芒硝矿石中硫酸钠含量的测定及纯化

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　第 25 卷第 2 期2009 年 4 月 德 州 学 院 学 报 Journal of Dezhou University Vol . 25 , No. 2 Apr . ,2009 　 芒硝矿石中硫酸钠含量的测定及纯化 吴鸿伟 (枣庄学院化学化工系 , 山东枣庄 　277160) 　　摘 　要 : 本实验用重量法测定硫酸根离子. 为了得到更多更纯的无水硫酸钠 ,也为本地区水泥的生产提供更低 廉的原料 (大约需要 8 % - 10 %的硫酸钠) ,同时考虑到现实成本的投入如能源消耗方面 ,采用简单可行的物理方 法 ,尽可能控制影响实验的因素 ,探寻出通过热融加热对芒硝矿石进行脱水 ,得到较纯净的无水硫酸钠的最佳操作 温度和时间 .并且初步测定了芒硝矿石中的 Cl - 、Ca2 + 、Mg2 + 的含量 ,为芒硝矿石的需求者提供参考及作为后 续处理工作的依据. 关键词 : 芒硝矿石 ; 重量法 ; 纯化 中图分类号 : O657 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 100429444 (2009) 0220042203 收稿日期 : 2008210231 作者简介 : 吴鸿伟 (19822) ,男 ,山东滕州人 ,助教 ,硕士 ,主要从事毛细管电泳药物分析的研究工作. 1 　问题的提出 据调查数据可知 ,工业级无水硫酸钠 (纯度在 95 %左右) 的价格在 620 元/ t 左右 ,而芒硝矿的价 格在 380 元/ t 左右. 因此为了充分发挥芒硝资源优 势 ,获得更多更纯更低价的无水硫酸钠 ,可对芒硝矿 石采取不同的进行纯化操作 ,如芒硝脱水法、转 化法、副产法、钙芒硝等 ,芒硝脱水法又分为全融蒸 发脱水法、热融蒸发脱水法和热融盐析脱水法 ,文中 采用热融蒸发脱水法[1 ] . 这将对芒硝矿石的深加工 起到积极的作用 ,也推动了本地区的支柱性产业 - 水泥业的发展 ,具有较强的经济效益和社会效益. 2 　实验部分 2 . 1 　实验原理 1) 芒硝矿石中硫酸钠含量的测定 因芒硝矿石中的 SO4 2 - 与 Ba2 + 结合形成 BaSO4 沉淀 ,硫酸钡的溶解度很小 ( Ksp = 111 × 10 - 10 ) ,其组成与化学式相符 ,摩尔质量较大 ,性质 稳定 ,符合重量分析对沉淀的要求[ 2 ] . 为了提高测定 结果的准确性 ,在进行形成 BaSO4 沉淀的操作时 , 严格遵循“稀、热、慢、搅、陈”的原则. 且加入稀盐酸 酸化 ,使 SO4 2 - 部分转变为 HSO4 1 - ,降低溶液的过 饱和度 ,同时防止胶溶作用 . 在洗涤沉淀时 ,为了降 低沉淀的溶解度 ,采用 20 %的乙醇洗涤[ 2 ] . 2) 芒硝矿石的纯化 生产无水硫酸钠文中采用简单可行的物理方法 - 热融蒸发脱水法. 由于无水硫酸钠的熔点很高 (熔 点为 1 157 K) ,一般不发生分解 ,可利用此性质 ,尽 可能控制影响实验的因素 ,通过控制温度和时间并 结合实际的成本消耗探寻出最佳的纯化条件. 2 . 2 　试剂 0. 050 mol/ L BaCl2 ; 11 mol/ L HCl ; 0. 019 mol/ L ED TA ; 0. 11 mol/ L AgNO3 ; Na2 CO3 ; 20 %乙醇 ; 40 g/ L NaO H ;20 g/ L K2 CrO4 ;钙指示 剂 ;0. 05 mol/ L Pb (NO3 ) 2 溶液 ;10 %的六次甲基四 胺缓冲溶液 ;0. 2 %二甲酚橙水溶液. 2 . 3 　实验方法 1) 对芒硝矿样的预处理 将芒硝矿样在研钵中研细后在电子天平上准确 称取芒硝矿样 25 g(精确至 0. 000 2 g) ,在干净的烧杯 中用适量的热水促使其溶解 ,然后趁热过滤 ,将滤液 转移到 1 000 mL 的容量瓶中 ,定容摇匀 ,贴上标签. 2) 芒硝矿石中硫酸钠含量的测定 用移液管移取 10. 00 mL 的矿样溶液 ,转入 250 mL 干燥的烧杯中 ,向其中加入 5 滴盐酸 ,然后加热 近沸 ,在不断搅拌下 ,逐滴加入热的浓度适当的 BaCl2 溶液 ,直至不再产生沉淀为止. 静置 ,取上层 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 清液 1～2 滴滴入 Na2 CO3 溶液溶液中 ,观察是否有 沉淀现象产生. 