唐 山 学 院
水泥方向综合实验
题目：粉煤灰硅酸盐水泥的研制
环境与化学工程系 系 别：_________________________ 08无机非金属材料 班 级：_________________________
团体 姓 名：_________________________ 谔谔 指 导 教 师：_________________________
2011年
6月
23日
粉煤灰硅酸盐水泥的研制
摘 要
凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰（粉煤灰的掺量为20～40%）、适量石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰水泥。 酸盐水泥。
实验过程为原料的制备和加工，将石灰石、钢渣、铝矾土、砂岩四种原料磨细过0.08mm方孔筛后；进行生料化学分析，测出其中SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、Ａl2O3的含量，并测出各生料中的附着水分和烧失量。经配料计算，按计算出的配比配合生料，加水拌和然后在压力机上压饼，将压制的小试体放入电炉中煅烧。煅烧好的熟料要急冷，以保证熟料的质量。烧制出的孰料要进行化学分析，测出其中SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、Ａl2O3的含量。然后将磨细的熟料、石膏、粉煤灰按一定的比例配制出水泥。将水泥加水搅拌后制成2×2×2cm的小试块。小试块养护3天后测出其强度。
本实验的主要目的掌握水泥的制备过程以及生料熟料的化学分析方法，制出符合要求的水泥并队制出的水泥进行强度测定。
关键词： 粉煤灰 水泥 研磨 熟料分析 强度 生料分析
本次试验主要用石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩、粉煤灰及石膏来配制粉煤灰硅
目 录
1 引言 .......................................................................... 1 1.1 粉煤灰硅酸盐水泥 .......................................................... 1 1.2 粉煤灰 .................................................................... 1 1.3粉煤灰水泥经济社会效益与发展 .............................................. 2 1.4 粉煤灰水泥应注意的问题 .................................................... 3 2实验过程 ...................................................................... 5 2.1原材料准备及化学分析 ...................................................... 5
2.1.1原料的制备 ............................................................ 5 2.1.2石灰石的化学分析 ...................................................... 7 2.1.3铝矾土的化学分析 ..................................................... 10 2.1.4钢渣的化学分析 ....................................................... 14 2.1.6石膏中三氧化硫的测定 ................................................. 19 2.1.7数据记录及处理 ....................................................... 20 2.2合格生料的制备 ........................................................... 20 2.2.1数据处理及配料计算 ................................................... 20 2.2.2制备生料 ............................................................. 22 2.3水泥熟料的煅烧 ........................................................... 22 2.4水泥熟料化学分析 ......................................................... 24 2.5粉煤灰水泥的制备 ......................................................... 24 2.6试验所用仪器 ............................................................. 31 3 结论 ......................................................................... 32 4 误差分析 ..................................................................... 33 参考文献 ....................................................................... 34
1 引言
1.1 粉煤灰硅酸盐水泥
粉煤灰水泥，全称粉煤灰硅酸盐水泥。凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰（粉煤灰的掺量为20～40%）、适量石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰水泥。
粉煤灰水泥的生产与普通水泥基本相同。粉煤灰的掺加量，通常与水泥熟料的质量、粉煤灰的活性和要求生产的水泥标号等因素有关，主要由强度试验结果决定。粉煤灰的早期活性很低，因此，粉煤灰水泥的强度（尤其是早期强度）随粉煤灰的掺加量增加而下降。适当提高粉煤灰水泥的粉磨细度、增加水泥中的二水石膏掺量或掺加一些早强激发剂等，均能使粉煤灰水泥的早期强度的到一定程度的提高。
粉煤灰水泥的粉磨工艺，可以采用水泥熟料、粉煤灰、石膏共同粉磨的方法，也可以采用熟料和石膏、粉煤灰分别粉磨后再行混合的方法。由于粉煤灰已是细粉状物料，对熟料有助磨作用，使水泥在磨内的停留时间缩短，从而使水泥熟料的细颗粒减少，影响水泥的强度。
粉煤灰水泥的水化和硬化过程，与火山灰水泥的水化硬化过程极为相似，主要是熟料的水化反应，以及粉煤灰与Ca(OH)2之间相互交错的两级反应。即，硅酸盐水泥熟料水化生成的C-S-H和Ca(OH)2，被吸附在粉煤灰颗粒的表面，由于粉煤灰中高度分散的活性氧化物吸收Ca(OH)2，进而相互反应而形成以水化硅酸钙为主体的水化产物，水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶，这就是所谓的Ca(OH)2和粉煤灰进行的二次反应（也可称为火山灰反应）。
在粉煤灰颗粒表面上产生的大量的水化物结晶体，它们相互交叉连接，形成了很高的粘结强度，以致在劈裂时，即使粉煤灰颗粒被劈开，但粘结区还能保持完好，因而能达到相当高的力学强度。
此外，在粉煤灰水泥中除了火山灰反应以外，还有同其它矿物细粉一样的作用，那就是也可以进入水泥颗粒构成的絮凝结构中，使水化物析出的有效空间增大，从而加速了水泥的水化，这也叫做“微分效应”。 1.2 粉煤灰
粉煤灰是发电厂燃烧煤粉时得到的一种灰渣，也称飞灰属于火山灰质混合材。由于目前世界上的粉煤灰产量很大，约达到数十亿吨，而利用率还不够高，所以它是一种令人日益关心的工业副产品。特别是当电厂可使用的油、气燃料日益减少时，粉煤灰的产量还会增加。
从本身品质上看，粉煤灰内含硅、铝、钙、镁、铁等金属及非金属氧化物，属于再生的矿物资源，是一种有用的矿物原料。在工农业部门，包括水泥工业开发利用粉煤灰，不仅是必要的，也是可能的。国内外经验证明，在水泥工业中应用粉煤灰，既能带来利用废料、消除污染、保护环境等社会效益，又给水泥工业自身创造
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明显的经济和质量效益。
粉煤灰的化学成分，由于各地所用煤质不同，以及锅炉型式、燃烧状况、收尘方式等因素，使各地、各厂粉煤灰的成分波动范围较大。煤粉在燃烧时，由于炉温高，一般为1400℃～1500℃，燃烧后在烟气中冷却快，在粉煤灰的矿物相中，大部分为玻璃体，一部分为莫来石和石英，还有微量的赤铁矿、磁铁矿、方解石、类刚玉和金红石等结晶矿物。（
粉煤灰的颗粒细度与煤质、煤粉细度、燃烧制度、吸尘、排放等有关各厂波动幅度甚大。如以0.080毫米筛余量计，细者筛余量为≤1%，而粗者，筛余量可达40%以上。??粉煤灰在水泥工业中的用途有两大类。一是作为水泥原料配料，二是用作水泥混合材料。 ????
