一种钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量的测定方法

摘要

本发明提供一种钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量的测定方法，包括：在清除铁屑的再生砂中，加入水和硫酸标准溶液后加热搅拌，控制温度在80℃～90℃范围内，持续加热搅拌28～40min；冷却至室温，过滤得到滤渣和滤液，用水洗涤所述滤渣，直至回收的洗涤液呈中性，合并所述洗涤液和所述滤液得到待测的试液；向试液中加入溴甲酚绿-甲基红指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定至试液由红色变为绿色，记录消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，计算再生砂中氧化钠含量，本发明提供的方法可准确测定钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量，为再生砂能否重新利用提供准确的数据。

权利要求

1.一种钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）用磁铁将再生砂中混杂的铁屑清除；

2）向去除铁屑的质量为G的再生砂中加入水和体积为V2、浓度为 的硫酸标准溶液后加热搅拌；控制温度在75℃～90℃范围内，持续加热搅拌28～40min，冷却至室温，经过滤获得滤渣和滤液；上述硫酸标准溶液的加入量控制为能够使再生砂中的氧化钠溶出和被完全反应的前提下并过量；

3）将步骤2得到的滤渣用水洗涤，直至洗涤液呈中性，合并所述洗涤液和步骤2的滤液得到待测试液；

4）向步骤3得到的待测试液中加入溴甲酚绿-甲基红混合指示剂，用浓度为c1的氢氧化钠标准溶液滴定至试液由红色变为绿色即为终点，记录下滴定过程所消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，记为V1；

5）按以下公式计算氧化钠的百分含量：

式中：G—再生砂的质量，单位为g；c1—氢氧化钠标准溶液浓度，单位为mol/L;V1—滴定时消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，单位为mL；c2—硫酸标准溶液中氢离子浓度，单位为mol/L；V2—硫酸标准溶液的体积，单位为mL；61.98—氧化钠的摩尔质量，单位为g/mol；所述溴甲酚绿-甲基红混合指示剂通过以下方法配制:溶液Ⅰ，称取0.1g溴甲酚绿，用少量

95%(v/v)乙醇的溶解后，再用95%(v/v)乙醇定容至100mL;溶液Ⅱ，称取0.2g甲基红，用少量95%(v/v)乙醇的溶解后，再用95%(v/v)乙醇定容至100mL；取3份溶液I和1份溶液Ⅱ，混匀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制用于滴定的氢氧化钠标准溶液的体积在20～35mL之间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氢氧化钠标准溶液的浓度为

0.15-0.25mol/L，硫酸标准溶液的浓度为0.45-0.60mol/L。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤2中，控制温度在80℃～

90℃范围内，持续加热搅拌28～40min。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤3中对滤渣用水进行5次以上的洗涤，每次洗涤滤渣所用水的体积与再生砂的重量比为1：3-5，单位为毫升/克。

说明书

一种钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量的测定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种氧化钠含量的测定方法，尤其涉及一种钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量的测定方法。

背景技术

[0002] 型砂在铸造生产过程中的作用极为重要，因型砂的质量不好造成的铸件废品约占铸件总废品的30～50％。型砂按所用粘结剂不同，可分为粘土砂、钠水玻璃砂、水泥砂、树脂砂等。其中最常用的是以钠水玻璃作为粘结剂形成的钠水玻璃砂。在使用砂型进行铸造生产时，每生产1吨铸件就会产生6～15吨用过的旧砂。为避免旧砂的浪费，一般会将旧砂回收或重生后再次使用。以钠水玻璃作为粘结剂的型砂，因在铸造过程钠水玻璃的硬化反应是不可逆的，不能简单的将旧砂回收使用，而需要把砂粒表面已失效的粘结剂膜脱除，将旧砂再生后重新使用，这种经过再生处理基本恢复原砂性能的旧砂称为再生砂。

[0003] 当使用再生砂再次进行铸造生产时，再生砂中Na2O的含量，会显著影响铸造生产的顺利进行和铸件质量，如果再生砂中残存的Na2O含量过高，就会有大量的Na2O与钠水玻璃中的水发生反应，造成混砂过程由于钠水玻璃脱水引起硅酸溶胶的不断形成和凝聚，最终导致型砂脆性加剧，失去强度，妨碍铸造成型工作的进行。另外过量Na2O的存在还会引起型砂在浇注液的加热下出现软化、变形、涨形等问题。因此确定再生砂中Na2O的含量是将旧砂重新用于铸造生产的重要步骤。

[0004] 现有技术通过将再生砂放入水中加热沸腾后，冷却，多次洗涤，使再生砂中的Na2O溶解在水中，通过标准酸溶液滴定，测量再生砂中氧化钠的含量。但是实践证明，上述方法不能使再生砂中的氧化钠完全溶解在水中，并且溶解有氧化钠的液态物料呈现深棕色，严重影响滴定终点的判断，使得检测出的氧化钠含量误差大，重现性差。因此如何更加准确的测定再生砂中Na2O的含量，以确定再生砂是否可以进行重新用于铸造生产过程成为有待解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明提供一种钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量的测定方法，可准确测定钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量，为再生砂能否重新利用提供准确的数据。

