Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11861:2018 về Nguyên liệu tự nhiên cho sản xuất xi măng và gốm sứ - Xác định hàm lượng silicon dioxide dạng quartz bằng phương pháp khối lượng

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11861:2018

NGUYÊN LIỆU TỰ NHIÊN CHO SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ GỐM XỨ - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SILICON DIOXIDE DẠNG QUARTZ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG

Raw materials for cement and ceramic manufacture - Determination of quartz by volume analysis method

Lời nói đầu

TCVN 11861:2018 do Viện Vật liệu Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn. Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định. Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

NGUYÊN LIỆU TỰ NHIÊN CHO SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ GỐM XỨ - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SILICON DIOXIDE DẠNG QUARTZ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG

Raw materials for cement and ceramic manufacture - Determination of quartz by volume analysis method

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng silicon dioxide dạng quartz của nguyên liệu tự nhiên để sản xuất vật liệu silicat như: đất sét, đất cao silic, cao lanh, feldspard, laterite, đá vôi, dolomite, thạch cao và cát bằng phương pháp khối lượng.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 1058, Hóa chất. Phân nhóm và ký hiệu, mức độ tinh khiết;

TCVN 4851 (ISO 3696), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

3  Quy định chung

3.1  Nước dùng trong quá trình phân tích theo TCVN 4851 (ISO 3696) hoặc nước có độ tinh khiết tương đương (sau đây gọi là “nước”).

3.2  Hóa chất dùng trong phân tích có độ tinh khiết không thấp hơn “tinh khiết để phân tích” (TKPT) theo TCVN 1058.

3.3  Hóa chất pha loãng được biểu thị theo tỷ lệ thể tích. Ví dụ HCl (1 + 1) là dung dịch gồm 1 thể tích HCl đậm đặc với 1 thể tích nước.

3.4  Nồng độ của dung dịch pha loãng tính phần trăm (%) được biểu thị bằng số gam chất tan trong 100 mL nước. Ví dụ natri hydroxide (NaOH), dung dịch 10 % là dung dịch gồm 10 g natri hydroxide hòa tan trong 100 mL nước.

3.5  Khối lượng riêng (d) của thuốc thử đậm đặc được tính bằng gam trên mililít (g/mL).

3.6  Chỉ tiêu phân tích được tiến hành song song trên hai lượng cân của mẫu thử và một thí nghiệm trắng (bao gồm các lượng thuốc thử như đã nêu trong tiêu chuẩn, nhưng không có mẫu thử) để hiệu chỉnh kết quả.

Chênh lệch (tính theo giá trị tuyệt đối) giữa hai kết quả xác định song song không được vượt giới hạn cho phép, nếu vượt giới hạn cho phép phải tiến hành phân tích lại.

3.7  Xác định khối lượng không đổi

Xác định khối lượng không đổi bằng cách: nung mẫu đến nhiệt độ xác định và giữ ở nhiệt độ đó 15 min, để nguội mẫu trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng và cân. Quá trình được lặp lại cho đến khi độ chênh lệch giữa hai lần cân liên tiếp không vượt quá 0,1 % giá trị trung bình thu được.

3.8  Biểu thị khối lượng, thể tích và kết quả.

Kết quả cuối cùng tính bằng phần trăm (%), là trung bình cộng của hai kết quả phân tích tiến hành song song, lấy đến 2 chữ số có nghĩa sau dấu phẩy.

4  Hóa chất, thuốc thử

4.1  Acid hydro chloride (HCl), pha loãng (1 + 1).

4.2  Acid hydro chloride (HCl), pha loãng (1 + 9).

4.3  Kali disulfat (K₂S₂O₇) khan.

4.4  Natri hydroxide (NaOH) khan.

4.5  Bạc nitrat (AgNO₃), dung dịch 0,5 %, bảo quản trong bình thủy tinh màu.

4.6  Acid dihydro sulfat (H₂SO₄), pha loãng (1+1).

Acid hydro fluoride (HF) đậm đặc, d = 1,12 (từ 38 % đến 40 %).