作为水泥原料配料即用粉煤灰黏土配料，代替或部分代替黏土原料。常见粉煤灰与水泥厂常用黏土的成分相比较，有一定近似性。一般说，粉煤灰中的铝、铁含量偏高，而含硅量偏低。通过配料计算和辅助原料的掺配，可满足熟料烧成的要求。粉煤灰中的烧失量(未燃尽炭)、尚能强化烧成，降低煤耗，节约能源。
在回转窑干法或湿法生产中，可直接通过配料计算，确定粉煤灰掺量。在立窑生产中，由于粉煤灰的颗粒一般较粗，采用其粉配料时，除通过计算、试烧外，还需测试其成球性能。必要时可辅以部分塑性黏土(如河泥、淤泥、黏性土等)或采用较细粉煤灰。
粉煤灰是一种火山灰质材料，即具有能与石灰反应形成水化硅酸盐的性能。在水泥中，粉煤灰能参与水泥的水化、硬化。在水泥生产中利用粉煤灰作为混合材料的历史较久，并早已纳入国标GBl75和GBl344两大标准中。目前不少水泥厂由于缺乏混合材资源，矿渣供应不足，较广泛地使用粉煤灰作为混合材。
其中烧失量和抗压强度比是粉煤灰的主要技术指标。烧失量过大，会恶化水泥的使用性能(需水量增大)和耐久性。抗压强度比(又称强度活性)则是粉煤灰火山活性的表现，直接影响粉煤灰作为水泥混合材的效果。
用作水泥混合材的粉煤灰，尚有一种称为液态渣的特殊品种，它是煤粉在液态，炉(炉温达1600摄氏度以上)中燃烧成液态，排出炉外时经水碎成粒。液态由于炉温高，冷却快，活性强，是一种理想的火山灰质混合材料。
粉煤灰在水泥工业中的利用技术已较成熟。各方面有关政策规定也比较完整、配套。各地、各厂可结合粉煤灰来源、品质和供应条件，从环境保护、产品开发和企业经济利益出发，大力开拓粉煤灰在水泥生产过程中的应用，粉煤灰在水泥工业中的应用前景将会更加光明。 1.3 粉煤灰水泥经济社会效益与发展
1、节省燃料
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一方面由于粉煤灰的产生过程就相当于一个熟化过程，当用它代替粘土组分时就省掉粘土用于熟料消耗的能量；另一方面由于粉煤灰中尚含有一定数量未燃烧的碳粒，在某些粉煤灰水泥生产中得到应用。因此，在粉煤灰水泥生产的配料中可以减少加入煤量。
2、增加产量，降低电能
粉磨普通硅酸盐水泥时，掺加粉煤灰作混合材料，能起一定的助磨作用，使磨机产量有所提高，单位电耗降低。
3、降低产品成本，改善水泥某些性能
粉煤灰比生产传统水泥的原材料易得，廉价，能降低产品成本； 4、保护环境，变废为宝
像我们这样一个燃煤大国，能使粉煤灰资源得到很好的再生利用，对避免生态环境恶化，实行可持续发展，造福子孙后代具有中重要意义
根据可持续发展理念，近年来我国对水泥行业提出了节能减排的要求，这需要通过有效措施减少水泥生产中的能源和资源消耗量。相应途径之一就是减少水泥中熟料的掺量，引入粉煤灰、粒化高炉矿渣等工业固体废弃物加以补充。目前，国内厂家生产复合硅酸盐水泥时多采用熟料、高炉矿渣、粉煤灰等共同粉磨的工艺。
粉煤灰水泥为国内主要水泥品种之一。我国从五十年代就开始了粉煤灰生产水泥的研究，并取得一定成果。上世纪90年代初国内就建成了粉煤灰水泥生产线。 2007年11月9日颁布实施的国内新的粉煤灰水泥标准《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007，使粉煤灰水泥技术标准和国际接轨。
我国粉煤灰水泥的生产与发到国家相比还有较大差距，要从根本上解决这一问题，关键是要以创新的意识和技术来促进粉煤灰的综合利用工作，重视新产品的开发和转化，加大科研投入，研制出技术含量高、市场前景好的产品。 1.4 粉煤灰水泥应注意的问题
应该注意的是用粉煤灰做混合材料时，其质量需达到GBl596—881、Ⅱ级灰的要求。根据粉煤灰的掺量，可生产普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥(粉煤灰掺量≤15%)和粉煤灰水泥(粉煤灰掺量20%～40%)。由于粉煤灰掺量增加，粉煤灰水泥与普通硅酸盐水泥性能有所不同，主要是早期强度有所降低。在生产中对粉煤灰的均匀性要求严格。用60%～70%粉煤灰、25%～30%水泥熟料及少量石膏进行研磨，可生产低标号水泥，称为砌筑水泥。这种水泥用灰量大，生产成本低，市场容量大，是很有开发前途的利废产品。
粉煤灰水泥混凝土泌水较快，容易引起失水裂缝。施工过程中，要适当增加抹面次数，在硬化早期宜加强养护，以保证粉煤灰水泥混凝土强度的正常发展。不宜用于有抗渗要求的混凝土工程，也不宜用于干燥环境中的混凝土工程及有耐磨性要求的混凝土工程。燥环境中的混凝土不宜选用粉煤灰硅酸盐水泥的主要原
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因是因为粉煤灰硅酸盐水泥在干燥环境中水泥水化时间较短，而粉煤灰水化时间较长。如果在干燥环境中使用，会造成砼主体失水严重，造成后期强度增长过慢。水泥在运输和存放过程中不能受潮和淋雨。
熟料的易磨性差，而粉煤灰又是细度非常好粉体，生产水泥时，粉煤灰与熟料及其他混合材矿物共同混磨，严重影响熟料和其他矿物的细化。
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2实验过程
2.1原材料准备及化学分析
2.1.1原料的制备
1、石灰石样品的制备过程
1）从石灰石堆场上取其具有代表性的试样50kg左右，然后经颚式破碎机进行破碎，至粒度为5～10mm，然后采用四分法缩至5kg，然后将其倒入球磨机中进行研磨，50min后当其细度达到4%左右时，将试样从磨机中取出，在用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配制生料的石灰石原料），用磁铁吸出其中的铁粉。将样品于玛瑙研钵中进行细磨，再缩分至5g，用玛瑙研钵研磨至全部通过0.08mm的方孔筛，将其放入称量瓶中于烘箱烘干，置于干燥器中作分析用。 2）附着水分
准确称取1～2g试样，放入预先已烘干至恒量的称量瓶中，置于105～110℃的烘箱中（称量瓶在烘箱中应敞开盖）烘2h。取出，加盖（但不应盖得太紧），放在干燥器中冷至室温，将称量瓶紧密盖紧，称量。如此再入烘箱中烘1h。用同样方法冷却、称量，至达恒重为止。
试样中附着水分的质量分数按下式计算： W?m?m1m?100
式中 W-----附着水分，%；
m-----烘干前试样的质量，g； m1----烘干后试样的质量，g。 烘干前试样的质量=1.3934g； 烘干后试样的质量=1.3823g； 附着水分=0.8%。 3）烧失量
准确称取约1g已在105～110℃烘干过的试样，放入已灼烧至恒量的瓷坩埚中。置于高温炉中，从低温升起，在950～1000℃的高温下灼烧30min。取出，置于干燥器中冷却，称量。如此反复灼烧，直至恒重。
试样中烧失量的质量百分数按下式计算: XL?m?m1m?100
式中 XL-----烧失量，%；
m-----灼烧前试样的质量，g； m1-----灼烧后试样的质量，g。
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灼烧前试样的质量=0.9980g； 灼烧后试样的质量=0.6662g； 烧失量=33.25%。 2、铝矾土样品的制备过程
1）取铝矾土试样15kg，置于烘箱中烘干，然后经颚式破碎机进行破碎至粒度为5～10mm，将其倒入球磨机中进行研磨，30min后当其细度达到4%左右时，将试样从磨机中取出，在用四分法将样品缩至200g（其余的试样可作为配制生料的粘土原料），余下的操作过程同石灰石。
2）附着水分测量方法同石灰石 烘干前试样的质量=1.3336g； 烘干后试样的质量=1.3202g； 附着水分=1.01%。
3）烧失量测量方法同石灰石 灼烧前试样的质量=0.9903g； 灼烧后试样的质量=0.8920g； 烧失量=9.93%。
3、钢渣样品的制备过程基本上同铝矾土或石灰石。 1)附着水分测量方法同石灰石 烘干前试样的质量=1.5120g； 烘干后试样的质量=1.5096g； 附着水分=0.16%。
2)烧失量测量方法同石灰石 灼烧前试样的质量=1.0275g； 灼烧后试样的质量=1.0137g； 烧失量=1.34%。
4、砂岩样品的制备过程基本上同铝矾土或石灰石。 1)附着水分测量方法同石灰石 烘干前试样的质量=1.6620g； 烘干后试样的质量=1.6448g； 附着水分=1.04%。
2)烧失量测量方法同石灰石 灼烧前试样的质量=0.9884g； 灼烧后试样的质量=0.9536g； 烧失量=3.52%。
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2.1.2石灰石的化学分析
石灰石是水泥生产的主要原料之一，其主要成分为碳酸钙。石灰石由于经常含有不同的杂质而成白色、淡黄色或褐色。常见的杂质有硅石、粘土、碳酸镁、氧化铁等。用于水泥原料的石灰石，其成分一般介于以下范围：
SiO2 -----0.2%-10% CaO-----45%-53% Al2O3-----0.2%-2.5% MgO-----0.1%-2.5% Fe2O3-----0.1%-2% 烧失量-----36%-43% 1、二氧化硅（氟硅酸钾容量法）
碳酸钾熔融分解试样。 1）试剂
酸、硝酸（1+20）、氯化钾、氯化钾溶液（50g/L）、氟化钾溶液（150g/L）、 氯化钾-乙醇溶液（50g/L）、酚酞指示剂溶液（10g/L）、氢氧化钠标准滴定溶液（0.05mol/L）。
2）试验步骤
准确称取约0.5g已在105～110℃烘干过的试样，置于铂坩埚中，在950～1000度的温度下灼烧3～5min。将坩埚放冷，加1～1.5g研细的无水碳酸钾，用细玻璃棒混匀，盖上坩埚盖，再于950～1000℃的温度下熔融10min。放冷后，用少量热水将熔融物析出，倒入300mL塑料杯中，坩埚以少量稀硝酸（1+20）和水洗净。加入10mL的150g/L氟化钾溶液，盖上表面皿，从杯口一次加入15mL硝酸，以少量水冲洗表面皿及杯壁。冷却后，加入固体氯化钾，搅拌并压碎未溶颗粒，直至饱和，冷却并静置15min。以快速滤纸过滤，塑料杯与沉淀用50g/L氯化钾溶液洗涤2-3次，将滤纸连同沉淀一起置于原塑料杯中，沿杯壁加入10mL的50g/L氯化钾-乙醇溶液及1mL的10g/L酚酞指示剂溶液，用0.05mol/L氢氧化钠标准溶液中和未洗尽的酸仔细搅动滤纸并随之擦洗杯壁，直至溶液呈红色。然后加入200mL沸水，以0.05mol/L氢氧化钠标准溶液滴至微红。试样中二氧化硅的质量百分数按下式计算： X2SiO2?TSiOV2m?1000?100
式中XSiO---每毫升氢氧化钠标准滴定溶液相当于二氧化硅的质量，mg/mL； V---滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL； m---试样质量，g。
2、EDTA配位滴定铁、铝、钙、镁试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分析试样）
1）试剂
氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5）、硝酸。 2）分析步骤
准确称取0.5g已在105～110℃烘干过的试样，置于预先已熔有3g氢氧化钠的
