摘要：對(duì)采用干法消化工藝生產(chǎn)的氫氧化鈣產(chǎn)品中的氧化鈣含量進(jìn)行了分析，采用加熱分解的方法，可以計(jì)算出氫氧化鈣產(chǎn)品中的氧化鈣含量，該分析方法可以更好的對(duì)氫氧化鈣產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：氫氧化鈣；氧化鈣；熱失重；消化反應(yīng)
氫氧化鈣，俗稱熟石灰或消石灰，化學(xué)分子式 Ca(OH)2，由生石灰（CaO）加水消化反應(yīng)制得，是一種重要的非金屬礦物加工產(chǎn)品，被廣泛用于食品、醫(yī)藥、制糖和化學(xué)工業(yè)、造紙、石油添加劑、煙氣處理、污水處理、燃煤電廠脫硫、漂白粉制造等方面。
工業(yè)氫氧化鈣一般采用干法消化工藝進(jìn)行生產(chǎn)，將破碎后的生石灰和水按照預(yù)先設(shè)定好的比例連續(xù)加入化灰機(jī)中進(jìn)行消化反應(yīng)，得到的產(chǎn)品再經(jīng)過分級(jí)得到最終的產(chǎn)品。工業(yè)氫氧化鈣按照氫氧化鈣含量分為 95%，90%，85%和 80%等級(jí)，目前檢測(cè)氫氧化鈣含量的方法大多按照標(biāo)準(zhǔn)《HG/T 4120-2009 工業(yè)氫氧化鈣》[1]中規(guī)定的方法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)得到的結(jié)果是產(chǎn)品中以氫氧化鈣計(jì)的有效鈣含量。如果氫氧化鈣產(chǎn)品中存在未消化完全的氧化鈣，按照該方法進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)造成檢測(cè)的氫氧化鈣含量偏高。從生產(chǎn)管理的角度，有必要對(duì)氫氧化鈣產(chǎn)品中的氧化鈣含量進(jìn)行分析。蘇少龍[2]等以熱失重方法對(duì)氫氧化鈣產(chǎn)品中的氧化鈣含量進(jìn)行了分析。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該方法存在數(shù)據(jù)波動(dòng)較大、誤差較高等問題，原因可能與熱失重方法取樣量較小，導(dǎo)致取樣不均勻有關(guān)。另外許多氫氧化鈣生產(chǎn)企業(yè)沒有該方法所采用的熱失重儀器，本文針對(duì)氫氧化鈣產(chǎn)品中氧化鈣含量的分析提出了一種簡(jiǎn)單方便，便于操作的分析方法。
1. 實(shí)驗(yàn)方法
首先測(cè)定氫氧化鈣產(chǎn)品中的水分含量，然后按照標(biāo)準(zhǔn)《HG/T 4120-2009 工業(yè)氫氧化鈣》中規(guī)定的方法進(jìn)行滴定分析，得到有效鈣含量（以氫氧化鈣計(jì)）。另取10g氫氧化鈣試樣（精 確到0.0001g），置于干凈的坩堝中，放于馬弗爐中在580℃灼燒4h，取出后放入干燥器中冷 卻后稱重，得到580℃灼燒后的重量，由此可以得到580℃灼燒后氫氧化鈣試樣的失重率，根據(jù)失重率可以計(jì)算得到樣品中的氫氧化鈣含量和氧化鈣含量，具體分析方法如下：
1.1 有效鈣含量（以氫氧化鈣計(jì)）的測(cè)定
工業(yè)氫氧化鈣中有效鈣的含量按照《HG/T 4120-2009 工業(yè)氫氧化鈣》中規(guī)定的方法進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際操作步驟：取0.5g試樣（精確到0.0001g），置于250mL錐形瓶中，加入50 mL水，振搖使之混勻，加入50mL蔗糖溶液（蔗糖溶液的質(zhì)量濃度為300g/L），用電磁攪拌器攪拌15min后，再加入2~3滴酚酞溶液，溶液呈粉紅色，之后用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至溶液無(wú)色，并保持30s。
同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，除不加試樣外，其他加入的試劑種類和量與試驗(yàn)溶液完全相同，并與試驗(yàn)同時(shí)同樣處理。有效鈣含量以氫氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1計(jì)，數(shù)值以%表示，計(jì)算方法如下： ?" = (? ? ?')/1000 × ? × ?/2 ? × 100 （1）
