二氧化硅 篇1
关键词：氧化,二氧化硅,厚度控制
0 引言
单晶硅在自然界中,硅的氧化层具有多种功能,所以,在硅平面工艺中,氧化就是一个最重要的工艺。因为热氧化具有众多的优点,在工艺中,我们一般采用的是热生长氧化法。水汽氧化、干氧氧化以及湿氧氧化是包含于热氧化的三个方面。我们所针对与进行的是湿氧氧化同干氧氧化。继对硅片进行氧化之后,我们了解到,即使采用的是相似的参数,氧化层的厚度常常也会产生变化。为了能够对氧化层进行控制,本文计算了氧化层的厚度以及实测了样品,同时对导致偏差的因素进行了研究。
1 氧化工艺概述
氧化炉采用计算机监控与调温,石英管的内径为181mm,恒温区长度约500mm。采用硅片直径为75.5mm,厚度为330um左右。为提高氧化层质量,采用高纯氧,且在供气管路中进行了除湿处理。
2 理论计算
N型和P型硅,在晶向为111的方向,700和1300摄氏度之间进行干氧和湿氧时,氧化层厚度公式为
解为:
公式中x为氧化层厚度,t为氧化时间,A为氧化线性速率常数,B为氧化的抛物线速率常数。表1所示为干氧氧化、湿氧氧化的氧化温度与时间的理论计算值和实际测量值。
表1说明,氧化层厚度经过各环节监控,误差在15%左右。但常会发生不确定因素,使工作条件波动,亦会有误差。
3 使用的方法
3.1 使干氧和湿氧不干扰
在热氧化中,干氧和湿氧生长二氧化硅的速率差很多倍。通常热氧化装置、湿氧经同一管路。当干氧和湿氧生长二氧化硅的时间相差不大时,因为在二氧化硅管路中通干氧时不可以杜绝湿气尚有部分水汽而产生湿氧条件。基于此,我们对管路进行改进,在通干氧的时候,把氧气管路直接地通入炉子;而在通湿氧的时侯,首先将氧气管路通入湿氧瓶,然后经过湿氧瓶再通入炉子。因此,在管路中也就避免了干氧氧化受到湿气的影响。
3.2 水浴温度
在湿氧形成二氧化硅的工艺中,生长速度一方面会受到湿氧中水汽的含量的影响;另一方面还会受到水浴槽的温度。为了能够实现参数稳定的目标,我们在控制好水浴槽的温度的同时,还应提前加热,旨在湿氧的前后维持固定。用湿氧前,应首先将水浴槽加热至95℃。因为在这个95℃有最稳定的温度。然后在湿氧的全过程维持这个温度,湿氧的温度条件固定。
3.3 温度控制
计算机对氧化炉的温度进行控制。我们使用热电偶对炉中石英管内温度进行测试,同时对显示器的温度值进行校对,旨在显示器能够显示出准确的温度值。在操作的时候,显示器对石英管的三个不一样点的温度做出显示,从而准确地体现出恒温区内的温度值。本氧化炉温度能够控制在-1℃至+1℃之内,所以,读取的氧化温度相对准确。
4 其他影响
4.1 石英管的影响
氧化层的厚度取决于石英管的长度和内径。由于在注入石英管特定量的氧气以及水汽时,将伴随着石英管内体积的大小,进而使气体的密度产生变化,这就充分地说明在确定理论值受到具体条件的影响的时候,需要经过多次的实验测试数据。
4.2 气体流量的影响
在上述数据中,氧气的流量是固定的,均是30L/h,要时刻考虑到流量计读数的要求。然而,在做氧化层的时候,氧气的流量有可能发生变化。氧化层受到氧气流量的影响,还同水汽量以及石英管容量等多种因素有关,同时在对流量参数对氧化层厚度的影响因子进行确定的时候,也要通过多次的实践。
参考文献
[1]庄同曾.集成电路制造技术———原理与实践[M].北京:电子工业出版社,1987.
[2]A.C.Deng,Y.C.Shiau,and K.H.Loh,Time Domain CurrentWaveform Simulation of CMOS Circuits[J],Proceedings of ICCAD,pp.Nov.1988,208-211.
[3]Farid Najm.Transition Density,A Stochastic Measure of Activity inDigital Circuits[J]Proceedings of the Custom Integrated Circuits Conference(CICC),pp.May 1990,19.7.1-10.7.6.