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银坩埚中，再用1g氢氧化钠覆盖在上面。盖上坩埚盖，置于600～650℃的高温炉中熔融20min。取出坩埚，冷却后，将坩埚连同熔融物一起放入预先已盛有约100mL热水的300mL烧杯中。摇动烧杯，使熔块溶解。用玻璃棒将坩埚取出，并用少量水和盐酸（1+5）将其洗净，洗液并入烧杯中。然后一次加入15mL盐酸，搅拌，使熔融物完全溶解，加入数滴硝酸，加热至沸，将溶液冷至室温后，移入250mL容量瓶中，水稀释至标线，摇匀待用。 3、三氧化二铁（EDTA-配位滴定法） 1）试剂
氨水（1+1）、磺基水杨酸钠指示剂溶液（100g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。 2）分析步骤
吸取100mL上述制备好的溶液试样，放入300mL烧杯中，用氨水（1+1）调整溶液的pH值至2.0.将溶液加热至70℃左右，加10滴100g/L磺基水杨酸钠指示剂溶液，在不断搅拌下用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液缓慢滴定至亮黄色（终点时溶液温度应在60℃左右）。
试样中三氧化二铁的质量百分数按下式计算： X式中 TFe2O3Fe2O3?TFe2O3V?2.5m?1000?100
-----每毫升EDTA 标准滴定溶液相当于三氧化二铁的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； 2.5-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。 4、三氧化二铝（EDTA-铜盐回滴定法） 1）试剂
EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）、乙酸-乙酸钠缓冲溶液（pH4.0）、PAN指示剂溶液（2g/L）、硫酸铜标准滴定溶液（0.015mol/L）。 2）分析步骤
在上述滴定铁后的溶液中，加入10～15mL0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液（其体积记为V1），然后加水稀释至约200mL。将溶液加热至70～80℃后，加15mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液（pH4.3），煮沸1～2min。取下，稍冷，加5～6滴2g/L的PAN指示剂溶液，以0.015mol/L硫酸铜标准滴定溶液滴定至亮紫色（其体积记为V2）.
试样中三氧化二铝的质量百分数按下式计算： X式中 T
Al2O3Al2O3?TAl2O3(V1?KVm?10002)?2.5?100
-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于三氧化二铝的质量，mg/mL；
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V1-----加入EDTA标准滴定溶液的体积，mL； V2-----滴定时消耗硫酸铜标准滴定溶液的体积，mL；
K-----每毫升硫酸铜标准滴定溶液相当于EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
2.5-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。 5、氧化钙（EDTA-配位滴定法） 1）测定原理
Ca2+与EDTA在pH8～13时能定量络合形成无色内络合物CaY2-络合物，络合物的稳定常数为KCaY =1010.69。由于络合物不很稳定，故以EDTA滴定钙只能在碱性溶液中进行。在pH8～9滴定时易受Mg2+干扰，所以一般在pH>12.5进行滴定。由于Ca2+的络合物指示剂很多，在水泥化学分析中，应用最普遍的有钙指示剂（NN）、甲基百里香酚蓝（MTB）以及钙黄绿素等。
2）测定所用试剂
三乙醇胺（1+2）、CMP混合指示剂、氢氧化钾溶液（200g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。
3）测定步骤
吸取25mL上述制备好的试样溶液，放入400mL烧杯中。用水稀释至约250mL，加入3mL三乙醇胺（1+2）及适量的CMP混合指示剂，在搅拌下加入200g/L氢氧化钾溶液至出现绿色荧光后再过量3～5mL（此时溶液的pH值应在13以上）。用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至绿色荧光消失并转变为粉红色（耗量为V1）。
试样中氧化钙的质量百分数按下式计算： XCaO?式中 TCaOTCaOV1?10m?1000?100
-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化钙的质量，mg/mL；
V1-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； 10-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。 6、氧化镁（EDTA-配位滴定法） 1）测定原理
用络合滴定测定镁，目前广为采用差减法，即在一份溶液中于pH10用EDTA滴定钙、镁合量，而在另一份溶液中于pH>12.5用EDTA滴定钙，镁的含量是从钙、镁合量中减去钙后而求得的。
2）滴定所用的试剂
三乙醇胺（1+2）、氨-氯化铵缓冲溶液(pH10）、酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5）混合指示剂、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。
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3）测定步骤
吸取25mL上述制备好的试样溶液，放入400mL烧杯中。用水稀释至约250mL，加入3mL三乙醇胺（1+2），搅拌，然后加入20mL氨-氯化铵缓冲溶液（pH10）及适量的酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5）混合指示剂，用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至溶液呈纯蓝色（耗量V2）。此为滴定钙、镁合量。
试样中氧化镁的质量百分数按下式计算： X式中 TMgOMgO?TMgO(V2?V1)?10m?1000?100
-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/mL；
V1-----滴定钙时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
V2-----滴定钙、镁合量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； 10-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。 2.1.3铝矾土的化学分析
1、试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分解试样）
1）、制备试剂
氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5）、硝酸 2）、制备方法
准确称取约0.5g已在105～110℃烘过2h的试样置于银坩埚中，加入7～8g氢氧化钠，盖上坩埚盖（应预留一定缝隙）。放入已升温至400℃的高温炉中，继续升温至650～700℃后，保温20min（中间可摇动熔融物一次）。取出坩埚，冷却后，放入盛有100mL的热水烧杯中，盖上表面皿 ，适当加热，待熔融物完全浸出后取出坩埚，用热水和盐酸（1+5）洗净坩埚和盖 ，洗液并入烧杯中。然后一次加入25mL盐酸 ，立即用玻璃棒搅拌，加入数滴硝酸，加热煮沸，将所得澄清溶液冷却至室温后，移入250mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。 2、二氧化硅（氟硅酸钾容量法）
1）、测定基本原理
氟硅酸钾容量法测定二氧化硅是依据硅酸在过量的氟离子和钾离子存在下的强酸性溶液中，能与氟离子作用形成氟硅酸离子[SiF6]2-，并进而与钾离子作用生成氟硅酸钾（K2SiF6）沉淀。该沉淀在热水中溶解并生成当量的氢氟酸，因而可用氢氧化钠溶液进行滴定，借以求得样品中的二氧化硅含量。
2）、测定所用试剂
硝酸、氟化钾溶液(150g/L)、氯化钾、氯化钾溶液（50g/L）、氯化钾—乙醇溶液（50g/L）、酚酞指示剂溶液（10g/L），氢氧化钠标准滴定溶液（0.15mol/L）。
3）、测定步骤
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吸取50mL上述制备号的试样溶液，放入300mL塑料杯中，加入10mL硝酸，冷却片刻。然后加入10mL的150g/L氟化钾溶液，搅拌，再加入氯化钾，搅拌并压碎不溶颗粒，直至饱和。冷却，并静置15min。用快速滤纸过滤，塑料杯与沉淀用50g/L氯化钾溶液洗涤2～3次。将滤纸连同沉淀至于原塑料烧杯中，沿杯壁加入10mL的50g/L氯化钾—乙醇溶液及1mL的10g/L酚酞指示剂溶液，用0.15mol/L氢氧化钾中和未洗净的酸，仔细搅动滤纸并随之擦洗杯壁，直至酚酞变红（不记读数）。然后加入200mL沸水（沸水应预先用氢氧化钠中和至酚酞呈微红色），以0.15mol/L氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色（记下读数）。
试样中二氧化硅的百分含量按下式计算：
XSiO2?TSiO2V?5m?1000?100
式中 T SiO2-----每毫升氢氧化钠标准滴定溶液相当于二氧化硅的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL； 5-----全部试样溶液与所吸取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。
3、三氧化二铁（EDTA—配位滴定法）
1）、测定基本原理
用EDTA滴定Fe，一般以磺基水杨酸或其钠盐为指示剂，在溶液酸度为pH1.5～2,温度为60～70℃的条件下，磺基水杨酸与Fe3+络合成紫红色的配合物，能为EDTA所取代。
2）、测定所用试剂
氨水（1+1）、磺基水杨酸钠指示剂溶液（100g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。
3）、测定步骤
吸取50mL上述制备试样溶液，放入300mL烧杯中。加水稀释至100mL，用氨水（1+1）调整溶液的pH值至1.8～2.0（以精密pH试纸检验）。将溶液加热至70℃左右，加10滴100g/L磺基水杨酸钠指示剂溶液，在不断搅拌下用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液缓慢滴定至亮黄色（终点时溶液温度应在60℃左右）。