5  Thiết bị, dụng cụ

Các dụng cụ thủy tinh thông thường trong phòng thí nghiệm và:

5.1  Cân phân tích, có độ chính xác 0,0001 g

5.2  Cân kỹ thuật, có độ chính xác 0,001 g.

5.3  Tủ sấy, có bộ phận điều khiển và khống chế nhiệt độ trong khoảng (105 ± 5) °C.

5.4  Lò nung, có bộ phận điều khiển và khống chế nhiệt độ trong khoảng (950 ± 50) °C

5.5  Bếp cách thủy hoặc cách cát, khống chế được nhiệt độ.

5.6  Chén bạch kim, dung tích 50 mL.

5.7  Chày, cối bằng mã não.

5.8  Chày, cối bằng đồng.

5.9  Sàng các loại, có kích thước lỗ 0,25 mm; 0,1 mm; 0,063 mm.

5.10  Bình hút ẩm, chứa hạt silicagel.

5.11  Cốc thủy tinh, dung tích 100 mL và 250 mL.

5.12  Giấy lọc không tro

- Giấy lọc định lượng không tro, chảy trung bình (đường kính lỗ trung bình khoảng 7 μm).

5.13  Tủ hút hơi độc

6  Chuẩn bị mẫu

Mẫu thử phải đại diện cho lô hàng được lấy

Mẫu đưa tới phòng thí nghiệm có khối lượng không ít hơn 500 g, kích thước hạt không lớn hơn 5 mm.

Trộn đều mẫu, dùng phương pháp chia tư lấy khoảng 100 g, nghiền nhỏ đến lọt hết qua sàng 0,25 mm. Bằng phương pháp chia tư lấy khoảng 50 g mẫu, nghiền mẫu đến lọt hết qua sàng 0,1 mm. Tiếp tục dùng phương pháp chia tư để lấy khoảng 12 g đến 15 g mẫu, nghiền mịn trên cối mã não đến cỡ hạt lọt qua sàng 0,063 mm dùng làm mẫu phân tích hóa học. Lượng mẫu còn lại bảo quản trong lọ (túi) kín làm mẫu lưu.

Mẫu dùng để phân tích hóa học được sấy ở nhiệt độ (105 ± 5) °C đến khối lượng không đổi, làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng trước khi tiến hành cân để thử nghiệm.

7  Phương pháp xác định hàm lượng silicon dioxide dạng quartz

7.1  Nguyên tắc

Nung mẫu (đối với mẫu đất sét, đất cao silic, cao lanh, felspard và laterite) hoặc nung phần cặn sau khi đã xử lý mẫu sơ bộ bằng acid hydro chloride (HCl) để hòa tan bớt các hợp chất dễ tan (đối với các mẫu đá vôi, dolomite, thạch cao) với kali disulfat (K₂S₂O₇) để chuyển các khoáng silicat (ngoại trừ quartz) có trong mẫu (hoặc trong phần cặn) về dạng các oxide hoạt hóa. Sử dụng dung dịch natri hydroxide (NaOH) và dung dịch acid hydro chloride (HCl) có nồng độ phù hợp để lần lượt hòa tan silicon dioxide (SiO₂) và các oxide hoạt hóa khác vừa tạo thành.

SiO₂ dạng quartz không tham gia phản ứng và còn lại trong phần cặn. Lọc, tách và nung cặn ở nhiệt độ (950 ± 50) °C, xử lý phần còn lại bằng dung dịch acid hydro fluoride để tách SiO₂ dạng quartz ở dạng Silicon tetrafloride (SiF₄) dễ bay hơi. Từ sự hao hụt khối lượng trước và sau khi xử lý cặn, xác định được hàm lượng SiO₂ dạng quartz có trong mẫu theo phương pháp khối lượng.

