陶瓷原料全分析实验
Ⅰ 前言
一、陶瓷原料全分析的作用
“陶瓷原料全分析”是分析化学在陶瓷工业生产上的具体应用，它是研究陶瓷生产中所用的原料和辅助材料化学组成的分析化学及其相关理论的一门学科。
在日用陶瓷生产中，用于陶瓷坯体的主要原料有可塑性原料、瘠性原料和熔剂原料三大类，如粘土、石英、长石等；用于陶瓷坯体的主要原料除上述三类外，还有石灰石、白云、硼砂等；此外陶瓷生产中还需用到一些辅助原料，如石膏、耐火材料、增塑剂等。这些原料和辅助料的组成都比较复杂，为了产出合格产品，提高企业的经济效益，就必须进行陶瓷原料全分析。
通过对陶瓷原料的全分析，可以掌握原料质量的优劣，指导合理使用原料，正确配方和制订恰当的工艺线路。
二、陶瓷原料全分析项目
陶瓷原料的组成一般都比较复杂，含有的元素种类较多，但除硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠八种元素外，其他主元素及其化合物总量较小，对陶瓷产品质量影响不大，故一般全分析中不予考虑。这样，在陶瓷原料全分析中常规分析项目有：SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、CaO、K2O、Na2O、IL（灼烧减量）九项。当需测定其它项目时，必须特别指明。
三、陶瓷原料全分析实验报告应包括的内容：
1、 送检单位、抽样人、送检日期；
2、 试样名称、编号、要求分析项目；
3、 分析方法的标准编号及名称（参阅国家标准）；
4、 分析结果；
5、 分析者、审核者签名、分析单位盖章；
6、 结果报出日期；
7、 其他队分析结果有关的说明。
四、陶瓷原料全分析其他应注意的事项：
1、 分析用水为蒸馏水或相应纯度的脱离子水。
2、 除特别指明外，分析用试剂使用分析纯试剂：标准溶液标定使用基准试剂所用溶液指水溶液。
3、 分析用仪器及容量器具，须定期经法定的计量检定部门检定合格。
4、 分析过程中的恒重为处理前后两次之间的重量差不大于0.2 mg；精称为称量的精度精确至0.1 mg或0.2 mg。
5、 空白试验须用蒸馏水代替试样，按试样分析步骤同样，同时进行，并以试剂空白值对分析结果进行校正。
6、 平行结果之差不大于标准规定的分析允差，且全分析各组分的总和在99.5～100.5 %时，允许取其平均值为报出结果（报至小数点后第二位）。
7、 分析试样最大粒径应小于0.09 mm，最低重量不得少于50 g，其中一半试样应从报出结果之日起保存三个月，以备复查及仲裁分析用。
8、 分析试样在测定之前，须经过105～110 ℃干燥2h以上。
五、陶瓷原料全分析的分析方法及流程：
硅酸盐系统化学分析方法可分成经典法和快速法。经典法以重量法为基础；快速法主要以配为滴定法、比色分析法、火焰光度法、电位分析法为基础。本实验是我们根据我校的具体情况，对一九八五年所编《陶瓷原料分析实验》的修订，其分析流程如下:
重量法
SiO2
第一次称样 沉淀
配位滴定法
熔样 MgO+CaO
0.5 g试样 CaO
沉淀分离 溶液 Al2O3+TiO2
比色法 Fe2O3
TiO2
第二次称样
火焰光度法
第三次称样
Ⅱ 分析方法
一、SiO2的测定
1、 方法提要
本实验采用动物胶凝聚法测定SiO2，因为硅酸盐中只有碱金属硅酸盐可溶于水，故此刻用NaOH在镍坩埚终于高温下熔融(当原料中Al2O3含量偏高时应用Na2CO3加硼砂于铂坩埚中熔融)使原料中的硅以Na2SiO3形式存在。如Al2O3·2SiO2·H2O+6NaOH=2NaAlO2+4H2O，然后用浓盐酸处理即可得到非晶形H2SiO3的沉淀洗涤，灼烧称量，最后算出SiO2的含量。
2、 试剂的配制
（1） NaOH(AR)
（2） HCl(d=1.29 AR)
（3） 硫氰酸钾（10 %）
（4） 硝酸（d=1.42 AR）
（5） 动物胶溶液（1 %）
（6） 盐酸（5 %）（体积比）
3、 分析步骤
用递减量法精称0.5 g左右试样，置于洗净烘干的镍坩埚中，覆盖3.5 g NaOH，将镍坩埚放在电炉上低温加热，使NaOH熔融，摇匀，再将坩埚转入马弗炉中，从低温徐徐升温至600℃～650 ℃，保温30 min，取出冷却。
将坩埚外部洗净，放于250 ml带柄蒸发皿中，蒸发皿内放入热水50 ml，放在电炉上加热煮沸，直至熔块全部浸出，坩埚带盖用蒸馏水洗，并用沉扫擦扫干净。
向蒸发皿内加入15 ml浓盐酸，此时沉淀呈黄色，（如呈现绿色应适当添加盐酸，5滴浓硝酸于水浴或电热板上加热蒸发至糊状，然后加入10 ml的动物胶溶液和10 ml浓盐酸，在电炉上加热近沸（不允许沸），趁热用快速定量滤纸，清泻法过滤于25 ml容量瓶内，用5 %的盐酸洗涤沉淀2～3次，将沉淀转入漏斗，用沉扫擦发皿，一并转入漏斗继续使用5 %的热盐酸洗涤沉淀5～7次至铁离子没有为止（用硫氰化钾检验），滤液冷却后，加入水稀释至刻度备用。