试样中三氧化二铁的质量百分数按下式计算：
XFe2O33+
?TFe2O3V?5m?1000?100
式中 TFe2O3-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于三氧化二钛的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL; 5-----全部试样溶液与所吸取试样溶液的体积比；
11
m-----试样的质量，g。
4、三氧化二铝、二氧化钛（EDTA络合滴定-苦杏仁酸置换-铜盐回滴定法）
1）、测定原理（EDTA络合滴定法）
在测定完铁后的溶液中，加入对Al 过量的EDTA标准溶液（一般过量10～15mL）．加热到70～80℃，调整溶液的pH值至3.8～4.0，将溶液煮沸1～2min。然后以PAN为指示剂，用铜盐标准溶液返滴剩余的EDTA。在此条件下，溶液中的少量钛也能与EDTA定量的络合。因而所测结果为铝、钛的合量。其络合反应式如下：
Al3+ + H2Y2- =AlY- +2H+ 用铜盐返滴过剩EDTA的反应为：
Cu2+ + H2Y2- =2H+ +CuY2-(绿色) （过量） 终点时指示剂的变色反应：
Cu2+ + PAN =Cu-PAN （红色） 2）、测定所用试剂
EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）、乙酸-乙酸钠缓冲溶液（pH4.3）、PAN指示剂溶液（2g/L）、硫酸铜标准滴定溶液（0.015mol/L）、苦杏仁酸溶液（50g/L）。
3）、测定步骤
在上述滴定铁后的溶液中，加入0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液至过量10～15mL（对铝、钛合量而言），加水稀释至约200mL。将溶液加热至70～80℃后，加15mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液（pH4.3），煮沸1～2min。取下，稍冷，加5～6滴2g/L的PDA指示剂溶液，以0.015mol/L硫酸铜标准滴定溶液滴定至亮紫色（此时消耗的硫酸铜标准滴定溶液的体积记为V1）。然后向溶液中加入15mL的50g/L苦杏仁酸溶液，并加热煮沸1～2min,取下冷至50℃左右，加入5mL的95%乙醇，2滴2g/L的PAN指示剂溶液，再以硫酸铜标准滴定溶液滴定至亮紫色（此时消耗的硫酸铜标准滴定溶液的体积记为V2）。
试样中三氧化二铝、二氧化钛的质量百分数按下式计算： XAl2O33+
?TAl2O3[V?(V1?V2)K]?5m?1000?100
式中TAl2O3 -----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于三氧化铝的质量，mg/mL；
V-----加入EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
V1-----第一次滴定时消耗硫酸铜标准溶液的体积，mL； V2-----第一次滴定时消耗硫酸铜标准溶液的体积，mL；
K-----每毫升硫酸铜标准溶液相当于EDTA标准滴定溶液的体积，mL； 5-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。
12
5、氧化钙（EDTA-配位滴定法）
1）、试剂
氟化钾溶液(20g/L)、三乙醇胺（1+2）、CMP混合指示剂、氧化钾溶液（200g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。
2）、分析步骤
吸取25mL试样溶液，放入400mL烧杯中。加入15mL的20 g/L氟化钾溶液，搅拌并放置2min以上。用水稀释至约200mL，加入5mL三乙醇胺（1+2）及适量的CMP混合指示剂，在搅拌下加入200 g/L氢氧化钾溶液至出现绿色荧光后再过量6～7mL（此时溶液的pH值应在13以上）。用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至绿色荧光消失并转变为粉红色（耗量为V1）。
试样中氧化钙的质量百分数按下式计算： XCaO?TCaOV1?10m?1000?100
式中 TCaO-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氟化钙的质量，
V1-----滴定时消耗EDTA标准溶液的体积，mL；
10-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。
6、氧化镁（EDTA—配位滴定法）
1）、试剂
氟化钾溶液（20g/L）、酒石酸钾钠溶液（100g/L）、三乙醇胺（1+2）、氨-氯化铵缓冲溶液（pH10）、酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5）混合指示剂、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。
2）、分析步骤
吸取25mL试样溶液，放入400mL烧杯中.加15mL的20g/L氟化钾溶液，搅拌并放置2min以上。用水稀释至200 mL，加入1mL的100 g/L酒石酸钾钠溶液及5 mL三乙醇胺（1+2），搅拌，然后加入25 mL氨-氯化铵缓冲溶液（pH10）及适量的酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5）混合指示剂，用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定（近终点时应缓慢滴定）至溶液呈纯蓝色（耗量V2）。此为滴定钙、镁合量。
试样中氧化镁的质量分数按下式计算： XMgO?TMgO(V2?V1)?10m?1000?100
式中 TMgO-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/mL；
V1-----滴定钙时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL;
V2-----滴定钙、镁合量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL; 10-----全部试样溶液与所吸取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。
13
2.1.4钢渣的化学分析
1、二氧化硅（氟硅酸钾容量法）
碳酸钾熔融分解试样。 1）试剂
酸、硝酸（1+20）、氯化钾、氯化钾溶液（50g/L）、氟化钾溶液（150g/L）、 氯化钾-乙醇溶液（50g/L）、酚酞指示剂溶液（10g/L）、氢氧化钠标准滴定溶液（0.05mol/L）。
2）试验步骤
度的温度下灼烧3～5min。将坩埚放冷，加1～1.5g研细的无水碳酸钾，用细玻璃棒混匀，盖上坩埚盖，再于950～1000℃的温度下熔融10min。放冷后，用少量热水将熔融物析出，倒入300mL塑料杯中，坩埚以少量稀硝酸（1+20）和水洗净。加入10mL的150g/L氟化钾溶液，盖上表面皿，从杯口一次加入15mL硝酸，以少量水冲洗表面皿及杯壁。冷却后，加入固体氯化钾，搅拌并压碎未溶颗粒，直至饱和，冷却并静置15min。以快速滤纸过滤，塑料杯与沉淀用50g/L氯化钾溶液洗涤2～3次，将滤纸连同沉淀一起置于原塑料杯中，沿杯壁加入10mL的50g/L氯化钾-乙醇溶液及1mL的10g/L酚酞指示剂溶液，用0.05mol/L氢氧化钠标准溶液中和未洗尽的酸仔细搅动滤纸并随之擦洗杯壁，直至溶液呈红色。然后加入200mL沸水，以0.05mol/L氢氧化钠标准溶液滴至微红。试样中二氧化硅的质量百分数按下式计算： X式中 TSiO2 准确称取约0.5g已在105～110℃烘干过的试样，置于铂坩埚中，在950～1000
SiO2?TSiOV2m?1000?100
---每毫升氢氧化钠标准滴定溶液相当于二氧化硅的质量，mg/mL；
V---滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL； m---试样质量，g。
2、EDTA配位滴定铁、铝、钙、镁试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分析试样）
1）试剂
氢氧化钠、盐酸、盐酸（1+5）、硝酸。 2）分析步骤
准确称取0.5g已在105～110℃烘干过的试样，置于预先已熔有3g氢氧化钠的银坩埚中，再用1g氢氧化钠覆盖在上面。盖上坩埚盖，置于600～650℃的高温炉中熔融20min。取出坩埚，冷却后，将坩埚连同熔融物一起放入预先已盛有约100mL热水的300mL烧杯中。摇动烧杯，使熔块溶解。用玻璃棒将坩埚取出，并用少量水和盐酸（1+5）将其洗净，洗液并入烧杯中。然后一次加入15mL盐酸，搅拌，使熔融物完全溶解，加入数滴硝酸，加热至沸，将溶液冷至室温后，移入250mL容量瓶中，水稀释至标线，摇匀待用。
14
3、三氧化二铁（EDTA-配位滴定法） 1）试剂
氨水（1+1）、磺基水杨酸钠指示剂溶液（100g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。 2）分析步骤
吸取100mL上述制备好的溶液试样，放入300mL烧杯中，用氨水（1+1）调整溶液的pH值至2.0.将溶液加热至70℃左右，加10滴100g/L磺基水杨酸钠指示剂溶液，在不断搅拌下用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液缓慢滴定至亮黄色（终点时溶液温度应在60℃左右）。
试样中三氧化二铁的质量百分数按下式计算： X式中 TFe2O3Fe2O3?TFe2O3V?2.5m?1000?100
-----每毫升EDTA 标准滴定溶液相当于三氧化二铁的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； 2.5-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。 4、三氧化二铝（EDTA-铜盐回滴定法） 1）试剂
EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）、乙酸-乙酸钠缓冲溶液（pH4.0）、PAN指示剂溶液（2g/L）、硫酸铜标准滴定溶液（0.015mol/L）。 2）分析步骤
在上述滴定铁后的溶液中，加入10～15mL0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液（其体积记为V1），然后加水稀释至约200mL。将溶液加热至70～80℃后，加15mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液（pH4.3），煮沸1～2min。取下，稍冷，加5～6滴2g/L的PAN指示剂溶液，以0.015mol/L硫酸铜标准滴定溶液滴定至亮紫色（其体积记为V2）.
