摘要：我們在接手石英砂中的二氧化硅的測定過程中，發(fā)現(xiàn)原方法存在很大的偏差，造成結果很不穩(wěn)定，誤差竟然達到1.5%。經過改進，使方法更有科學依據(jù)，使結果的準確度和精密度都得到了很大的提高。同時，一個準確穩(wěn)定的測定，對于原料的好壞分類、磨制的細度均有與否，以及生產也都具有指導意義。

我們都知道二氧化硅是下一代功率半導體的核心技術方向，具有高耐壓、低損耗、高效率的特點。隨著航天事業(yè)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，二氧化硅在航空航天、精細化工等高新技術領域的應用日益廣泛。

在我們國內，雖然這幾年二氧化硅生產和出口的發(fā)展勢頭良好，但我國球形二氧化硅行業(yè)整體上研發(fā)和自主創(chuàng)新能力仍顯薄弱，市場上的產品大多技術含量低、附加值不高，而技術含量高、附加值高的高端產品仍主要依賴于進口，企業(yè)缺乏核心技術的競爭力。

我國二氧化硅原材料豐富，卻無法規(guī)模化生產出高純度、高流動性、低膨脹系數(shù)、良好粒度分布的高端球形硅微粉產品。一，沒有競爭優(yōu)勢，受到國外的牽制；二，造成了原材料的浪費。

因此，我們在生產二氧化硅產品時，是否對其原料檢測水平做到了足夠的精準？如果我們的檢測水平參差不齊，是很難判斷我們進廠的原料中的二氧化硅的準確含量的。這樣，在生產過程中我們也無法精確的判斷出二氧化硅的準確利用率，和生產所需用配料的準確配比，這也間接的對我們生產高純度球形二氧化硅的技術造成干擾。因此，準確測量出石英砂中二氧化硅的含量，對生產具有指導意義。

1 原理

我們檢測二氧化硅應該對整個反應原理和過程有個準確的了解，而不應該僅僅是按照操作規(guī)程來檢測。石英砂中二氧化硅的檢測過程就是：1、熔融，2、浸取，3、酸化、沉淀，4、過濾、洗滌，5、中和，6、滴定六步。即試樣經堿熔、浸取、酸化后，在強酸性溶液中加入氯化鉀和氟化鉀與硅酸離子形成氟硅酸鉀沉淀，然后過濾，留氟硅酸鉀沉淀進行中和除酸。氟硅酸鉀在熱水中析出等當量的氫氟酸，用氫氧化鈉標準溶液滴定，以消耗標準溶液的體積計算二氧化硅的含量。

反應方程式：

SiO₂+2KOH=K₂SiO₃+H₂O

K₂SiO₃+H₊=H₂SiO₃+K⁺

SiO₃^2-+6F^-+6H⁺+2K⁺=K₂SiF₆↓+3H₂O

K₂SiF₆+3H₂O(沸水)=2KF+H₂SiO₃+4HF

HF+NaOH=NaF+H₂O

2 分析步驟

(1)稱取試樣0.15g，精確至0.0001g，于50mL鎳坩堝中，加入3-4g氫氧化鉀和少量的硝酸鉀（脫硫），于650℃馬弗爐中熔融30min，取下冷卻。

(2)用熱水將熔融物洗入250mL塑料燒杯中，并洗凈坩堝內熔融物，浸取總體積小于30mL。

(3)趁熱迅速一次性加入15mL分析純硝酸混勻，加入分析純氯化鉀至溶液飽和（出現(xiàn)少量的結晶，即過量0.5-1g，）再加入5mL50%氟化鉀，并不斷的攪拌。放置5-10分鐘，待沉淀完全。

