前言

眾所周知，生產水泥的原料中含有鉀和鈉，而水泥生產工藝或在建筑中，這兩種物質屬于有害成分。在煅燒水泥過程中，高溫會蒸發一部分鉀鈉，其他部分則會存于熟料的玻璃相中。如果鉀鈉含量較高，還會生成堿礦物，或與 SO₄2-形成黏性極大的K₂SO₄或Na₂SO₄，這種固體物質堆積于預熱器或燒成帶及預分解帶過渡部分上，導致無法正常的生產。同時，水泥使用過程中，堿含量較高會引起堿—骨料反應，形成堿的硅酸鹽凝膠體，混凝土則會增大體積并形成蛛網狀的龜裂，破壞了工程結構。因此，測定水泥的堿含量，具有十分重要的意義。通用硅酸鹽水泥標準GB175-2007中規定：“水泥中堿含量按Na₂O+0.658K₂O計算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得＞0.60%或由買賣雙方協商確定”。因此，我們通常在資料中看到的堿含量R₂O指的就是Na₂O+0.658K₂O的計算值。生產工藝上控制堿含量主要通過使用低堿原料來實現。本文結合實際工作經驗，就火焰光度法測定水泥中堿含量的準確性進行探討。

1.1 測定原理

測定水泥中堿含量的方法主要包括原子吸收光譜法、火焰光度法和X射線熒光分析法等，其中火焰光度法是GB/T176-2008《水泥化學分析方法》規定的基準法，這種方法測定結果較為準確，業界普遍采用。元素都具有其特征光譜，測定元素被激發就會發射出特征光譜，利用濾光片可分離鉀和鈉的譜線，并通過儀器來測定光譜能量。通常譜線的強弱與測定元素含量成正比，在一定的范圍內形成了簡單的線性函數關系。所以，通過火焰光度法來測定光譜能量的強弱，就可準確判定元素含量的高低。

1.2 測定步驟

根據GB/T176-2008標準中堿含量的測定方法，稱取0.2試樣，精確至0.0001g，放入鉑皿中，之后取少量水潤濕，并加入5～7mL氫氟酸和15～20滴硫酸(1+1)，置于通風櫥內的電爐上加熱，先使氫氟酸蒸發，之后繼續加熱把三氧化硫白煙驅盡，并取下進行冷卻。在加入40～50mL熱水，溶解殘渣，加入1滴2g/L甲基紅指示劑，用氨水（1+1）中和為黃色，之后加入10mL100g/L碳酸銨溶液進行攪拌，并進行加熱沸騰并持續20～30min。用快速濾紙對液體進行過濾和洗滌，并收集于100mL容量瓶中進行冷卻。再用鹽酸（1+1）中和為微紅色，并用水稀釋至標線。最后，把火焰光度計調節為最佳狀態，嚴格按照儀器使用章程進行測定，并查出工作曲線上試驗溶液中鉀鈉的含量，再根據公式來處理數據。

1.3 測定處理方法

任何定量分析儀器不同于化學分析方法，需要參照一系列的數值來檢驗準確度，任何一臺儀器在沒有參照值的基礎上都能檢測出物質的含量，火焰光度法測定鉀鈉也能應用。在實際中，測定處理的方法包括工作曲線法和比較法。利用工作曲線法來處理測定數據，先按照一定標準來配置待測元素的比對溶液，要用火焰光度計分別測定溶液中待測元素的輻射強度，并以檢流計讀數與對應的濃度來繪制工作曲線，按照工作曲線的測定條件來選取樣品溶液的讀數，并查出相應的濃度和算出被測元素的百分含量。還可用比較法來測定，選取兩個不同濃度的標準溶液，確保試樣溶液的濃度在兩個標準溶液之間，并測定其光譜強度。設標準溶液濃度為c1，c2，檢測器讀數為a2，a1，試樣溶液中待測濃度為cx，檢測器度數為ax，通過公式：來測定出數據。

1.4 火焰光度計燃料的選用

在測定堿含量過程中，火焰光度計選用汽油或液化石油氣為燃料。使用汽油時，要先注入氣化缸內3000mL的汽油，并保留1/3的空間。之后，往一端注入壓縮空氣，使其在在汽油液面下冒泡翻滾，進入上方的1/3的空間，接著用導管引入儀器燃氣進口使用。因所選用燃料為汽油和空氣的混合物，要具備一定的溫度條件，能夠使汽油氣化并燃燒。如氣溫過低會導致無法氣化，也不易燃燒。一般溫度條件下，可考慮用93號汽油。使用液化石油氣為燃料時，可把儀器與專用的減壓閥連接，調整好壓力引燃后即可應用，相對較為方便。