试样中三氧化二铝的质量百分数按下式计算： X式中 TAl2O3Al2O3?TAl2O3(V1?KVm?10002)?2.5?100
-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于三氧化二铝的质量，mg/mL；
V1-----加入EDTA标准滴定溶液的体积，mL； V2-----滴定时消耗硫酸铜标准滴定溶液的体积，mL；
K-----每毫升硫酸铜标准滴定溶液相当于EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
2.5-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。
15
5、氧化钙（EDTA-配位滴定法） 1）测定原理
Ca2+与EDTA在pH8～13时能定量络合形成无色内络合物CaY2-络合物，络合物的稳定常数为KCaY =10
10.69
。由于络合物不很稳定，故以EDTA滴定钙只能在碱性溶液中
进行。在pH8～9滴定时易受Mg2+干扰，所以一般在pH>12.5进行滴定。由于Ca2+的络合物指示剂很多，在水泥化学分析中，应用最普遍的有钙指示剂（NN）、甲基百里香酚蓝（MTB）以及钙黄绿素等。
2）测定所用试剂
三乙醇胺（1+2）、CMP混合指示剂、氢氧化钾溶液（200g/L）、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。
3）测定步骤
吸取25mL上述制备好的试样溶液，放入400mL烧杯中。用水稀释至约250mL，加入3mL三乙醇胺（1+2）及适量的CMP混合指示剂，在搅拌下加入200g/L氢氧化钾溶液至出现绿色荧光后再过量3～5mL（此时溶液的pH值应在13以上）。用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至绿色荧光消失并转变为粉红色（耗量为V1）。
试样中氧化钙的质量百分数按下式计算： XCaO?式中 TCaOTCaOV1?10m?1000?100
-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化钙的质量，mg/mL；
V1-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； 10-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。 6、氧化镁（EDTA-配位滴定法） 1）测定原理
用络合滴定测定镁，目前广为采用差减法，即在一份溶液中于pH10用EDTA滴定钙、镁合量，而在另一份溶液中于pH>12.5用EDTA滴定钙，镁的含量是从钙、镁合量中减去钙后而求得的。
2）滴定所用的试剂
三乙醇胺（1+2）、氨-氯化铵缓冲溶液（pH10）、酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5）混合指示剂、EDTA标准滴定溶液（0.015mol/L）。
3）测定步骤
吸取25mL上述制备好的试样溶液，放入400mL烧杯中。用水稀释至约250mL，加入3mL三乙醇胺（1+2），搅拌，然后加入20mL氨-氯化铵缓冲溶液（pH10）及适量的酸性铬蓝K-萘酚绿B（1+2.5）混合指示剂，用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至溶液呈纯蓝色（耗量V2）。此为滴定钙、镁合量。
16
试样中氧化镁的质量百分数按下式计算： XMgO?式中 TMgOTMgO(V2?V1)?10m?1000?100
-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/mL；
V1-----滴定钙时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
V2-----滴定钙、镁合量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； 10-----全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比； m-----试样的质量，g。 2.1.5砂岩的化学分析 1、试样溶液的制备
称取约0.5g试样，，精确至0.0001g，置于银坩埚中，先在650～700℃预烧20min，加入6～7g氢氧化钠，于650～700℃的高温下熔融20min，取出冷却。将坩埚放入已盛有100mL近沸腾水的300mL烧杯中，盖上表面皿，在电炉上适当的加热，待熔块完全浸出后，取出坩埚，用水冲洗坩埚和盖。在搅拌下一次加入25～30mL盐酸，再加入1mL硝酸，用热盐酸（1+5）洗净坩埚和盖。将溶液加热至沸，冷却至室温，转移到250mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。此溶液供测定二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、二氧化钛等。 2、二氧化硅的测定
吸取50.00mL溶液，放入250～300mL塑料杯中，加入10～15mL硝酸，搅拌，冷却至30℃以下，加入氯化钾，仔细搅拌至饱和并有少量氯化钾析出，再加2g氯化钾及10mL氟化钾溶液，仔细搅拌，放置15～20min。用中速滤纸过滤，用氯化钾溶液洗涤塑料杯及沉淀3次。将滤纸连同沉淀取下，置于原塑料杯中，沿杯壁加入10mL30℃以下的氯化钾-乙醇溶液及1mL酚酞指示剂溶液，用0.15mol/L氢氧化钠标准滴定溶液中和未洗净的酸，仔细搅动滤纸并随之擦洗杯壁直至溶液呈红色。向杯中加入200mL沸水，用0.15mol/L氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色。
二氧化硅的质量百分数按下式计算： XSiO?20.5TSiO2Vm
式中 T SiO2-----每毫升氢氧化钠标准滴定溶液相当于二氧化硅的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；
m-----试样的质量，g。
3、三氧化二铁的测定
吸取25.00mL溶液放入300mL烧杯中，加水稀释至约100mL，用氨水（1+1）和盐酸（1+1）调节溶液pH值在1.8～2.0之间。将溶液加热至70℃，加10滴磺基水杨酸钠指示剂溶液，用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至呈亮黄色。保留此
17
溶液供测定三氧化二铝用，
三氧化二铁的质量百分数按下式计算： XFe式中 TFe2O32O3?TFe2O3Vm
-----每毫升EDTA 标准滴定溶液相当于三氧化二铁的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； m-----试样的质量，g。 4、三氧化二铝的测定
将测完铁的溶液用水稀释至约200mL，加1～2滴溴酚蓝指示剂溶液（2g/L），滴加氨水（1+2）至溶液出现蓝紫色，再滴加盐酸（1+2）至黄色，加入15mLpH3的缓冲溶液，加热至微沸并保持微沸1min，加入10滴EDTA-铜溶液及2～3滴PAN指示剂溶液，用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至红色消失，继续煮沸，滴定，直至溶液经煮沸后红色不再出现，呈稳定的亮黄色为止。 三氧化二铝的质量百分数按下式计算： X式中 TAl2O3Al2O3?TAl2O3Vm
-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于三氧化二铝的质量，mg/mL；
V-----加入EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
m-----试样的质量，g。 5、氧化钙的测定
吸取试样溶液25mL，放入400mL烧杯中，加5mL盐酸及7mL20g/L的氟化钾溶液，搅拌并放置2min以上，然后用水稀释至约200mL。加5mL三乙醇胺及适量的CMP混合指示剂，以200g/L氢氧化钾溶液调节溶液出现绿色荧光后再过量5～8mL。用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定至溶液绿色荧光消失并呈现红色。
氧化钙质量百分数按下式计算：
XCaO?TCaOVm
式中 TCaO-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化钙的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； m-----试样的质量，g。 6、氧化镁的测定
吸取25.00mL溶液放入400mL烧杯中，加水稀释至约200mL，加1mL酒石酸钾钠溶液，5mL三乙醇胺（1+2），搅拌，然后加入25mLpH10缓冲溶液及少许酸性铬蓝K-萘酚绿B混合指示剂（1+2.5）。用0.015mol/L的EDTA标准滴定溶液滴定，近终
18
点时应缓慢滴定至纯蓝色。
氧化镁的质量百分数按下式计算：
XMgO?TMgO(V2?V1)m
式中 TMgO -----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/mL；
V1-----滴定钙时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
V2-----滴定钙、镁合量时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL； m-----试样的质量，g。 2.1.6石膏中三氧化硫的测定 1、试剂
H型732苯乙烯强酸性阳离子交换树脂（1×12）、溴甲酚绿-甲基红指示剂溶液，氢氧化钠标准滴定溶液（0.05mol/L）。 2、分析步骤
准确称取约0.1g试样，置于已放入5g树脂、一根磁棒和10mL热水的150mL烧杯中，搅动烧杯使试样分散。加入100mL沸水，盖上表面皿，置于磁力搅拌器上，加热搅拌15min。取下，用快速滤纸过滤，滤液收集于300mL烧杯中，保存树脂，以便再生。向溶液中加入4～5滴溴甲酚绿-甲基红指示剂溶液，用0.05mol/L氢氧化钠标准滴定溶液滴定至亮绿色。滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积记为V，以同样的方法进行空白试验，消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积为V0.