二氧化硅 篇2
二氧化硅中含有的金属杂质总量小于10-5, 单个非金属杂质含量小于10-5的二氧化硅通常被称之为高纯二氧化硅。高纯二氧化硅具有许多优良的物理化学性能, 它是在宇航、电子、光纤通讯、国防军工、光学仪器、激光等高科技领域被广泛应用的基础原材料。它的优良物理化学性能有:防腐性、抗划伤性、耐高温性、高强度、抗撕裂性、抗张性等多项性能。
目前, 制备高纯二氧化硅的方法有沉淀法、溶胶-凝胶法和气相法等。沉淀法制备高纯二氧化硅的相关研究在国内外很早就有报道, 这种方法在杂质去除方面有很好的效果, 在工业化生产中应用比较广泛。溶胶-凝胶法和气相法这两种方法比较先进, 提取的二氧化硅纯度也较高, 提取的成品一般用于科技等精细化工行业。
我国高纯二氧化硅的生产始于20世纪90年代末, 国内研究二氧化硅的科研机构有北京矿冶研究总院、中国建材研究院、秦皇岛玻璃设计研究院等。近年来, 随着科技的发展, 研究不断深入, 从天然石英岩提取高纯二氧化硅的工艺技术问题已经被解决, 技术也已相对成熟。
二、高纯二氧化硅的提取
石英矿石中含有许多矿物杂质, 如钾长石、钠长石、黑云母、白云母等, 每种矿石中所含的杂质的种类、嵌布状态等都有所不同。所以, 在对石英砂进行高纯度提纯前, 要先对砂矿石进行一系列分选提纯工艺。这一系列的工艺包括水洗、擦洗、磁选、浮选、酸浸等。下面就其中最主要的两个关键点进行说明:
1. 除铝工艺
除铝是指去除硅砂中的氧化铝, 它存在于长石和粘土中。去除粘土中的氧化铝常用的比较有效的方法为摩擦分级法;对长石中氧化铝的去除常用的有效方法为浮选法。浮选法是基于矿物和杂质不同的表面性质, 通过对不同捕收剂、起泡剂、表面活化剂的添加来实现对矿物与杂质表面的疏水性或亲水性的控制, 从而将氧化铝从矿物中分离出来的选矿方法。依据所用药剂的不同, 硅砂浮选分有氟浮选和无氟浮选两种。
(1) 有氟浮选
有氟浮选指在介质中用氢氟酸作长石活化剂, 调整剂为硫酸, 使得在p H=2-3的强酸性条件下, 用十二胺等阳离子作捕收剂, 优先吸附活化后的长石, 从而使石英与长石分离。有氟浮选法是从低品位矿石中获取硅质原料的重要手段之一。这种方法的优点是浮选效果好、容易操作控制、指标稳定。
(2) 无氟浮选
无氟浮选即指在介质中不用氢氟酸等含氟药剂, 而是用硫酸或盐酸代替作长石的活化剂, 再用相应的捕收剂对石英和长石进行浮选分离。无氟浮选法有效地避免了有氟浮选法中氟对环境的不利影响, 另外, 还能够显著地改善二氧化硅微细粉末的品质, 使高纯度二氧化硅的产出率有大幅提高。
2. 除铁工艺
铁在石英矿中的存在形式有以下几种:在高岭土化的长石或粘土中以微细粒状态赋存;在石英颗粒的表面以氧化铁薄膜形态附着;在重矿物如褐铁矿、钛铁矿、磁铁矿、黄铁矿等中以颗粒状态存在;在矿物质如黑云母、角闪石、石榴子石中铁作为次要成分存在;铁以渗透或浸染状态存在于石英颗粒内部;在石英矿晶体内部以固溶状态存在。此外, 加工过程中也会有一部分的机械铁进入。
对于以不同方式存在的铁杂质, 要采用不同的方法进行去除。脱泥和水洗的方法一般用于去除以细微颗粒状单独存在于粘土矿物中的铁, 以其他形式存在的铁杂质, 则要通过更加精细的酸洗、磁选及浮选等工艺去除。
(1) 磁选
磁选即去除石英矿中的含磁性矿物, 包括褐铁矿、黄铁矿、钛铁矿和石榴子石等, 也可去除附着有含磁性矿物包裹体的颗粒。它的工作原理是:由于铁具有磁性, 能在磁场中被磁化, 而石英不是磁性物质, 不能在磁场中被磁化。基于这一物理性能的差异, 可以利用磁场作用有效地分离出铁杂质。
对于比重大于2.8的含重矿物杂质, 一般常用的方法为重选和强磁选。在这方面除去磁铁矿常用弱磁性磁选机;选出钛铁矿、赤铁矿、褐铁矿等磁性矿物常用强磁性磁选机。据报道使用强磁性磁选机可使石英砂中铁与氧的含量比从0.0010%-0.0020%降至低于0.0002%, 对于去除其他杂质也有明显的效果。