将沉淀包好，转入已恒重的瓷坩埚中，在电炉上烘干、炭化、灰化、再于950 ℃灼烧30 min，取出冷却，置于干燥器，冷到室温，称量并恒重。
4、 计算
SiO2 %=
式中： G -----试样的质量（g）
----空坩埚的质量（g）
---带沉淀的坩埚灼烧后的恒重质量（g）
5、 问题讨论
（1） 由于粘土的吸水性较强，因此试样应迅速称量以使称样引起的误差减小。
（2） 由于硅酸沉淀易于产生溶胶现象，故待过滤液溶液不应放置太久。
（3） 在加热蒸发时，应不断搅拌，防止溶液发生溅跳现象。
（4） 洗涤坩埚时，为减少镍的溶出量，应避免盐酸与镍坩埚接触。
6、 允许误差
SiO2含量% | 允差% |
≤60 | 0.30 |
≥60 | 0.40 |
二、Fe2O3的测定
1、 方法提要
亚铁离子与邻二氮杂菲（邻菲罗啉）在PH=2～9的范围内，生成稳定的橘红色配合物，其最大吸收波长为510 mm。
试样中大部分铁以三价铁离子存在，测定时加抗坏血酸将其还原成亚铁离子，然后再加邻菲罗啉显色。
由于共存的Ni2+与邻菲罗啉生成有色物质会干扰铁的测定，可以利用不加抗坏血酸的空白溶液作参比，消除了Ni2+的干扰。
2、 试剂
（1） 铁标准溶液
精称0.0703 g分析纯硫酸亚铁铵NH4Fe（SO4）2·6H2O于100 ml烧杯中，加50 ml 1mol/L HCl。完全溶解后移入1 L容量瓶中，再加50 ml 1 mol/L 的HCl，用水稀释至刻度，摇匀。
（2）0.1 %邻菲罗啉溶液。
（3）2 %抗坏血酸溶液。
（4）PH=5.6的HAc-NaAc缓冲溶液。
3、分析步骤：
（1）工作曲线的绘制
分别吸取铁的标准溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 ml 于8只容量瓶中，依次分别加入5 ml 抗坏血酸溶液，5 ml HAc-NaAc缓冲溶液，5 ml邻菲罗啉溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10 min，用试剂空白作参比，在721型分光光度计于510 nm测其吸光度。以吸光度为纵坐标，铁含量为横坐标绘制工作曲线。
（2） 参比溶液
吸取试液3～5 ml（视试样含铁量而定）于50 ml容量瓶中，依次分别加入5 ml HAc-NaAc缓冲溶液，5 ml邻菲罗啉溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10 min。
（3） 试样中铁含量的测定
吸取与参比溶液同样量的试液于50 ml容量瓶中，按绘制工作曲线的操作，加入各种试剂显色；稀释至刻度，摇匀。以上述空白液作参比，在721型分光光度计上测出其吸光度，从标准曲线上求出相应含量。
4、计算
Fe2O3%=
式中： -----试液的含铁克数（g）
------吸取的试液毫升数（ml）
G ------试样的质量（g）
Mr(Fe2O3) Mr(Fe)------ Fe2O3 Fe的式量
5、问题讨论：
（1）由于抗坏血酸，邻菲罗啉易失效，所以抗坏血酸和邻菲罗啉应新鲜配制。
（2）由于Ni2+与邻菲罗啉生成有色配合无，Fe3+不与邻菲罗啉作用，因此采用不加抗坏血酸的空白液作参比，消除Ni2+干扰。
6、允许误差
Fe2O3含量% | 允差% |
≤0.5 | 0.05 |
0.51～1.0 | 0.1 |
1.1～2.0 | 0.15 |
三、TiO2的测定
1、 方法提要：
在PH=3.7的溶液中，钛铁试剂与TiO2+形成黄色配合物，与Fe3+形成蓝紫色配合物，但不
与Fe2+作用，因此，可加入抗坏血酸，在酸性溶液中将Fe3+还原为Fe2+以消除Fe3+对TiO2+的干扰。
2、 试剂
（1） 氧化钛标准溶液
精称分析纯草酸钛钾K2TiO(C2O4)·2H2O 0.2216克，置于500 ml烧杯中，加入4克(NH4)2SiO4，50 ml浓硫酸，加热煮沸10 min，冷却后，将此溶液倒入约盛有500 ml的1 L容量瓶中，冷至室温，用水稀释至刻度，充分摇匀。（此标准溶液1 ml相当于0.05毫克TiO2）。
（2）2 %抗坏血酸
（3）5 %钛铁试剂
（4）PH=3.7的HAc-NaAc缓冲溶液
3、分析步骤：
（1）标准曲线的绘制
在8个50 ml 容量瓶中，用滴定管依次准确中加入0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 ml钛标准溶液，用水稀释至15ml左右，加入2 %抗坏血酸5 ml，5 %钛铁试剂10 ml，逐滴加入1:1氨水至溶液呈黄色，再加入10 ml PH=3.7的HAc-NaAc缓冲溶液，用水稀释至刻度，摇匀。在分光光度计上于420 nm处用试剂空白作参比测定其吸光度。最后以吸光度作纵坐标，以TiO2含量（单位µg）作横坐标作图。
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