[0006] 本发明提供的钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量的测定方法，包括以下步骤：

[0007] 1）用磁铁将再生砂中混杂的铁屑清除；

[0008] 2）向去除铁屑的质量为G的再生砂中加入水和体积为V2、浓度为 的硫酸标准溶液后加热搅拌；控制温度在75℃～90℃范围内，持续加热搅拌28～40min，冷却至室温，经过滤获得滤渣和滤液；上述硫酸标准溶液的加入量控制为能够使再生砂中的氧化钠溶出和被完全反应的前提下并过量；

[0009] 3）将步骤2得到的滤渣用水洗涤，直至洗涤液呈中性，合并所述洗涤液和步骤2的滤液得到待测试液；

[0010] 4）向步骤3得到的待测试液中加入溴甲酚绿-甲基红混合指示剂，用浓度为C1的氢氧化钠标准溶液滴定至试液由红色变为绿色即为终点，记录下滴定过程所消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，记为V1；

[0011] 5）按以下公式计算氧化钠的百分含量：

[0012]

[0013] 式中：G—再生砂的质量，单位为g；c1—氢氧化钠标准溶液浓度，单位为mol/L;V1—滴定时消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，单位为mL；c2—硫酸标准溶液中氢离子浓度，单位为mol/L；V2—硫酸标准溶液的体积，单位为mL；61.98—氧化钠的摩尔质量，单位为g/mol。

[0014] 本发明采用了返滴定方法测定再生砂中氧化钠含量，即，在确保再生砂中氧化钠溶出并被所加入硫酸完全中和的前提下，控制硫酸过量，再以碱液（氢氧化钠）返滴定，通过对被中和硫酸的精确测定获得再生砂中氧化钠含量。终点的控制更加容易掌握，相比于现有技术更利于提高测定结果的准确性。所以，控制所加入硫酸标准溶液过量是本发明的关键之一。具体操作中，可以先对再生砂中氧化钠含量做初步测定，在此基础上确定硫酸标准溶液的适当加入量，该操作对于本领域技术人员非常简单。

[0015] 在本发明的实施例中，为最大限度降低滴定管的系统误差或由于读数过小而代入的偶然误差，最好控制用于滴定过量的硫酸标准溶液的氢氧化钠标准溶液的体积在20～35mL。

[0016] 根据钠水玻璃砂的再生砂的再生工艺，一般的钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠的质量百分比在1.0%以下，所以，可在上述大概的再生砂中氧化钠的含量范围基础上，根据再生砂的重量，以及用于滴定的氢氧化钠标准溶液的浓度和体积，决定加入的过量硫酸标准溶液的体积。

[0017] 进一步优选的使用浓度为0.2mol/L左右的氢氧化钠标准溶液对浓度为0.5mol/L左右的过量硫酸标准溶液进行滴定。

[0018] 为保证测定结果的精确，所用的硫酸标准溶液和氢氧化钠标准溶液应该每两个月标定一次，或在每次使用前标定，其配制和标定过程按GB/T601《化学试剂标准滴定溶液的制备》规定执行。

[0019] 根据本发明的测定方法，再生砂在水和硫酸标准溶液体系中实施加入，以利于氧化钠的溶出和反应，在本发明的一个实施例中，可以控制加热温度在80℃～90℃范围内，持续加热搅拌28～40min。有利的操作是，在加热搅拌过程控制搅拌速度逐渐由小到大，在防止液体外溅的同时，使砂子全部搅动起来。上述加热搅拌可使用适当的搅拌器，例如可以使用磁力加热搅拌器完成。

[0020] 步骤3中对滤渣的洗涤要求充分，以洗涤液达到中性为准，从洗涤完全和利于后续滴定操作考虑，优选的，步骤3中对滤渣用水进行5次以上的洗涤，每次洗涤滤渣所用水的体积和再生砂的重量比为1：3-5，单位为毫升/克。将所收集的洗涤液与步骤2的滤液合并作为待测定试液。

[0021] 进一步的，为了使滴定终点的颜色变化明显，本发明使用变色范围较窄的混合指示剂：甲基红和溴甲酚绿混合指示剂，配置方法如下:溶液Ⅰ，称取0.1g溴甲酚绿，用少量95%(v/v)乙醇的溶解后，再用95%(v/v)乙醇定容至100mL;溶液Ⅱ，称取0.2g甲基红，用少量95%(v/v)乙醇的溶解后，再用95%(v/v)乙醇定容至100mL；取3份溶液I和1份溶液Ⅱ，混匀。

[0022] 本发明提供的再生砂中氧化钠含量的测定方法的有益效果：

[0023] （1）加入水和过量的酸标准溶液后，在加热搅拌的条件下处理钠水玻璃的再生砂，既可有效避免再生砂因受热不均匀而发生暴沸，又可促使再生砂表面与标准硫酸溶液的充分接触，促进酸碱反应的充分进行，从而使残余氧化钠溶解和反应更完全，检测结果的准确度高，重现性好。