试样中三氧化硫的质量百分数按下式计算： XSO?3SO3TSO3(V?V0)m?1000?100
式中 T-----每毫升氢氧化钠标准滴定溶液相当于三氧化硫的质量，mg/mL； V-----滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL； V0-----空白试验时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL； m-----试样的质量，g。
表1 石膏中SO3的含量 滴定溶液名滴定前体积滴定后体积
称 （ml） （ml）
石膏 NaOH溶液 43.50 19.80 空白实验 NaOH溶液 6.30 6.80 含石膏试样耗NaOH量V=23.7ml 空白试样耗NaOH量V0=0.5ml 石膏质量m=0.1035g 根据公式 XSO?3名称
总消耗量（ml） 23.70 0.50
百分含量（%） 37.81
TSO3(V?V0)m?1000?10019
，SO3 含量=37.81%
2.1.7数据记录及处理
1、附着水分
表2 原料中各成分的附着水分
石灰石 砂岩 钢渣 铝矾土 2、烧失量
表3 原料中的各成分的烧失量
石灰石 砂岩 钢渣 铝矾土
灼烧前质量（g）
0.9980 0.9884 1.0275 0.9903
表4 生料的化学分析
名称 石灰石 砂岩 钢渣 铝矾土
CaO(%) 49.45 0.44 40.82 0.95
SiO2(%) 6.51 92.58 17.2 40.6
Al2O3(%) 1.58 2.94 4.41 34.08
Fe2O3（%） 0.72 1.14 21.24 10.22
MgO（%） 0.60 0.32 9.27 0.21
灼烧后质量（g）
0.6662 0.9536 1.0137 0.8920
烧失量（%）
33.25 3.52 1.34 9.93
烘干前质量（g）
1.3934 1.6620 1.5120 1.3336
烘干后质量（g）
1.3823 1.6448 1.5096 1.3202
附着水分（%）
0.80 1.04 0.16 1.01
3、生料中各种氧化物含量
2.2合格生料的制备
2.2.1数据处理及配料计算
1、根据要制备的水泥熟料品种、性质、提出问题的工厂的窑型及其他工艺条件等查阅有关资料选择熟料的率值及矿物组成。如果对水泥有特殊性能要求，可根据水泥熟料矿物的特性制定矿物组成的范围。
2、计算熟料的成分，用递减试凑法计算各原料的配比。或根据综合设计时事先拟定的熟料产品方案计算。如果用正交试验设计安排实验的，每位同学按规定的因素、水平进行配料计算。根据配料计算结果进行配料、混合、成型及干燥。 1）生料化学成分
20
表5 原料计算成分
名称 石灰石 砂岩 钢渣 铝矾土 生料 灼烧生料
配合比(%) 81 5.6 7.4 6 100 ---
烧失量 26.93 0.197 0.099 0.586 27.81 ---
CaO(%) SiO2(%) Al2O3(%) Fe2O（ MgO（%） 3%）40.05 0.02 3.02 0.06 43.15 59.77
5.27 5.18 1.27 2.44 14.16 19.61
1.28 0.16 0.33 2.04 3.81 5.28
0.58 0.06 1.57 0.16 2.82 3.91
0.49 0.02 0.69 0.01 1.21 1.68
2）率值计算
KH?CaO?1.65Al2O3?0.35Fe2O32.8SiO2 代入数据，得： KH=0.900；
SM?SiO2
Al2O3?Fe2O3
代入数据，得：SM=2.13；
IM?Al2O3Fe2O3
代入数据，得：IM=1.35。 3）配合比例
表6 生料的配合比例
石灰石 砂岩 钢渣 铝矾土 共配置生料120g
则石灰石=120×81.02=97.22g, 砂岩=120×5.62=6.74g, 钢渣=120×7.3=8.82g, 铝矾土=120×6.01=7.21g.
21
附着水分(%)
0.80 1.04 0.16 1.01
湿原料质量配合比
(%) 81.65 5.66 7.41 6.06
质量比换算为百分
比(%) 81.02 5.62 7.35 7.21
2.2.2制备生料
1、原材料粉磨 从现场取样的原料经破碎后缩分成一定量的具有代表性的物料，用研钵研磨过0.08mm方孔筛，取筛下料装入瓶中备用。
2、配料称量 每人一个方案，所制备的生料量100～200g。按配料计算结果进行配料。按质量百分比，分别称量已经磨细的石灰石、铝矾土、钢渣、砂岩，然后一起放入混合容器中。根据要称量的量不同选择不同的天平，使称量的相对误差尽量一致。
3、混合 生料混合不均匀会使烧制后熟料粉化。粉状物料混合不像混合溶液那么容易。把称好的熟料放研钵中手工混合，或放入陶罐中，置于混合机上进行混匀。若需均化较多量的生料，可将配好的生料置于磨机中混合粉磨。
4、生料成分检验与调整 混匀后生料在不同部位取两个以上试样进行生料碳酸钙滴定值试验。确认均匀后，进行化学成分全分析，检验生料成分、率值是否与原计划一致，不一致要进行调整。
5、加水成型与烘干 称取一定质量的上述混匀后并检验合格的生料粉中，加入不超过20%的水搅拌，将搅拌好的湿生料粉于自制的成型的压制模具中压制成直径13mm×13mm或直径25mm×25mm的小试体，要求每个小试体的压制压力及质量尽量一致，试体两头与中间密度一致。将压制好的小试体放入磁盘中放入烘干箱中烘干。烘干后放入塑料袋中并编号准备煅烧用。
生料试块
2.3水泥熟料的煅烧
一、基本原理
硅酸盐水泥熟料高温煅烧过程是一个复杂的物理、化学反应过程，水泥生料在从常温到高温的煅烧过程中，随着温度的升高，经过原料水分蒸发、粘土矿物脱水、
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碳酸盐分解、固相反应，物料开始出现液相，进行固液相反应。硅酸盐水泥生料一般在1300℃左右出现液相，C3S一般随液相出现而形成。随着温度继续升高，液相量增加，液相粘度降低，物料经过一系列物理、化学、物理化学的变化后，最终生成以硅酸盐矿物为主的熟料。
在煅烧过程中出现液相前，贝利特已经形成，碳酸钙已基本全部分解。出现液相后，贝利特和游离石灰都开始溶于液相中，并以Ca2+与SiO44-离子状态进行扩散。通过离子扩散与碰撞，达到一定浓度后开始形成阿利特晶核，随后晶体逐步长大。这一过程常用如下方程式表示：
C2S(液)?CaO(液)?C3S(固)
在1300-1450℃的升温过程中，物料仅部分熔融（20%-30%）并结粒。阿利特的形成受游离石灰的溶解过程所控制。
在1450～1300℃的冷却过程中，阿利特晶体还将继续长大和完善。随着温度的降低，熟料相继进行液相的凝结与矿物的相变。因此，在冷却过程中要根据熟料的组成与性能的关系决定熟料的冷却制度。为了保证熟料的质量，多采用稳定剂和适当快冷的办法来防止阿利特的分解和β-C2S向γ-C2S的转变。
水泥生料易烧性，是指水泥生料按一定制度煅烧后的氧化钙吸收反应程度，其测定原理是按一定的煅烧制度对一种水泥生料进行煅烧后，测定其游离氧化钙含量，用该游离氧化钙含量表示该生料的煅烧难易程度。游离氧化钙愈低，易烧性愈好。易烧性还需要用反光显微镜、X射线分析手段观察和分析熟料的矿物形貌和组成进行较为深入的分析。 二、实验器材
1、预烧用高温炉，额定温度不小于1000℃；
2、硅钼棒高温电炉：最高使用温度1600℃，仪表精度不低于1.0级； 3、高铝质承烧器：不带盖平底耐高温容器（内铺一层刚玉砂）； 4、电风扇