式中：
c—鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，mol/L V—試驗(yàn)溶液所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL
V0—空白試驗(yàn)溶液所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL
m—試樣的質(zhì)量，g M—?dú)溲趸}的摩爾質(zhì)量（M=74.1），g/mol
1.2 氫氧化鈣含水量的測(cè)定
取 2g 左右氫氧化鈣試樣（精確到 0.0001g），100~105℃干燥 1h，取出后放入干燥器中冷卻后稱重，得到氫氧化鈣中的含水量，計(jì)算方法如下，以%表示： ?2 = ?" ? ?2 ?" × 100 （2） m1—試樣的質(zhì)量，g m2—105℃干燥后試樣的質(zhì)量，g
1.3 氫氧化鈣含量的測(cè)定和氧化鈣含量的計(jì)算
取10g氫氧化鈣試樣（精確到0.0001g），置于干凈的坩堝中，放于馬弗爐中在580℃灼燒4h，取出后放入干燥器中冷卻后稱重，得到580℃灼燒后的重量，由此可以得到580℃灼燒后氫氧化鈣試樣的失重率，計(jì)算方法如下，以%表示： ?3 = ?3 ? ?4 ?3 × 100 （3）
m3—試樣的質(zhì)量，g
m4—580℃灼燒后試樣的質(zhì)量，g
由于氫氧化鈣的分解溫度為580℃[3]，在580℃時(shí)氫氧化鈣分解失去1分子水變成氧化鈣。因此580℃灼燒時(shí)的失重率來(lái)自于氫氧化鈣產(chǎn)品中含有的水以及氫氧化鈣分解釋放出來(lái)的水。由此可以得到氫氧化鈣含量的計(jì)算方法：?4 = (?3 ? ?2) ×74/18 （4） w4—試樣中氫氧化鈣含量，% w3—580℃灼燒失重率，% w2—試樣中含水率，%如果氫氧化鈣產(chǎn)品中含水率極低，則上式可以簡(jiǎn)化為?4 = ?3 ×74/18 （5） 當(dāng)測(cè)定完氫氧化鈣樣品中的有效鈣含量、氫氧化鈣含量之后，可以利用該結(jié)果計(jì)算氧化鈣的含量。氫氧化鈣樣品的有效鈣包含實(shí)際存在的氫氧化鈣和以氫氧化鈣折算的氧化鈣兩部分，因此用有效鈣含量減去樣品中實(shí)際存在的氫氧化鈣含量，可以得到氧化鈣折算成氫氧化鈣部分的含量，根據(jù)這部分含量可以計(jì)算得到樣品中實(shí)際存在的氧化鈣含量。具體計(jì)算方法如式（6）所示： ?: = (?" ? ?4) ×56/74 （6） w5—試樣中氧化鈣含量，% w1—試樣中有效鈣含量（以氫氧化鈣計(jì)），% w4—試樣中氫氧化鈣含量，%
1.4 氧化鈣含量的測(cè)定
氫氧化鈣產(chǎn)品580℃灼燒后樣品中氧化鈣的含量按照《HG/T 4205-2011 工業(yè)氧化鈣》[4]中規(guī)定的方法進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際操作步驟：稱取約0.5g試樣，精確至0.0002g，置于250mL具塞錐形瓶中，加人50mL無(wú)二氧化碳水，振搖使之混勻。加入50mL蔗糖溶液（蔗糖溶液的質(zhì)量濃度為300g/L），用磁力攪拌器攪拌15min后，加入2~3滴酚酞指示液，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至無(wú)色，并保持30s不返色。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，除不加試樣外，其他加入的試劑種類和量與試驗(yàn)溶液完全相同，并與試驗(yàn)同時(shí)同樣處理。
氧化鈣含量以氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w6計(jì)，數(shù)值以%表示，計(jì)算方法如下： ?< = (? ? ?')/1000 × ? × ?/2 ? × 100 （7）
式中：
c—鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，mol/L V—試驗(yàn)溶液所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL
V0—空白試驗(yàn)溶液所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL
m—試樣的質(zhì)量，g M—氧化鈣的摩爾質(zhì)量（M=56.08），g/mol
2. 結(jié)果與討論
選取兩個(gè)氫氧化鈣樣品，分別進(jìn)行有效鈣含量、含水率測(cè)定和580℃灼燒試驗(yàn)，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。 表 1 氫氧化鈣產(chǎn)品中氧化鈣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)編號(hào) YJ20240326A YJ20240326B有效鈣含量/% 95.06 95.06 95.49 95.49試樣質(zhì)量/g 10.0030 10.0119 10.0013 10.0091580℃灼燒后質(zhì)量/g 7.9142 7.8608 7.7032 7.7216580℃灼燒后失重率/% 20.88 21.49 22.98 22.85試樣含水率/% 0.19 0.19 0.32 0.32氫氧化鈣含量/% 85.07 87.55 93.15 92.64氧化鈣含量/% 7.56 5.68 1.77 2.16
由以上實(shí)驗(yàn)可以看出，采用馬弗爐 580℃灼燒的實(shí)驗(yàn)，可以比較準(zhǔn)確的得到氫氧化鈣產(chǎn)品中實(shí)際存在的氫氧化鈣和氧化鈣的含量。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的可靠性，對(duì) 580℃灼燒后樣品的氧化鈣含量進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)前述分析可以得知，580℃灼燒后樣品的氧化鈣一部分來(lái)自于氫氧化鈣的分解，一部分來(lái)自樣品中原來(lái)存在的氧化鈣，可以據(jù)此計(jì)算得到 580℃灼燒后樣品中氧化鈣的理論含量，與分析測(cè)定的氧化鈣含量進(jìn)行比較，可進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的可靠性，具體計(jì)算方法如下： ?= = ?3 × >?4 ×56/74? + ?:@ 4 × 100 (8)
式中：
w7—580℃灼燒后氧化鈣含量（計(jì)算），% m3—試樣的質(zhì)量，g m4—580℃灼燒后試樣的質(zhì)量，g w4—試樣中氫氧化鈣含量，% w5—試樣中氧化鈣含量，% 表 2 氫氧化鈣 580℃灼燒后氧化鈣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)編號(hào) YJ20240326A YJ20240326B 試樣質(zhì)量/g 10.0030 10.0119 10.0013 10.0091580℃灼燒后質(zhì)量/g 7.9142 7.8608 7.7032 7.7216氫氧化鈣含量/% 85.07 87.55 93.15 92.64氧化鈣含量/% 7.56 5.68 1.77 2.16580℃灼燒后氧化鈣含量（滴定）/% 89.84 90.75 92.92 92.72580℃灼燒后氧化鈣含量（計(jì)算）/% 90.92 91.62 93.82 93.67
3. 結(jié)論
采用馬弗爐中 580℃灼燒實(shí)驗(yàn)的方法可以較為準(zhǔn)確地得到氫氧化鈣產(chǎn)品中實(shí)際存在的氫氧化鈣和氧化鈣含量。該方法操作相對(duì)簡(jiǎn)單、無(wú)需復(fù)雜精密的儀器設(shè)備，可在大多數(shù)氫氧化鈣工廠中進(jìn)行，滿足生產(chǎn)過程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督的要求。
參考文獻(xiàn):
[1]. 工業(yè)氫氧化鈣, in HG/T 4120-2009，2009.
[2]. 蘇少龍等, 工業(yè)氫氧化鈣中氧化鈣、氫氧化鈣及碳酸鈣測(cè)定方法的研究. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè),2020. 52(5): 第75-77頁(yè).
[3]. Dean, J.A., Lange's Handbook of Chemistry. 15th ed. 1999, New York: McGraw-Hill.
[4]. 工業(yè)氧化鈣, in HG/T 4205-2011，2011.