若有沉淀现象产生 ,则将沉淀放置陈 化一夜后过滤 ,用 20 %的乙醇“少量多次”的洗涤沉 淀 ,向滤液中加入 BaCl2 溶液 ,再次检验沉淀是否完 全. 将滤纸和 BaSO4 沉淀一并放入已恒重的坩埚 中 ,先在电热套上烘干、炭化 ,然后置于马弗炉中在 800 - 850 ℃下灼烧至恒重 ,在干燥器中冷却称其 质量 ,从而计算出芒硝矿石中硫酸钠含量. W (Na2 SO4 ) = (m2 - m1 ) ×142105 ×1000 233137 ×10100 ×m ×100 % 式中 :m1 - 已恒重的坩埚的质量 ; m2 - 已恒重的坩埚和硫酸钡的质量 ; m - 准确称量的矿样的质量. 3) 芒硝矿石的纯化 实验采用热融加热法对芒硝矿石脱水纯化. 将 时间固定为 1 h ,在一系列不同的温度下恒温加热 , 在干燥器中冷却称其质量 ,计算出加热后芒硝矿石 中硫酸钠的含量. m3 m4 ×100 % = W1Na2SO4 % (1) m3 m4 ×100 % = W2Na2SO4 % (2) 式中 :m3 - 矿样中 Na2SO4 的质量 ; m4 - 未加热前矿样的质量 ; m5 - 加热后矿样的质量. 将 (1) (2) 两式联立即可求出加热脱水后芒硝 矿石中硫酸钠含量 W2Na2SO4 %. 准确称取与上述相近的矿样 ,在最佳温度和不 同的时间条件下 ,对同一矿样进行恒温加热 ,在干燥 器中冷却称其质量 ,通过 (1) (2) 两式联立即可求出 芒硝矿石中硫酸钠含量 W2Na2SO4 %. 3 　实验结果 3 . 1 　芒硝矿石中硫酸钠含量的测定 在 2. 3 ,2) 中介绍了芒硝矿石中硫酸钠含量的 测定方法 ,即采用重量法形成 BaSO4 沉淀 ,经数据 处理得芒硝矿石中硫酸钠的含量如 1 所示 表 1 　芒硝矿石中硫酸钠的含量 V 矿样 (m1) mBaSO4 (g) WNa2SO4 ( %) WNa2SO4 (平均 %) 相对标准 偏差 ( %) 10. 00 0. 2033 49. 61 10. 00 0. 2050 50. 03 10. 00 0. 2051 50. 05 49. 82 　 1. 008 　 10. 00 0. 2032 49. 60 3 . 2 　芒硝矿石纯化的最佳的温度和时间 1) 最佳加热温度的确定 选取一系列容积相同的已恒重的坩埚 ,准确称 量其质量并将其均匀的铺展于坩埚底部 ,然后固定 时间 (1 h)在一系列不同的温度下恒温加热 ,在干燥 器中冷却称其质量. 做出温度 ( t) 和芒硝矿石中硫酸 钠含量 WNa2SO4 %的曲线图 (见图 1) ,从中寻找出最 佳的操作温度. 图 1 　纯化的最佳温度 依据图中的曲线可知在 200 ℃时芒硝矿石中硫 酸钠含量 WNa2SO4 % 较高 ,200 ℃以后硫酸钠的含量 变化很小 ,并结合现实的成本消耗 ,可选择温度 200 ℃为最佳的纯化温度. 2)最佳加热时间的确定 准确称取与上述相近的矿样 ,在最佳温度和不 同的时间条件下 ,对同一矿样进行加热 ,做出时间 ( t)和芒硝矿石中硫酸钠含量 W2Na2SO4 %的曲线图 (见图 2) ,从中寻找出最佳的加热时间. 图 2 　纯化的最佳时间 从图中的曲线可知在7. 5 h以后硫酸钠含量的 变化很小 , 在 7. 5 h 时芒硝矿石中硫酸钠含量 WNa2SO4 % 较高 ,因此可选择7. 5 h为最佳的纯化时 间. 3. 3 　芒硝矿石中的 Cl - 、Ca2 + 、Mg2 + 的含量测定 采用莫尔法、滴定法、重量法对芒硝矿石中的常 见的 Cl - 、Ca2 + 、Mg2 + 的含量进行测定 ,其测定结果 分别为 : Cl - 的含量 6. 45 % ;Ca2 + 的含量 0. 12 % ; Mg2 + 的含量 0. 18 %. 34　第 2 期 　　　　　　　　　吴鸿伟 :芒硝矿石中硫酸钠含量的测定及纯化 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 4 　讨论 4 . 1 　由于重量法测定结果的准确度高 ,不需要标准 试样 (或基准物质) ,设备价格较低 ,且严格控制形 成硫酸钡沉淀的操作条件能够较准确的测定出芒硝 矿石中硫酸钠的含量 ,产生的偏差较小. 4 . 2 　结合当前无水硫酸钠的发展前景及最近有关 提纯硫酸钠的相关文献和相关资料 ,本实验采用了 简单可行的物理方法对芒硝矿石提纯并寻求出最佳 的温度和时间条件 ,从而为更有效的利用芒硝矿石 提供了理论依据. 