(2) 浮选
浮选法多用于含铁矿物粒度较细者的分离。浮选的主要意图是去除石英砂中伴生的云母、长石等非磁性矿物。
影响硅砂浮选法去除铁的两个重要的因素是浮选机类型和浮选药剂。通过洗矿→分级→铁浮选→长石浮选等步骤, 可得到含三氧化二铝量为0.2-0.5%和含五氧化二铁量为0.03-0.05%的精矿。
(3) 酸洗
酸洗的基本原理是对石英矿石中矿物表面、裂隙或结构层间的各种含铁杂质用酸液进行溶解, 是去除矿物中铁薄膜和褐铁矿的一种有效方法。
酸洗法中常用酸有H2SO4、HNO3、HF、HCI和乙酸。亚硫酸及其盐类作为还原剂。稀酸对铁和铝有较好的去除效果, 而较浓的硫酸、王水和氢氟酸对锑和铬的去除有明显作用。在进行酸处理时酸浓度、温度、时间以及洗涤过程是对酸处理效果有明显的影响。
对石英玻璃原料进行提纯的原理是利用石英、云母及长石在酸中溶解时的性能区别进行酸浸处理。其中脉石英要用强酸氢氟酸才更容易被溶解。通过酸浸溶解, 对石英粉料中的包裹体的量有所降低, 对包裹体中的部分杂质元素能够去除, 对原料中包裹气体含量的降低也有所帮助。
3. 石英砂的球形化
对二氧化硅进行球形化的原因在于: (1) 球形态的表面流动性好, 与树脂搅拌成膜均匀度好; (2) 与角形硅粉相比较, 能够很好地提高填充率, 质量比可高达90.5%; (3) 球形与角形硅粉的塑封料应力集中之比大约为0.6:1, 可见, 球形化形成的塑封料应力集中较小, 强度相对就较高; (4) 球形粉摩擦系数小, 对模具的磨损就小, 能够延长模具的使用寿命。
目前, 球形硅微粉主要在大规模集成电路封装中被应用。在航空、航天、精细化工、大面积电子基板、特种陶瓷以及日用化妆品等高新科学技术领域, 球形硅微粉也有所涉猎, 可见其市场前景非常广阔。
三、高纯二氧化硅的主要工业应用简述
在工业生产中, 高纯二氧化硅主要以制造特种玻璃及制造仪器用光学玻璃、制造电子工业中的芯片及在集成电路中用作的封装材料等方式应用于化学工业和光伏产业等领域。
1. 电子工业应用
电子工业是现今高纯度二氧化硅的主要应用领域。在半导体行业高纯二氧化硅主要被用作封装材料, 与环氧树脂、固化剂、各种添加剂等结合使用, 可以对封装成本起到很好的节约作用;另外, 也可用作电子芯片材料;在制造单晶硅和多晶硅的原料中也用到高纯二氧化硅。在以上这些电子工业领域, 二氧化硅的纯度大都要求高于99.9%, 其中Fe2O3的含量不得大于5ppm, 杂质的总含量要求不得大于300ppm。但随着对集成电路的集成度要求越来越高, 对二氧化硅的纯度、放射性、形状 (球形度) 的要求也要越来越高。
2. 光伏产业应用
在光伏产业, 生产高纯多晶硅的一个主要原料及时高纯二氧化硅。直接进入PV制造流程的多晶硅要达到7N级的纯度, 才能应用于太阳能电池板的生产;未达到7N级的多晶硅经拉制成为单晶硅, 根据纯度不同, 大部分成为应用于半导体行业的芯片材料, 另外的应用于PV生产等领域。
结论
从天然的石英岩矿得到高纯或超高纯的二氧化硅, 除了对选用的石英岩有较高的要求外, 关键点还是要综合地利用磁选、浮选、酸洗等工艺对石英岩矿进行去除铁、铝等杂质的操作。随着科技的发展, 对高纯二氧化硅的要求也越来越高, 我们应当不断地发掘新的技术和设备, 摸索更加经济、有效、更加自动化的新工艺对二氧化硅进行高纯度提取, 这样才能发挥高纯度二氧化硅的作用。
摘要：本文主要对高纯二氧化硅的制备和应用进行了阐述。
关键词：高纯二氧化硅,制备,应用
参考文献
[1]和晓才, 杨大锦, 李怀仁, 等.二氧化碳沉淀法制备高纯二氧化硅的工艺研究.稀有金属, 2012 (4) :604-609.
