,测量其辐射强度。由于仪器本身同时装有钾、钠单色滤光片,所以可以同时测定钾、钠,缩短了检测时间。作者的多年经验与实践,只要采用97号汽油即可满足检测条件。
经试验,在测定条件下,铁离子、铜离子、锌离子、铝离子、锰离子、镁离子、镍离子、镉离子、铬离子、钴离子对测定无影响。钙离子的影响随钙量增加而增加,但由于试样中有铝的存在而消除钙的影响。
3 分析结果对照
本法用于生产实践,分析结果与原子吸收的分析方法结果一致,本法采用了山东省冶金科学研究院的钾长石标准样品以及本地的钾长石样品,试验结果见下表。
4 结论
1)本方法溶样速度快,测定方法简单,准确度与灵敏度均较高,重现性好,其测定结果令人满意,钾、钠、铁三元素连续测定所需时间不到60分钟,特别适用于陶瓷企业生产以及陶瓷原料供应企业的快速分析。
2)测定方法所用的仪器价格便宜,精度完全可以达到检测要求,可以代替价格昂贵的原子吸收光谱仪。很适用于瓷土类中小企业的日常检测工作。
摘要：高岭土、钾长石、钠长石等陶瓷原材料中钾、钠、铁是生产工艺配方分析的重要项目,分析速度的快慢直接影响生产过程,本方法是采用氢氟酸-王水溶样法进行快速溶样,同时在王水介质中又能将2价铁氧化成3价铁,然后再用硼酸络合氟。其特点是试剂加入简单方便,操作也较为简单,利用火焰光度计同时测定钾、钠;利用磺基水杨酸作为3价铁的显色剂,在碱性条件下显色快速、稳定,特别是铁的测定,是目前铁的光度法测定中显色最快的方法。本法用于实践,其准确度和精密度都符合生产的要求,是一个值得推广应用的方法。
关键词：陶瓷原料,氢氟酸-王水溶样法,快速测定,钾,钠,铁
参考文献
[1]北京矿冶研究总院编。矿石及有色金属分析手册[M],北京:冶金工业出版社,1998.98。