7.2  Cách tiến hành

7.2.1  Mẫu đất sét, đất cao silic, cao lanh, felspard, laterite và cát

7.2.1.1  Xử lý mẫu bằng K₂S₂O₇ để chuyển các khoáng silicat (ngoại trừ quartz) có trong mẫu về dạng các oxide hoạt hóa.

Cân khoảng 0,5 g mẫu thử dùng để phân tích hóa học (Điều 6) chính xác đến 0,0001 g, vào chén bạch kim có lót sẵn 3 g đến 4 g K₂S₂O₇ (4,3) và phủ lên trên một lớp mỏng (khoảng 3 g) K₂S₂O₇ nữa.

Nung chảy hỗn hợp có trong chén ở nhiệt độ (750 ± 50) °C trong khoảng từ 10 min đến 15 min. Lấy chén ra khỏi lò nung, để nguội.

7.2.1.2  Sử dụng dung dịch natri hydroxide (NaOH) và dung dịch acid hydro chloride (HCl) để lần lượt hòa tan Silicon dioxide (SiO₂) và các oxide hoạt hóa khác vừa tạo thành.

Chuyển chén có chứa khối nung chảy vào cốc thủy tinh dung tích 250 mL có chứa sẵn khoảng 100 mL nước nóng để tách khối nung chảy khỏi chén bạch kim. Rửa sạch chén và thêm từ từ vào cốc thủy tinh từng lượng nhỏ natri hydroxide (NaOH) (4.4). Tổng lượng NaOH thêm vào khoảng từ 10 g đến 12 g (sử dụng cân kỹ thuật). Đun nóng dung dịch trên bếp cách cát hoặc cách thủy (nhiệt độ khoảng từ 80 °C đến 100 °C) trong khoảng từ 10 min đến 15 min để hòa tan khối nung chảy.

Lấy cốc ra để nguội đến khoảng 50 °C. Lọc dung dịch trong cốc khi còn nóng qua giấy lọc không tro chảy trung bình. Dùng nước nóng tráng rửa cốc và phễu lọc có chứa cặn khoảng từ 8 lần đến 10 lần. Dùng giấy lọc không tro lau sạch đũa thủy tinh, thành cốc và chuyển định lượng toàn bộ cặn lên phễu.

Tiếp tục dùng dung dịch acid hydro chloride (1 +1) (4.1) tráng rửa cốc và phần cặn có trong phễu khoảng từ 5 lần đến 8 lần nữa. Sau đó rửa sạch cốc và phần cặn đến hết ion chloride bằng nước cất nóng (thử bằng dung dịch bạc nitrat (AgNO₃) 0,5 %) (4.5).

7.2.1.3  Xử lý phần còn lại bằng dung dịch acid hydro fluoride để tách SiO₂ dạng quartz ở dạng Silicon tetrafloride (SiF₄) dễ bay hơi.

Chuyển giấy lọc và cặn vào chén bạch kim, sấy và tro hóa giấy lọc trên bếp điện. Nung chén ở nhiệt độ (950 ± 50) °C trong 1 h 30 min, lấy chén ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi cân. Nung lại ở nhiệt độ trên và cân cho đến khi thu được khối lượng không đổi (m₁).

Tẩm ướt kết tủa trong chén bằng vài giọt nước cất, thêm vào chén từ 2 giọt đến 3 giọt dung dịch acid sulfuric (1 + 1) (4.6) và 5 mL dung dịch acid hydro fluoride (HF) đậm đặc (4.7). Làm bay hơi chất chứa trong chén trên bếp điện đến khô. Thêm tiếp từ 3 mL đến 4 mL acid hydro fluoride (HF) đậm đặc (4.7) nữa và lặp lại quá trình làm bay hơi trên bếp điện đến khi khô kiệt (không còn khói trắng bốc ra).

Cho chén vào lò nung ở nhiệt độ (950 ± 50) °C trong 30 min, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi cân. Lặp lại quá trình nung 15 min, làm nguội rồi cân đến khi đạt được khối lượng không đổi (m₂).