(4)用中速定性濾紙進行過濾，（漏斗、濾紙和筷子用飽和氯化鉀洗液調洗），用飽和的氯化鉀洗液洗燒杯和沉淀。

(5)加入30mLKCL-C₂H₅OH溶液，10滴酚酞，將沉淀與濾紙放入原燒杯中，攪碎，用氫氧化鈉標準溶液中和至剛微紅色不消失。

(6)加入150-200mL沸水，立即用氫氧化鈉標準溶液滴定至剛微紅色不消失，用玻璃棒不停的攪動，半分鐘不褪色再過量1-2滴即可。

3 計算

W（SiO₂）%=（CV*0.01502）/m*100

式中：V——滴定試樣溶液消耗氫氧化鈉標準溶液的體積（mL）

C——氫氧化鈉標準溶液的摩爾濃度（mol/l）

m——樣品的稱樣質量（g）

4 測定方法的改進和思考

(1)對水溫的改變。樣品浸取時，使用熱水即可，不一定非要用沸水，硅酸鉀K₂SiO₃在熱水和加壓時就易溶解。水溫的控制在60度左右，即在洗瓶中加入一半的正常水溫的水，另一半加入煮沸的水。注意控制水溫，注意天氣變化，要保證在后面沉淀的10分鐘，水溫變化不是很大。一個是控制氯化鉀的加入量，二是保證這10分鐘，飽和的氯化鉀析出的晶體不是很多，在過濾時，不會因為氯化鉀晶體太多，而額外增加洗滌次數(shù)。

(2)調整加入順序。原加入順序，先加氟化鉀生成了沉淀，溶液渾濁，再加氯化鉀無法控制加入量，無法判斷氯化鉀是否達到飽和并出現(xiàn)少量結晶。并且氟硅酸鉀應在飽和的氯化鉀溶液下，沉淀完全，所以應先加氯化鉀。 SiO₃^2-+6F^-+6H⁺+2K⁺=K₂SiF₆↓+3H₂O，當氯化鉀飽和后，平衡的逆向反應被抑制。氯化鉀加入少了，氟化鉀無法完全沉淀。加入多了，會對洗滌造成困難。改變加入順序，先加氯化鉀至飽和，并過量0.5-1g，再加氟化鉀。

(3)洗液的改變。將5%的氯化鉀洗液，改為飽和的氯化鉀洗液，減少洗滌過程的損失。（氯化鉀在35℃時濃度為120g/L，25℃時濃度為100g/L)，氯化鉀飽和洗液中氯化鉀根據(jù)此濃度進行加入，再加入到飽和稍微過量。

(4)細節(jié)的注意。

①過濾前，漏斗、濾紙、筷子，都需要用飽和的氯化鉀進行潤洗調好。如果對樣品要求精密度和準確度高，用于水解的沸水也需要加酚酞，用氫氧化鈉調到剛變微紅。

②過濾時，當濾紙上的氟硅酸鉀沉淀上混有氯化鉀結晶體，需要洗去氯化鉀結晶體，除去氯化鉀結晶體上面的酸，中和時，消耗氫氧化鈉的量為1mL左右。如果濾液中有結晶體，為氯化鉀結晶。合理的現(xiàn)象是，過濾過程中和濾液中的結晶體為少量。

(5)對終點顏色無法準確判斷的情況。有一部分化驗檢測企業(yè)在實踐中說保持中和的顏色和滴定終點的顏色一致，這里有個誤區(qū)，這個顏色不是指，當你中和的顏色為淺紅，你的終點就要控制為淺紅；當你的終點為深玫紅，你就要控制為深玫紅，這樣根本無法準確控制終點。其實中和酸的反應，和加熱水后，氟硅酸鉀水解用氫氧化鈉滴定的反應實際上就是酸堿中和的反應。根據(jù)酸堿中和滴定，溶液恰變色即為終點。酸堿中和完全為恰H⁺與OH^-反應完全，理論上為PH=7。酚酞的變色范圍為8.0-9.6，所以再加入氫氧化鈉到酚酞變色時，氟硅酸鉀水解生成的氫氟酸已經消耗完全。所以控制在酚酞剛剛變色再過量1-2滴是比較合適的終點，可以看見微粉色，也不會因為靠眼觀察顏色，平行樣出現(xiàn)較大偏差，使結果不穩(wěn)定。

(6)在終點恰好一滴變微紅色，即當加入一滴整個溶液變?yōu)槲⒓t色后，攪拌30S不褪色。如果褪色了，再一滴一滴加入至剛好整個溶液微紅色，攪拌30S不褪色，再過量1-2滴即可。

(7)滴定時速度的控制。剛加入沸水時，氟硅酸鉀還正在水解。如果立刻快速滴定，會造成氟硅酸鉀未水解完全，終點提前到達。如果滴定的整個過程，速度又太慢，水溫下降到70℃以下，可能氫氧化鈉標液會與氟硅酸鉀水解生成的硅酸反應，延長終點，使結果偏高。

5 結論

實驗以后的數(shù)據(jù)比以前更穩(wěn)定和準確。