石 海 強(qiáng), 白 淑 云, 劉 秉 鉞, 魯 杰

( 大連工業(yè)大學(xué) 遼寧省制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

稻草是一種資源豐富的造紙用纖維原料,然而在制漿過(guò)程中硅干擾問(wèn)題一直是困擾工廠的一大難題,特別是在我國(guó)北方一些中小型企業(yè)中。目前對(duì)稻草制漿廢液的綜合利用技術(shù)有希望解決這一問(wèn)題。在研究過(guò)程中,一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)是對(duì)原料及制漿廢液中的硅含量進(jìn)行測(cè)定,因而如何快速準(zhǔn)確地定量測(cè)定硅含量是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

目前在造紙行業(yè)中硅含量的測(cè)定仍然采用傳統(tǒng)的重量測(cè)定法[1]。該方法在實(shí)際操作中存在一些明顯的弊端：(1)該法以灼燒稱(chēng)重來(lái)測(cè)定硅含量,沒(méi)有用硅標(biāo)準(zhǔn)試劑作對(duì)照,因而無(wú)法估計(jì)其他耐熱雜質(zhì)氧化物對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響；(2)在化學(xué)分析過(guò)程中,操作步驟繁瑣費(fèi)事、耗時(shí)較長(zhǎng),而且繁雜的操作易產(chǎn)生較大誤差。

本文利用SiO2經(jīng)化學(xué)處理發(fā)生顯色反應(yīng),反應(yīng)物在680 nm處有特征吸收的原理[2],討論了利用該方法測(cè)定稻草原料、動(dòng)力鍋爐粉煤灰和亞銨法稻草制漿廢液中硅含量的可行性及影響因素。

1 材料與方法

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)中使用的稻草取自盤(pán)錦市恒昌紙業(yè)公司,經(jīng)干法備料處理,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室粉碎機(jī)粉碎取40～60目的草末。粉煤灰取自該廠動(dòng)力鍋爐車(chē)間,稻草亞銨廢液為實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 主要試劑

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鉬酸銨溶液、20%的檸檬酸溶液、5%的草酸溶液、5%硫酸亞鐵銨、0.5 mol/L鹽酸溶液、硅酸鈉固體、單晶硅固體、氫氧化鈉固體,均為分析純。

1.3 試樣的處理

稱(chēng)取0.5 g試樣(精確到0.000 2 g)于干燥的250 mL錐形瓶中,準(zhǔn)確加入100 mL 0.5 mol/L鹽酸搖勻,加膠塞,在一定溫度下于振蕩器上振蕩30 min,立即過(guò)濾,棄去最初10 mL濾液。吸取濾液10 mL定容于100 mL容量瓶中備用。

1.4 SiO2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制(0.5 mg/mL)

SiO2標(biāo)準(zhǔn)溶液有3種配制方法：①稱(chēng)取一定量經(jīng)高溫灼燒過(guò)的高純二氧化硅,與無(wú)水碳酸鈉或碳酸鉀混合,在鉑金坩堝中900 ℃下熔融,熔融物用蒸餾水浸取并稀釋為含二氧化硅的標(biāo)準(zhǔn)溶液,轉(zhuǎn)移到容量瓶中定溶備用。②稱(chēng)取0.116 9 g磨細(xì)的分析純單晶硅或多晶硅,加10 g氫氧化鈉,50 mL水輕輕搖動(dòng),加熱溶解,冷卻,移入500 mL容量瓶中定容,吸取上述液體100 mL于1 000 mL容量瓶中定容備用(0.05 mg/mL)。③稱(chēng)取0.735 g分析純九水硅酸鈉溶解后定溶于250 mL容量瓶中搖勻,取10 mL于100 mL容量瓶中定容備用(0.05 mg/mL)。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作曲線的制定