[2]雷清普, 郑典模.高纯二氧化硅的制备与应用.江西科学, 2008 (6) :915-918.
浅谈大放光彩的二氧化硅 篇3
二氧化硅分为晶态SiO2和无定形SiO2两大类
从地面往下16公里几乎有65%的SiO2的矿石，晶态SiO2主要存在于石英矿中（即石英的主要成分是SiO2）。较纯净的石英为无色晶体，可用来制作石英玻璃，实验室中使用的一些耐高温的化学仪器，就是石英玻璃制成的，石英玻璃能透过紫外线，可用于制造医学和矿井中用的水银石英灯和其他光学仪器，将石英拉成丝，这种丝具有很大的强度和弹性，石英玻璃的一项重要新用途，是制作光导纤维，用在光导通讯上，在信息化时代的今天，用微波和金属导线传送信息已不能满足通讯工作的需要，为了增强传送信息的容量和传送速度，必须把传送信号的频率大大的提高，以光通讯，石英纤维作为导线可以做到这点，其速度比以前的方法要增快数万倍，频率大大的提高了，生产它的成本低，铺设光纤光缆每公里需一万元元左右，而以前的普通电缆每公里需20万元，它的质量轻，不怕腐蚀，铺设方便，每公里只要27 g，而以前的普通电缆要1.6 t，它的信息量大，每条光缆上可同时通过10亿人通话，也可以同时传送多套电视节目，性能好，抗电磁干扰，保密性强，能防窃听，不发生电辐射，而且它的原料来源广，节约有色金属，石英薄片在高频率电场的作用下能做间歇性的伸张和收缩，其频率和施加的电场频率相同，石英的这种伸缩又引起周围介质产生类似声波，由于石英具有这种性质，因此被广泛应用在在钟表工业和超声技术上。
透明的石英晶体就是水晶，是比较贵重的宝石，水晶受压时能产生一定的电场，所以被应用在电子工业上，也用来制成高级工艺品和眼镜片等，紫水晶、玛瑙和碧玉都是含杂质的有色晶体，也用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等，砂子也是混有杂质的石英细粒，硅藻土则是无定形SiO2，多孔结构，有很强的吸附性，性质稳定，可以作催化剂的载体，但空气中SiO2粉塵含量较高时会对人体造成危害，人长期吸入含有SiO2的粉尘，就会患硅肺病，如采矿、翻砂、喷砂、制陶器、制耐火材料等场所工作的人易患此病，所以在此场合，应采取严格的劳动保护措施，保证工作人员的身体健康。
二氧化硅教案 篇4
必修1第四章 非金属及其化合物 无机非金属材料的主角-硅（第一课时）
教学目标
（一）知识与技能
1、了解硅在自然界中的含量、存在。
2、了解硅及其重要化合物的主要性质及相互转化。
3、了解含硅材料在多领域中的应用。
（二）过程与方法
1、积极创设教学情景，充分利用课本和课外有关硅及其化合物在生活、信息技术中应用的事例，增加学生的认识。
2、通过活动探究、实验、归纳等方法和手段，培养学生归纳总结能力。
3、充分利用新知识的迁移与联系。
（三）情感态度与价值观
1、使学生了解硅材料在日常生活、生产中的应用，感受化学的实用性，增强学习化学的兴趣。
2、培养学生利用所学知识解决生活中问题的能力。教学重点和难点
教学重点：二氧化硅性质及用途，硅酸的制备。教学难点：硅酸的制备。
教学过程
导入：正式上课之前我想问同学们一个问题，大家去做实验的时候有没有发现盛装NaOH溶液的试剂瓶和盛装HCl溶液的试剂瓶有什么不同之处？(盛装HCl溶液的试剂瓶用玻璃塞而盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞)。为什么盛装NaOH溶液的试剂瓶要用橡皮塞而不用玻璃塞呢？那我们就带着在这个问题进入今天的学习-无机非金属材料的主角（jue）-硅。（板书）（1-2min）我给大家两分钟时间看一下书。