4 . 3 　对于无水硫酸钠纯度要求较高的行业来说 ,通 过本实验可知含量较高的是芒硝矿样中 Cl - ,其次 是 Ca2 + 、Mg2 + ,因此需要寻求出除去杂质的方法 , 此问题也有待于进一步研究[3 ] . 参考文献 : [1 ] 李淑萍 ,刘有智 . 用真空蒸发法制取无水硫酸钠 [J ] . 华 北工学院学报 , 2001 , (1) :58 - 61. [2 ] 华中师范大学 ,东北师范大学 1 分析化学实验 [ M ]1 北 京 :高等教育出版社 ,2001. [3 ] 郑端生 . 硝池内芒硝自然脱水转化现象分析 [J ] . 海盐 与化工 ,1996 (1) :17 - 18. Determination and Purif ication of Sodium Sulfate in the Mirabil ite WU Hong - wei (Depart ment of Chemist ry , Zaozhuang University , Zaozhuang Shangdong 277160 , China) Abstract : It is reported by references that t here are a lot of met hods ,which are used to determinate sulfate radical ion , such as gravimet ric met hod , tit rimet ric met hod , modern ion chromatograp hy , piezoelect ricity p recipitation adsorption law and so on. Considering act ual condition , I has adopted t he classical analytic met hod - gravimet ric met hod. On t he basis of t he experiment , to obtain more and p urer anhydrous sodi2 um sulfate , and also to p rovide more raw materials for t his local cementpis p roduction (to need about t he percent of 8 to 10 of sodium sulfate) . At the same time ,considering the invest ment of t he realistic co st , like t he aspect of energy consumption , I make use of t he simple and feasible p hysical met hod ,and cont rol t he factor as far as possible ,which influences t he experiment . Fininally , I inquire t he met hod which elimi2 nates the dehydration in t he mirabilite ore t hrough the hot melt heating , t hus to obtain t he best operating temperat ure and t he time ,which are in order to p ure anhydrous sodium sulfate. And I determinate the con2 tent of cholide ion , calcuim ion and magnesian ion in t he mirabilite ore p ret reated , which provides t he ref2 erence standard for it s demand and t he basis for t he following handle work. Key words : mirabilite ore ; gravimet ric method ; p urification 44 德州学院学报 　　　　　　　　　　 　　　　　第 25 卷