7.2.2  Mẫu đá vôi, dolomite và thạch cao

7.2.2.1  Xử lý mẫu sơ bộ bằng acid hydro chloride (HCl) để hòa tan bớt các hợp chất dễ tan

Cân khoảng từ 1 g đến 2 g mẫu thử dùng để phân tích hóa học (Điều 6) chính xác đến 0,0001 g, vào cốc thủy tinh dung tích 100 mL. Thêm vào cốc 50 mL dung dịch acid hydro chloride (HCl) (1+9) (4.2), khuấy đều hỗn hợp và đun trên bếp đến sôi. Đun thêm khoảng 2 min nữa. Trong quá trình đun, chú ý dùng đũa thủy tinh dầm tan hết các phần mẫu.

Lấy cốc ra, để nguội đến nhiệt độ khoảng 50°C rồi lọc dung dịch trong cốc khi còn nóng qua giấy lọc không tro chảy trung bình (thao tác trong tủ hút hơi độc).

Dùng nước nóng tráng rửa cốc và phần cặn khoảng 5 đến 8 lần. Chuyển định lượng phần cặn lên phễu. Tiếp tục rửa cốc và cặn đến hết ion chloride [thử bằng dung dịch bạc nitrat (AgNO₃) 5%] (4.5).

7.2.2.2  Xử lý phần cặn bằng K₂S₂O₇ để chuyển các khoáng silicat (ngoại trừ quartz) về dạng các oxide hoạt hóa và tách SiO₂ dạng quartz ở dạng SiF₄ dễ bay hơi

Chuyển giấy lọc có chứa cặn vào chén bạch kim, sấy và tro hóa giấy lọc trên bếp điện rồi nung ở nhiệt độ 650 °C trong khoảng thời gian từ 10 min đến 15 min. Sau đó, lấy chén ra, để nguội, rồi thêm vào khoảng từ 6 g đến 7 g K₂S₂O₇ . Tiến hành nung chảy hỗn hợp có trong chén ở nhiệt độ (750 ± 50) °C trong khoảng từ 10 min đến 15 min đến khi mẫu tan trong. Lấy chén ra khỏi lò nung, để nguội.

Tiếp tục sử dụng dung dịch natri hydroxide (NaOH) và dung dịch acid hydro chloride (HCl) để lần lượt hòa-tan Silicon dioxide (SiO₂) và các oxide hoạt hóa khác vừa tạo thành theo như cách tiến hành tại 7.2.1.2.

Cuối cùng, xử lý phần còn lại bằng dung dịch acid flouhydric để tách SiO₂ dạng quartz ở dạng silicon tetrafloride (SiF₄) dễ bay hơi theo như cách tiến hành tại 7.2.1.3.

7.3  Biểu thị kết quả

Hàm lượng silicon dioxide dạng quartz (SiO₂) có trong mẫu, tính bằng phần trăm (%), theo công thức:

trong đó:

m₁ là khối lượng chén bạch kim và kết tủa trước khi xử lý bằng acid HF, tính bằng gam (g);

m₂ là khối lượng chén bạch kim và kết tủa sau khi xử lý bằng acid HF, tính bằng gam (g);

m là lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam (g).

Chênh lệch cho phép giữa hai thí nghiệm tiến hành song song không vượt quá 0,15 %.

8  Báo cáo thử nghiệm

Trong báo cáo thử nghiệm bao gồm ít nhất các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Các chi tiết cần thiết để nhận biết mẫu thử;

c) Kết quả thử ở Điều 7;

d) Các đặc điểm bất thường ghi nhận trong quá trình thử;

e) Các thao tác bất kỳ được thực hiện không quy định trong tiêu chuẩn này.

MỤC LỤC

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Quy định chung

4  Hóa chất, thuốc thử

5  Thiết bị, dụng cụ

6  Chuẩn bị mẫu

7  Phương pháp xác định hàm lượng Silicon dioxide dạng quartz

8  Báo cáo thử nghiệm