师：说起硅我想大家应该都不陌生，我们来看几张图片，硅太阳能电池板、玛瑙、砂子、瓷器、普通水泥（PPT展示）。这些都是我们生活中常见的吧，其中硅太阳能电池板有单质硅组成，玛瑙、砂子主要成分都是二氧化硅，瓷器、普通水泥由硅酸盐组成。这些在我们生活中应用比较广泛，那硅在地壳中的含量有如何呢？ 这是一张地壳中各种元素的分布图，从图中可以看出硅在地壳中的含量为26.3%，仅次与氧,综和以上的信息同学们不难得出为什么课文的标题为无机非金属材料的主角。
通过刚才的介绍，相信大家对硅有了一定的了解。如果我们要更进一步地了解硅的性质，我们首先就得了解一下硅的核外电子排布。
师：请同学们在下面书写一下硅的核外电子排布，然后看一看和老师的是否一样。[板书] 硅的核外电子排布：
师：我们知道硅是十四号元素，在元素周期表中硅位于第三周期、IV主族，所以硅的核外电子排布为284。从核外电子排布图中可以看出硅的最外层有四电子，既不容易得到也不容易失去电子，所以硅主要以正四价化合态存在。我们知道与碳和硅是同一主族，我们来看一下碳的核外电子排布。从碳的核外电子排布中我们知道碳最外层也是四个电子，碳在自然界中的存在形式既有化合态也有游离态，根据之前所学的知识我们知道硅还没有碳活波，那么我想问一下大家硅在自然界中有没有游离态呢?答案是没有。为什么这样呢？主要是因为硅是亲氧元素，硅原子和氧原子非常容易结合，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。（4-8min）[板书]存在：氧化物、硅酸盐
[过渡]那接下来我们就了解一下硅的氧化物 [板书] 二氧化硅（SiO2)刚刚我们说了硅主要以正四价化合态存在哪么硅的氧化物是不是就是二氧化硅啊？
之前我们提到过砂子、玛瑙等主要成分都是二氧化硅，请同学们根据你们对这些物质的了推测归纳一下二氧化硅的物理性质？
师：通过这些物质我们可以知道二氧化硅是固体、硬度大，不溶于水而且熔点比较高。
[板书]:物理性质：固体、硬度大、熔点高、不溶与水
师：同学们知道碳和硅属于同一主族，之前我们学习了二氧化碳，那么请大家能不能根据CO2的性质推测SiO2可能具有哪些重要的性质？
引导：我们知道二氧化碳可以溶于水，生成碳酸。那么二氧化硅能不能溶于水生成硅酸呢？（同学们觉得它不能溶于硅酸，嗯 这是第一个猜想。）进行板书同时问：同学们在思考一下二氧化硅还可能具有其他那些性质呢？ 二氧化碳是一种酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水，那儿氧化硅会不会具有同样的性质呢？
[板书]猜想：可能与水反应生成相应酸；SiO2是一种酸性氧化物与碱反应生成盐和水；与碱性物质反应生成盐。
师：我们具体来看看同学们的推测到底正不正确。SiO2 的化学性质
师：我们知道沙子、玛瑙等都是不能溶于水，也就不能直接与水反应生成硅酸，所以这个推断是错的。
师：那么二氧化硅能不能与氢氧化钠溶液反应呢？通过实验我们可以证明二氧化硅可以和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水。由于他们反应缓慢，现象不明显在这里我们就不做演示实验了。请同学们拿起手中的笔和我一起书写该反 应方程式。[板书] 与强碱反应
SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O 师：在该反应中二氧化硅和碱反应生成了盐和水，所以二氧化硅是什么氧化物？（酸性氧化物），在之前的学习中我们知道与碱反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物，同样与酸反应生成盐和水的氧化物称为碱性氧化物。那么我们把既能与酸反应生成盐和水又能和碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。既不能与酸反应生成盐和水，也能和碱反应生成盐和水的氧化物称为不成盐氧化物。通过刚刚学习的知识我们就可以解决上课前的那个问题，为什么盛装NaOH溶液的试剂瓶要用橡皮塞而不用玻璃塞呢？