5、坩埚钳、石棉手套、长钳、护目镜等。 三、实验步骤
1、 检查高温炉是否正常，并在高温炉中垫隔离垫料，防止承烧器与炉衬高温时粘结。
2、 易烧性试验试体煅烧最高温度可按下列温度依次进行：1350℃、1400℃、1450℃。若有特殊要求时，也可增加其他温度。
3、 进行易烧性试验，须将φ13mm×13mm试体放在105～110℃的电热干燥箱中烘干60min以上。取相同试体6个为一组，均匀且不重叠地平底耐高温容器内。将盛有试体的容器放入恒温950℃的预热高温炉中，恒温预烧30min。将预烧完毕的试
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体随同容器立即转放到恒温至试验温度的煅烧高温炉中，恒温煅烧30min，容器尽可能放置在热电偶端点的正下方，煅烧时间从放样开门起计到取样开门止。
保温结束后戴上石棉手套和护目镜，穿上工作服。用坩埚钳从电炉中拖出匣钵，立即倒出熟料试样，在空气中冷却。经冷却后，取6个试体一起研磨至全部通过0.08mm方孔筛，装入贴有标签的磨口小瓶中。然后进行游离氧化钙的测定。易烧性试验是以各试验温度煅烧后试样的游离氧化钙含量作为实验结果。
熟料试块
2.4水泥熟料化学分析
一、试样溶液的制备 1、方法提要
以铂坩埚-NaOH熔融试样，然后以沸水和浓酸提取熔融物。由于大量氯离子的存在，银离子主要形成[AgCl2]-配位离子，防止了AgCl的沉淀。在大体积中一次快速加入浓酸，使硅酸钠形成了可溶性硅酸，防止了硅酸的凝聚析出。因此，所得到的溶液是澄清透明的。 2、分析步骤
称取约0.5g试样置于银坩埚中，加入6～7g氢氧化钠，在650℃左右的马弗炉中熔融15～20min，取出冷却，将坩埚放入已盛有100mL沸水的烧杯中，盖上表面皿，于电炉上加热。待熔块完全浸出后，取出坩埚，用热盐酸（1+5）和水洗净坩埚和盖，在搅拌下一次加入25mL浓盐酸，加入1mL浓硝酸，加热至沸，冷却，转移至250mL容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀。 1、熟料中游离氧化钙的测定
1）方法提要
用乙二醇-乙醇（2+1）溶液，在温度100～110℃下，萃取样品中的 游离氧化钙，能在2～3min萃取完全，不经过滤，以酚酞为指示剂，用苯甲酸无水乙醇标准溶液直接滴定溶液中的乙二醇钙。
2）方法原理
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游离氧化钙与乙二醇在无水乙醇溶液中，于温度100～110℃作用，反应生成乙二醇钙，使酚酞指示剂呈红色，然后用苯甲酸无水乙醇标准溶液滴定至红色消失。
根据滴定乙二醇钙时，消耗的苯甲酸无水乙醇标准溶液的体积及对氧化钙的滴定度，求得样品中游离氧化钙的百分含量。
3）试剂
1乙二醇：分析纯（不需要脱水） ○
2无水乙醇：GR，含量不低于99.5%； ○
3乙二醇-乙醇（2+1）溶液 ○
40.1N苯甲酸无水乙醇标准溶液 ○
4）分析步骤
准确称取试样0.4g置于干燥的250mL的锥形瓶中，加入15～20mL乙二醇-乙醇溶液，轻摇锥形瓶使试样分散开，放入一枚搅拌子，放在测定以上，开启电源开关，调整工作时间到3min，以较低的转速搅拌溶液，同时升温，电压表指针调到150～220V左右的位置上，当冷凝下的乙醇开始滴下时，按启动键，开始计时，稍降温度电压表到150V左右，稍增大转速，定时结束后，萃取完毕，取下锥形瓶，用苯甲酸无水乙醇标准溶液滴定至红色消失，记下体积，按启动/停止键，关闭仪器总电源开关。
百分含量按下式计算：
fCaO%?TCaO?V?100G?1000
式中 TCaO-----每毫升苯甲酸无水乙醇标准溶液相当于氧化钙的毫克数；mg/mL；
V-----滴定消耗的苯甲酸无水乙醇标准溶液的体积，mL； G-----试样的重量，g。 试样0.4059g
TCaO=3.7040mg/mL
TCaO?V?100G?1000滴定使用苯甲酸无水乙醇标准溶液0.2 mL 根据公式fCaO%?名称
求得fcao%=0.18%。
表7熟料中f-CaO含量
滴定溶液名
称 苯甲酸无水
熟料
乙醇标准溶
液
20.0
20.2
0.2
0.18
滴定前体积（ml）
滴定后体积
(ml)
总消耗量(ml)
百分含量(%)
2、二氧化硅的测定
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1）方法提要
在氟离子和钾离子的酸性溶液中，使硅酸形成氟硅酸钾沉淀，经过滤、洗涤中和残余酸后，用热水使氟硅酸钾水解产生等物质的量的HF，然后以NaOH滴定。 2）分析步骤
吸取50mL上述已制备好的试样溶液置于300mL的塑料杯中，加入10～15mL浓硝酸，冷却至室温，加入150g/L氟化钾溶液10mL，搅拌，加入固体氯化钾，仔细搅拌至氯化钾饱和并析出，放置15～20min，用中速滤纸过滤，塑料杯及沉淀用50g/L的氯化钾水溶液洗涤3次，将滤纸连同沉淀取下置于原烧杯中，沿杯壁加入10mL50g/L的氯化钾-乙醇溶液及1mL10g/L的酚酞指示剂，用0.15mol/L氢氧化钠溶液中和未洗尽的酸，仔细挤压滤纸及沉淀直至酚酞变红（不记氢氧化钠消耗数），加入200mL沸水，搅拌，用0.15mol/L氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色。
二氧化硅质量百分数按下式计算：
XSiO2?5TSiOV210m
式中 T SiO2-----每毫升氢氧化钠标准滴定溶液相当于二氧化硅的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL； m-----试样的质量，g；
5-----全部试样溶液与所分取的试样溶液的体积比。
3、三氧化二铁的测定 1）方法提要
用EDTA配位滴定铁时，必须避免共存铝离子的干扰。控制pH1.8～2.0用EDTA直接滴定铁，铝基本上不影响测定。为加速铁的配位，溶液应加热至60～70℃之间。
2）分析步骤
吸取25mL已制备好的试样溶液于300mL烧杯中，用水稀释至约100mL，以氨水（1+1）调节pH至1.8～2.0，将溶液加热至60～70℃，加入10滴100g/L磺基水杨酸钠溶液，在不断搅拌下，用0.015mol/LEDTA标准滴定溶液缓慢滴定至溶液呈亮黄色。
三氧化二铁的质量百分数按下式计算： XFe式中 TFe2O32O3?TFe2O3Vm
-----每毫升EDTA 标准滴定溶液相当于三氧化二铁的质量，mg/mL；
V-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
m-----试样的质量，g。 4、三氧化二铝的测定 1）方法提要
26
在pH4时，过量的EDTA可定量配位铝和钛，然后用铜盐回滴剩余的EDTA。再加入苦杏仁酸，将EDTA-Ti配合物中的钛取代配位，用铜盐滴定释放的EDTA。 2）分析步骤
在滴定铁后的溶液中，加入0.015mol/LEDTA标准滴定溶液至过量10～15mL（V），加热至60～70℃，用氨水（1+1）调整溶液pH值至3～3.5，加入15mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液，煮沸1～2min，取下稍冷，加入4～5滴2g/LPAN指示剂，用硫酸铜标准滴定溶液滴定至溶液呈现亮紫色，记下消耗硫酸铜标准滴定溶液的毫升数（V1）。然后加入10mL苦杏仁酸溶液继续煮沸1min，补加1滴2g/LPAN指示剂，用硫酸铜标准滴定溶液滴定至溶液呈现亮紫色，记下消耗硫酸铜标准滴定溶液的体积（V2）.