顯然方法①配制二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液,不僅操作繁瑣,化學(xué)藥品用量多,耗時(shí)長(zhǎng),而且在制備過(guò)程中,熔融物在轉(zhuǎn)移時(shí)易于產(chǎn)生損失,導(dǎo)致結(jié)果存在一定的偏差。作者分別根據(jù)方法②和方法③采用逐級(jí)稀釋法分別移取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL容量瓶中按參考文獻(xiàn)[3]方法進(jìn)行處理,反應(yīng)產(chǎn)物在680 nm處有特征吸收,如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)采用光度法測(cè)試不同質(zhì)量濃度硅標(biāo)準(zhǔn)溶液在680 nm處的吸光度,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線如圖2、3所示。根據(jù)線性回歸方程顯示,吸光度值與硅標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度呈較好的線性關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)分別為0.989和0.981。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)硅溶液吸收光譜圖

圖2 方法②工作曲線

圖3 方法③工作曲線

使用100 mL 0.5 mol/L鹽酸溶液分別浸提絕干稻草、粉煤灰和稻草亞銨黑液固形物試樣1.0 g,然后對(duì)反應(yīng)溶液進(jìn)行光度測(cè)定,根據(jù)工作曲線進(jìn)行硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),兩種方法得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算的結(jié)果基本一致,鑒于方法③所使用的硅酸鈉試劑方便易得,溶液配置過(guò)程簡(jiǎn)單,因此在下面的實(shí)驗(yàn)中采用方法③的工作曲線進(jìn)行二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定。

2.2 不同浸提劑對(duì)有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定的影響

選擇常用的0.5 mol/L鹽酸和質(zhì)量濃度20%的檸檬酸[4],分別在30 ℃下對(duì)稻草、粉煤灰和稻草亞銨黑液固形物進(jìn)行浸提1 h,浸提液分光光度法檢測(cè)吸光度,根據(jù)方法③工作曲線計(jì)算硅含量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),兩種浸提劑浸提試樣后測(cè)得的有效硅含量差別較大。0.5 mol/L鹽酸浸提測(cè)得的結(jié)果遠(yuǎn)大于20%檸檬酸法的浸提結(jié)果,說(shuō)明兩種浸提劑對(duì)試樣中有效硅浸提能力不同,這與參考文獻(xiàn)[4]的研究結(jié)果一致。該方法在日本、中國(guó)臺(tái)灣等地的硅肥有效硅測(cè)量中均采用0.5 mol/L鹽酸作為浸提劑。因而在造紙工業(yè)中的硅含量測(cè)定也推薦采用0.5 mol/L 鹽酸作為浸提劑是比較恰當(dāng)?shù)摹?/p>

表1 根據(jù)兩個(gè)工作曲線計(jì)算二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表2 不同浸提劑處理測(cè)定稻草、粉煤灰和稻草亞硫酸銨廢液中二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 浸提溫度的影響

溫度是影響有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定的重要因素[5]。采用0.5 mol/L鹽酸分別在20、30、40 ℃對(duì)稻草和粉煤灰浸提1 h,檢測(cè)的結(jié)果見(jiàn)表3。溫度對(duì)有效硅的提取量的影響較大,一般隨著溫度升高,浸提出的有效硅的數(shù)量也越多。由表3的結(jié)果可以看出,用0.5 mol/L鹽酸對(duì)稻草和粉煤灰進(jìn)行浸提,當(dāng)溫度由20 ℃升高到30 ℃時(shí),有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加33%和21%；當(dāng)溫度由30 ℃提高到40 ℃時(shí),有效硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化僅提高8.9%和6.3%。溫度是形成硅鉬藍(lán)的主要條件之一。但溫度低于形成硅鉬藍(lán)的溫度時(shí), 即使浸提時(shí)間延長(zhǎng)30～40 min,測(cè)出的二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)常偏低。因此把浸提溫度控制在30 ℃是合適的。

表3 不同溫度浸提處理測(cè)定稻草和粉煤灰中二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3 結(jié) 論

(1)分別采用單晶硅和分析純Na2SiO3·9H2O配制二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液,該溶液在680 nm處吸光度與二氧化硅質(zhì)量濃度具有較好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.981和0.989,可用于定量分析。

(2)利用該方法檢測(cè)時(shí),最佳浸提劑為0.5 mol/L鹽酸,最佳浸提溫度為30 ℃,測(cè)得稻草原料和鍋爐粉煤灰中二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.40和13.20 mg/g。

[1] 石淑蘭,何福望. 制漿造紙分析與檢測(cè)[M]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2003:26-29,112.

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