我可以给大家一个提示，玻璃中含有二氧化硅我们实验室使用的玻璃塞一般是磨口的，所以玻璃塞会和氢氧化钠反应。但大家觉得这是不是主要原因，我们可以结合反应的生成物以及我们做实验时所观察到的现象去考虑。你们有没有发现在实验室如果盛装氢氧化钠的试剂瓶用了玻璃塞，过了一段时间我们就不能打开。哪位同学起来说说自己的看法，为什么玻璃塞打不开？因为反应生成了具有黏性的硅酸钠，从而导致玻璃塞与瓶口粘在一起，不易打开。所以盛装NaOH溶液的试剂瓶要用橡皮塞而不用玻璃塞。大家以后做实验的过程中可别犯错误把塞子盖错了哈（PPT展示）
[过渡]不知道有没有同学了解炼钢，在炼钢的最后要进行脱氧，常用的脱氧剂常常是硅铁合金，脱氧剂最终反应生成了二氧化硅，但是我们最终需要的是钢材是不含二氧化硅的，我想请同学们帮忙设计怎样除去二氧化硅？
刚刚我们知道了二氧化硅是酸性氧化物，那我们可不可以把这个作为突破口呢？ 酸性氧化物除了能与碱反应之外，是不是还能与碱性氧化物反应啊？酸性氧化物除了能与能与碱反应之外，还能与大多数的碱性氧化物反应。在实际生产中技术人员将碳酸钙加入到熔炉中，碳酸钙在高温作用下分解生成氧化钙，生成的氧化钙与二氧化硅反应生成硅酸钙，硅酸钙最后变为为炉渣，从而将钢中的二氧化硅除去。
[过渡]我们来书写一下这个反应方程式 [板书]与氧化钙反应
高温CaO＋SiO2=====CaSiO3
经过以上的分析我们知道二氧化碳和二氧化硅在化学性质上既有相似之处也有不同。
他们的化学 性质为什么会有差异？这还要从他们的结构说起，由于二氧化硅的空间构型是四面体结构（每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角.这就构成了二氧化硅的四面体结构），而且最终形成的二氧化硅晶体是原子晶体，而二氧化碳是直线型结构，形成的是分子晶体。所以二氧化硅化学性质比二氧化碳稳定。二氧化硅除了具有酸性氧化物的通性外，还具有特性。比如酸性氧化物一般不与酸反应，但二氧化硅能与HF反应。所以我们在实验室看到盛装HF的试剂瓶是塑料瓶而不是玻璃瓶，这是因为玻璃中含有二氧化硅，二氧化硅能与HF反应生成SiF4和水，我们来书写一下反应方程式。这个反应还有其它的应用，比如可以用氢氟酸刻蚀玻璃（PPT展示图片）[板书]与氢氟酸反应
SiO2 ＋ 4HF =SiF4↑＋ 2H2O
总结
这节课我们新课就讲到这里，接下来我们来回顾一下今天的主要内容
首先我们了解了二氧化硅的物理性质，二氧化硅是固体、硬度大、熔点高、不溶与水，然后接下来我们讲了二氧化硅是酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水，还能和碱性氧化物反应。但要注意的是二氧化硅不能与水反应，大家应该注意。这节课到此结束，同学们下去以后。。
1、氢氟酸是唯一能与二氧化硅反应的酸 板书
1、硅（Si）核外电子排布 Si C 存在：氧化物 硅酸盐
2、二氧化硅（SiO2）
物理性质：固体、不溶于水
硬度大、沸点高 化学性质
猜想：圈1不能与水反应生成硅酸
圈2酸性氧化物，能与碱反应 与碱反应：
浅谈矿石中二氧化硅的测定方法 篇5
1分析比较
1.1分析准确性
1.1.1重量法。重量法的准确度较高。但是对于一些特殊样品如萤石氟化钙, 由于含有较大量的氟, 会使试样中的硅以四氟化硅的形式挥发掉。某些样品在用酸溶解形成硅酸的同时, 生成其他沉淀, 夹杂在硅酸沉淀中, 影响硅酸的重量。如重晶石、含量较高的锆石、钛含量较高的样品。这些情况下, 不能使用重量法测定。