[0024] （2）运用化学返滴定法，通过用氢氧化钠标准溶液滴定过量的硫酸标准溶液来测定钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠的含量，检测方案合理和科学。

[0025] （3）现有技术提供的再生砂中氧化钠含量的方法，在再生砂加水煮沸后分离滤渣得到的滤液中，直接用酸滴定来检测再生砂中氧化钠含量，是以甲基红作指示剂，其滴定终点会被滤液的颜色覆盖，使得终点颜色变化不明显，直接影响测定结果及准确度。本方法选用复合指示剂，使终点易于观察和掌握，从而保证检测结果的准确性。

[0026] （4）由以下实施例中使用加标回收率方法对本发明方法的验证可以看出，本发明方法测出的再生砂中氧化钠的含量准确性高，重现性好，能够为判断再生砂能否重新利用提供准确的数据。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明实施例的技术方案。

[0028] 实施例1

[0029] 一、使用本发明的方法对钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量进行测定，所述再生砂为以钠水玻璃作为粘结剂的型砂用于铸造产生的旧砂经再生处理得到，根据的经验或初步测定，已知再生砂中氧化钠的含量在1%以下。取出6等份，对其中1份按以下步骤进行测定：

[0030] 1）用磁铁将再生砂中混杂的铁屑清除；

[0031] 2）将去除铁屑的质量为10g的再生砂置于烧杯中，加入水和体积为10ml，浓度为0.5872mol/L的硫酸标准溶液后在磁力搅拌器上加热搅拌；在加热搅拌过程控制搅拌速度逐渐由小到大，在防止液体外溅的同时，使砂子全部搅动起来；并且在烧杯内液体温度升至
75℃时开始计时，控制温度在75℃～90℃范围内，持续加热搅拌40min停止，冷却至室温，经过滤获得滤渣和滤液；

[0032] 3）将步骤2的得到的滤渣用水进行6次以上洗涤并收取洗涤液，直至回收的洗涤液呈中性，合并所有的洗涤液和步骤2的滤液得到用于进行滴定的试液；每次洗涤滤渣所用水的体积与再生砂的重量比为1：3（毫升/克）。

[0033] 4）向步骤3得到的试液中加入8～10滴溴甲酚绿-甲基红指示剂，用浓度为0.1969mol/L的氢氧化钠标准溶液滴定至试液由红色变为绿色即为终点，滴定时消耗的氢氧化钠标准溶液的体积为24.25ml；

[0034] 5）结果计算

[0035] 将上述使用的氢氧化钠标准溶液和硫酸标准溶液的体积和浓度代入以下公式，计算氧化钠的百分含量：

[0036]

[0037] 式中：G—再生砂的质量（g）；c1—氢氧化钠标准溶液浓度（mol/L）V1—滴定时消耗的氢氧化钠标准溶液的体积（mL）；c2—硫酸标准溶液中氢离子浓度（mol/L）；10—硫酸标准溶液的体积（mL）；61.98—氧化钠的摩尔质量（g/mol）。

[0038] 二、检测准确度验证

[0039] 通过测定加标回收率的方法验证本发明检测方法的准确性。取上述剩余的5份再生砂（标号1-5），每份10g，向每份清除铁屑后的再生砂中加入20mg的标准氧化钠样品，进行使用本发明的方法进行加标回收率的测定，其测定结果如表1所示。

[0040] 表1

[0041] 准确度试验结果

[0042]

[0043] 通过加标回收试验数据可以看出，使用本发明方法测得的再生砂中氧化钠含量的准确性高，重复性好，为判断再生砂是否可以重新用于铸造生产过程提供准确的数据。

[0044] 实施例2

[0045] 一、使用本发明的方法对钠水玻璃砂的再生砂中氧化钠含量进行测定，所述再生砂为以钠水玻璃作为粘结剂的型砂用于铸造产生的旧砂经再生处理得到，根据的经验或初步测定，已知再生砂中氧化钠的含量在1%以下，取出6等份，对其中1份按以下步骤进行测定：

[0046] 1）用磁铁将再生砂中混杂的铁屑清除；

[0047] 2）将去除铁屑的质量为10g的再生砂置于烧杯中，加入水和体积为10ml，浓度为0.5024mol/L的硫酸标准溶液后在磁力搅拌器上加热搅拌；在加热搅拌过程控制搅拌速度逐渐由小到大，在防止液体外溅的同时，使砂子全部搅动起来；并且在烧杯内液体温度升至
80℃时开始计时，控制温度在80℃～90℃范围内，持续加热搅拌30min停止，冷却至室温，经过滤获得滤渣和滤液；

[0048] 3）将步骤2的得到的滤渣用水进行5次以上洗涤并收取滤液，直至回收的洗涤液