氧化铝的质量百分数按下式计算：
XAl2O3?TAl2O3[V?(V1?V2)K]m
式中 TAl2O3-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于三氧化二铝的质量，mg/mL；
K-----每毫升硫酸铜标准滴定溶液相当于EDTA标准滴定溶液的体积； V-----加入EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
V1+V2-----两次回滴定消耗的硫酸铜标准滴定溶液的体积，mL；
m-----试样的质量，g。
5、氧化钙的测定 1）方法提要
再强碱性溶液中，硅酸与钙生成硅酸钙影响钙的测定，在酸性溶液中加入少量氟离子，可消除硅的干扰。 2）分析步骤
吸取25mL上述已制备好的试样溶液置于300 mL烧杯中，加入20g/L的氟化钾溶液5～7mL，搅拌并放置2min以上，用水稀释至200mL，加入5mL三乙醇胺（1+2）搅拌，加入少许CMP指示剂，搅拌下加入200g/L氢氧化钾溶液至出现绿色荧光后再过量5～8mL，用0.015mol/LEDTA标准滴定溶液滴定至溶液荧光消失并呈现红色。
氧化钙质量百分数按下式计算：
XCaO?TCaOV1m
式中 TCaO-----每毫升EDTA标准滴定溶液相当于氧化钙的质量，mg/mL；
V1-----滴定时消耗EDTA标准滴定溶液的体积，mL；
m-----试样的质量，g。
6、氧化镁的测定
1）分析步骤
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吸取25mL已制备好的试样溶液于300mL烧杯中，稀释至150～200mL，加入100g/L酒石酸钠钾1mL，三乙醇胺（1+2）5mL，搅拌，加入25mL氨-氯化铵缓冲溶液（pH10），再加入适量酸性铬蓝K-萘酚绿B指示剂，用0.015mol/L EDTA标准滴定溶液滴定至溶液呈纯蓝色。
氧化镁的质量百分数按下式计算： XMgO?TMgO(V2?V1)m
式中 TMgO-----每毫升氢氧化钠标准滴定溶液相当于氧化镁的质量，mg/mL； V2-----滴定钙、镁合量时消耗的EDTA标准滴定溶液的体积，mL； V1-----滴定钙时消耗的EDTA标准滴定溶液的体积，mL； m-----试样的质量，g。 7、 熟料化学分析的数据处理
表8 熟料的化学分析
名称 滴定溶液名滴定前体积滴定后体积
称 （ml） （ml） EDTA溶液 Fe2O3 11.20 13.10 EDTA溶液 Al2O3 11.20 23.40
CuSO4溶液 5.70 14.20
EDTA溶液 CaO 0.50 40.90 NaOH溶液 SiO2 31.20 41.20 EDTA溶液 Mgo 40.40 42.00 注：所称取熟料的质量是0.5097g。
根据熟料的化学分析数据，计算率值：
KH?CaO?1.65Al2O3?0.35Fe2O32.8SiO2总消耗量（ml）
百分含量（%）
1.90
12.20 8.50 40.40 10.00 1.60 4.48 5.55 66.68 22.07 1.95
KH=0.905
SM?IM?SiO2Al2O3?Fe2O3Al2O3Fe2O3 SM=2.20
IM=1.24
根据所计算的率值，计算熟料中矿物组成：
C3S?3.8(3KH?2)SiO2S?8.61(1?KH)SiO C C
224AF?3.04Fe2O3
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C3 A ? 2 . 65 ( Al O ? 0 . 64 Fe O ) 2 3 2 3
表9 熟料的矿物组成
名称 CS3 CS2 C4AF CA3
百分含量（%）
59.96 18.05 13.61 7.11
2.5粉煤灰水泥的制备
表10生料的配比
石灰石 砂岩 钢渣 铝矾土
所占百分比（%）
81.02 5.62 7.35 6.01
总共120(g) 97.22 6.72 8.82 7.21
将石灰石、砂岩、钢渣、铝矾土分别粉磨，并过0.08mm方孔筛，按上述比例称取原料，在研钵中拌合，拌合均匀后，加不超过20%的水，并搅拌均匀。
将拌合好的生料装入试模中，在压力机上压制成小圆柱体。在烘干机中烘干约1h。将烘干的试体放入电炉中煅烧两个半小时左右，然后将试体及时取出，急冷，所得即为煅烧的熟料。
根据下表中的石膏中SO3的含量估算出水泥中石膏的加入量，水泥中SO3的含量2%左右即可,
120×2%=2.4g,
2.4/37.81%=6.35g,以此为依据取5g石膏。
表11 石膏中SO3的含量
滴定溶液名滴定前体积滴定后体积
称 (ml) (ml)
石膏 NaOH溶液 43.50 19.80 空白实验 NaOH溶液 6.30 6.80 表12水泥的配比
名称 配比(%) 石膏 5.00 粉煤灰 35.00 熟料 60.00
将熟料、粉煤灰、石膏分别研磨，并过0.08mm方孔筛，按照上述称取量称取三种原料，将这三种原料混合均匀，所得即为粉煤灰硅酸盐水泥。
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名称
总消耗量
(ml) 23.70 0.50
百分含量(%) 37.81
称取量(g) 4.20 29.20 50.00
按水灰比1:3加水拌和，制成2×2×2cm的小试体，
刚脱模的水泥试体（上图）
放入水泥标准养护箱中养护，温度（20±1）℃，相对湿度大于90%，养护24小时后，脱模，放入水中继续养护，待测定其3d强度。
养护三天后的水泥试体（上图） 养护3d后做抗压强度，计算公式为：
F
R-----抗压强度（Pa)；
CRC?P P-------破坏荷重（N）；
F-------受压面积m2(长×宽=2cm×2cm）。 表13 试体的强度（养护龄期-3d）
试体编号
1 2 3 平均值
4×10
-4
受压面积m2 破坏荷重（KN）
3.2 3.3 3.8 3.4
抗压强度（MPa）
8.0 8.3 9.5 8.5
2.6试验所用仪器
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仪器名称
不锈钢水泥养护水槽 标准恒温恒湿养护箱 恒温磁力搅拌器
电子天平 电热鼓风干燥箱 游离钙测定仪 箱式电阻炉 电炉温度控制 恒温磁力搅拌器
表14 试验所用主要仪器
规格型号 YSC-306 40 ── ── 101-1 ── SX2
SX2-4-10 HZ-7
生产厂家
北京盛通精密试验仪器厂 北京盛通精密试验仪器厂
杭州仪表电机厂
上海精科
江苏满通县实验电器厂 河北科析设备有限公司 湘潭华丰仪器制造有限公
司
天津市中环实验电炉有限
公司
杭州仪表电机厂
3 结论
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(1)粉煤灰硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、一定量粉煤灰及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，三者的配比不同水泥的性能不同。粉煤灰掺入量变化范围很广从20%到40%，粉煤灰掺入量对水泥强度有较大影响。粉煤灰水泥的早期强度比较于矿渣水泥较低。
(2)根据需要设计合理的生料配比，设KH=0.905 IM=1.24 SM=2.20 石灰石为81.02% 钢渣为7.35% 铝矾土为6.01% 砂岩为5.62%，所得的熟料的CA3含量略低，而CS3含量正常，C4AF含量稳定。使得到的水泥早期强度比较低。
(3)生料配比中石灰石的含量对KH影响较大，铝矾土的含量对IM 影响较大，砂岩的含量对SM影响较大。一般石灰石含量或铝矾土或砂岩含量增大，KH或IM或SM都会随之增加。
(4)水泥的质量主要取决于水泥熟料的质量，而熟料的质量不仅与水泥生料成分、均匀性有关，而且与煅烧过程和煅烧的热工制度有关。
4误差分析
32
1、在读滴定管读数时存在的读数误差 2、称量物料时存在的称量误差
3、在原料破碎粉磨过程中混入杂质造成误差 4、将原料混合时混合不均匀造成误差 5、滴定终点时判断颜色变化存在误差 6、仪器本身的系统误差 7、温度湿度不同造成的误差
刘文永，李其敏，杨鹏，等. 参考文献
33
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响》[J].科技导报 2009
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2010
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粉煤灰 2010
[7] 苏峥，掺粉煤灰C60泵送混凝土的配制及应用，混凝土，(No.2 1996)． [8] 郭守铭，苏峥，沈广才，应用煅绕石膏生产早强粉煤灰水泥，四川水泥， (No.4．1995)
34