1.1.2挥散法。若某个试样中Si O2的含量在98%以下, 此时采用挥散法测定二氧化硅将会引起较大的误差。这种情况下, 不宜使用挥散法来测定。
1.1.3比色法。试样中二氧化硅的含量在2%以上时, 不宜用比色法测定。
1.1.4容量法。容量法与操作者掌握操作的熟练程度有很大关系, 但只要能够熟练掌握操作方法, 其检测结果将非常准确。
1.2分析时间
1.2.1重量法。需要先后经过熔融、蒸发、酸解、凝聚、溶解、过滤、灰化和灼烧, 过程极其复杂, 分离过程耗费时间相当长。
1.2.2挥散法。该方法需要在低温溶解挥发后经高温炉中反复的灼烧至恒重, 整个过程耗时长。
1.2.3比色法。试样中的硅需全部转入溶液并以单分子硅酸状态而存在后, 才能进行下一步的操作。
1.2.4容量法。在操作者熟练的情况下, 测定时间较快。对可溶于酸的试样, 直接用硝酸分解, 不能被酸分解的试样多采用KOH在镍柑锅中熔融, 然后用硝酸分解熔融物。加酸后生成游离的硅酸, 在过量的氟离子和钾离子存在下, 硅酸与氟离子作用形成氟硅酸离子, 进而与钾离子作用生成氟硅酸钾沉淀, 该沉淀在热水中水解生成相应量的氢氟酸, 用氢氧化钠标准溶液滴定, 由消耗氢氧化钠标准溶液的体积计算二氧化硅的含量。由于该法的测定条件要求较高, 影响因素又多。所以本法与操作者掌握操作的熟练程度有很大关系, 但只要熟练掌握此法, 检测结果准确, 费时较少。
1.3分析过程影响因素
1.3.1重量法。过程中的影响因素不是很多, 但是整个过程相当耗时, 操作者必须谨慎操作方可得到准确结果。
1.3.2挥散法。在用硫酸和氢氟酸去杂的过程中需要掌握好温度、杂质是否除尽以及过量酸的消除等影响因素。
1.3.3比色法。比色法有硅钼黄和硅钼兰两种。用比色法测定Si O2时, 最关键的问题是必须将试样中的硅全部转入溶液并以单分子硅酸状态而存在。另外溶液的酸度、温度以及共存离子等因素都对测定结果有所影响, 因此应根据实际情况采取相应措施减少或消除其可能产生的误差。
1.3.4容量法。某些矿石在熔矿的过程中不好溶解, 影响二氧化硅的测定。该法的测定条件要求较高, 影响因素又多。所以本法与操作者掌握操作的熟练程度有很大关系, 但只要熟练掌握此法, 检测结果准确, 费时较少。
1.4分析结果的计算
1.4.1重量法。按照式1计算二氧化硅的质量分数:
式中:m1=试料中二氧化硅的质量, 单位为g;m2=空白试样中二氧化硅的质量, 单位为g;m0=试样量, 单位为g。
1.4.2挥散法。按照式2计算二氧化硅的质量分数:
式中:G1=测定烧失量后试样与坩埚重, 单位为g;G2=氢氟酸处理后残渣与坩埚重, 单位为g;G=试样量, 单位为g。
1.4.3容量法。按照式3计算二氧化硅的质量分数:
式中:TSi O2=氢氧化钠标准溶液对二氧化硅的滴定度, 单位为mg/ml;V=滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积, 单位为ml;G=试样量, 单位为g。
2结束语
综上所述, 重量法、挥散法、比色法、容量法这四种方法都具有局限性, 同时矿石本身的性质也起到决定性的作用。建议根据待测试样的具体特点及化验员各自的操作来分析, 制定出合适的测定方法。
参考文献
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[5]郑大中.锶矿中天青石与菱锶矿的快速分析[J].分析化学, 1987, 15 (9) :817～819.[5]郑大中.锶矿中天青石与菱锶矿的快速分析[J].分析化学, 1987, 15 (9) :817～819.