2.1 測定過程的影響因素

測定水泥中含堿量的過程較為復雜、容易產生誤差。根據實際工作經驗，測定主要受以下因素影響：

（1）儀器環境的穩定性，主要指儀器工作參數的變化。如測定過程中，要考慮燃料氣體和助燃氣體的壓力及比例、光電池的穩定性等。

（2）試樣溶液中含有的干擾元素及含量。水泥中所含有的鈣、鋁、鎂、鐵等元素都會影響測定結果。

（3）空白值的影響。如測定過程中所產生的蒸餾水、多次使用容器被侵蝕、試劑品質的好壞與否等這些都會影響測定的準確性。

（4）標準溶液與試樣溶液測定的同步性。在測定過程中，兩種溶液組成德爾酸濃度、其他離子濃度要保持相近，兩種溶液的測定時間要接近。

2.2 測定過程控制的要點

在對待測元素進行取樣過程中，不同水泥的含堿量也會不同，要確保測量結果在標準曲線之內，就要控制好樣品的稱量。如樣品中的K₂O、Na₂O含量較高，選取樣品量相對較大，依據GB/T176-2008標準進行測定，測定數值則會在標準曲線外，測定結果不準確；如選取樣品量較小時，測定數值的誤差會偏大。GB/T176-2008標準中規定要稱取0.2g樣品，但是不同地區的原材料有差異，因此生產的水泥堿含量就有所不同，有些廠家生產的水泥堿含量高，有些廠家生產的水泥堿含量低。根據測定結果偏差控制好樣品稱量或將制備的試液適當稀釋。同時，對待測元素進行測定過程中，要用塑料量具來取氫氟酸，不得使用玻璃量具，以免腐蝕玻璃量具鈉離子，使測定結果偏大。另外，如水泥中堿含量較高，加熱過程會濺出，要不斷搖動鉑皿，直至近干，并驅盡白煙。

3.1 提高檢測準確性的方法

(1)分離樣品溶液中的干擾元素。眾所周知，水泥中含有的鐵、鎂、鋁不具有明顯干擾Na₂O、K₂O測定，而SiO₂和CaO等元素會嚴重影響堿含量的測定，因此，要除去試樣溶液中的這些元素。把氫氟酸一硫酸放入鉑皿中，在電爐上進 行低溫加熱，使硅以SiF的形式除去，其反應：SiO +4HF→SiF +2H₂O↑。用氨水和碳酸銨分離鈣、鎂，在加熱過程中，溫度不要太高，避免快速分解碳酸銨，導致難以全部分解鈣離子。常見的陰離子中，PO3-₄抑制了鉀的激發，而SO2-₄、NO2-、HCO3-等均不干擾鉀、鈉的測定。

(2)消除測定的空白值。首先，要避免蒸餾水、試劑帶入的誤差，配置溶液應用超純水，試劑應優先采用分析純及以上等級；第二，堿含量測定不得與其他分析共用器皿和試劑，以免帶入空白；第三，有些廠生產的容量瓶，其氧化鈉含量較高且易被水侵蝕，而使鈉測定結果偏高，故應注意容量瓶的選擇；第四，霧化室的霧化效果是儀器正常使用的關鍵，長期使用會阻塞、玷污噴嘴，可自行拆下清洗。噴嘴應對準吸樣口的出口，相互距離<0.5mm；第五，試樣制備成溶液后，應及時進行測定；第六，處理試樣溶液時，量取氫氟酸的量杯要用塑料量杯，其他量具、容量瓶及攪拌棒等也都應該選用塑料的，否則會因玻璃腐蝕而帶入空白；第七，用氫氟酸溶樣應盡量除盡氟離子，一定要加熱至三氧化硫白煙冒盡，當氨水(1+1)中和甲基紅指示劑呈黃色時，一般消耗氨水(1+1)1至3滴，不能消耗太多，否則說明氫氟酸未驅盡，殘留的氫氟酸對器皿和儀器的腐蝕將導致結 果偏高。此外，測定試樣的同時，最好進行空白試驗，并對測定結果加以校正。

(3)檢測條件的控制。以同一套儀器同時進行標準溶液和試樣溶液的測定，以使兩者的試驗條件完全一致。測定過程中，燃氣和助燃氣壓力應保持穩定，以保持火焰的穩定性，此外霧化器易被塵埃阻塞，應經常檢查，另外用完后要用蒸餾水噴洗干凈3--5min。

(4)結果處理的選擇。眾所周知，工作曲線法雖然方便快捷，但由于標準溶液和試樣溶液的檢測時間、檢測條件變化，如燃氣和助燃氣壓力及比例、 標準溶液濃度、火焰大小、光電池的穩定性等變化，必將導致計算結果出現不可預測的系統誤差。因此，在日常生產的質量控制中，建議最好選擇比較法對結果進行處理。

3.2 堿含量檢測技巧

為提高檢測的準確度，降低試樣溶液中堿含量濃度是最佳選擇。如果K、Na離子的含量足夠低，由上文所提出的比較法公式可知，當選擇C1=0時，公式可簡化為：

顯然，我們知道只要將K、Na離子的含量控制到足夠低，就可以利用簡化公式進行檢測，簡化公式法與標準公式法得到 的K₂O和Na₂O誤差完全符合相關標準要求， 在操作和結果處理等方面將變得非常簡單方便。

測定結果的準確性是保證產品質量的關鍵。隨著水泥工業生產技術的發展，對水泥產品的質量要求也越來越高，對堿含量指標進行有效的控制具有重要意義。因此，我們在工作中要不斷總結和探索， 確保分析結果準確可靠，正確地指導生產。

作者：徐梁

來源：《新宇建設工程材料檢測有限公司》

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