二氧化硅 篇6
从化学组成看,煤矸石的主要成分是以铝硅酸盐为主的铝矿资源,其中含有丰富的Al、Si等元素。根据国内各地煤矸石的化学分析结果,煤矸石中Al2O3含量在15%～45%,SiO2含量在40%～65%,两种组分合计约占煤矸石总量的70%～98%。按Al2O3平均含量25%计算,全国已经堆积的煤矸石中净含有的Al2O3总量已经达到10亿t,每年新开采出的煤矸石中又含有近1亿t Al2O3。
从煤矸石中提取Al2O3和SiO2的最大技术难题是在提取、转化过程中Na2O·Al2O3·2SiO2的生成与处理。这也是全球氧化铝工业中用高硅含量的铝矿作原料提取Al2O3时一直没能解决的技术难题。运用纯碱—碱融、水解、碳化、苛化(以下简称C—JSTK)技术,能够彻底解决该问题。
1 试验原料及工艺流程
生产试验所用煤矸石取自江苏徐州某煤矿,纯碱与烧碱用工业品。原料煤矸石的化学组成见表1。试验研究的工艺流程示意图见图1。
(1)将煤矸石粉、纯碱按一定比例混配后入炉,使其发生碱融转化反应,得到的熔融体用冷水水淬成1～5mm的细颗粒料。将细颗粒料湿磨成浓稠浆料,然后稀释、过滤;滤饼用浓烧碱溶解后再加热浓缩、烘焙干燥;将得到的干粉料溶解、过滤;滤饼再用浓烧碱溶解、过滤。
(2)将三次过滤的滤液合并稀释水解,得到Al(OH)3沉淀物和滤液。收集碱融过程产生的 CO2气体,并进行净化、加压,将其引入稀释水解后的滤液中,从而依次得到剩余的Al(OH)3沉淀物、反应生成的H2SiO3沉淀物和Na2CO3稀溶液。洗涤液集中循环用于补充水淬液,并作溶解、稀释水。将Na2CO3稀溶液浓缩后回收纯碱Na2CO3溶液和烧碱NaOH溶液,同时副产出沉淀物CaCO3。回收的Na2CO3溶液循环至前道配料工序与煤矸石粉混合、干燥后用于纯碱碱融工序;NaOH溶液循环至前道两段烧碱溶解工序。
(3)将纯碱碱融过程产生的高温烟道气换热成洁净的热空气,用于Al(OH)3和H2SiO3及CaCO3的干燥,最终得到工业品Al(OH)3以及SiO2和CaCO3沉淀物。
2 工艺原理
2.1 纯碱碱融
用纯碱Na2CO3处理煤矸石粉,可使煤矸石中的SiO2和Al2O3与Na2CO3反应转化成为可溶的Na2O·SiO2和Na2O·Al2O3,与煤矸石原料中的其他成分分离。
按照煤矸石(m):Na2CO3(m) = 1:1.2～1.3配料,在1300℃下反应30min后,约70%Na2CO3分解释放出Na2O和CO2。煤矸石中的大部分SiO2和Al2O3与Na2O结合,转化为Na2O·SiO2和Na2O·Al2O3,同时残留有部分游离的Al2O3和熔融的Na2CO3;部分Na2O·Al2O3和Na2O·SiO2又进一步反应生成Na2O·Al2O3·2SiO2。煤矸石中的Fe2O3大部分转化为Na2O·Fe2O3;CaO与MgO转化成2CaO·SiO2、CaO·Fe2O3、Na2O ·CaO·SiO2、MgO·SiO2、MgO·2CaO·Fe2O3、CaO·TiO2、MgO·TiO2等。
2.2 湿磨与浆料稀释溶解
(1)纯碱碱融时生成的Na2O·Al2O3·2SiO2很容易被NaOH分解,释放出Na2O·Al2O3和Na2O·SiO2。Na2O·Al2O3遇水会部分发生水解,产生Al(OH)3与NaOH; Na2O·Fe2O3遇水全部水解,产生Fe(OH)3与NaOH。
(2)通过湿磨及对湿磨后的浓浆料加水溶解,Na2O·Al2O3和Na2O·Fe2O3水解产生的NaOH与Na2O·Al2O3·2SiO2反应,部分Na2O·Al2O3·2SiO2被分解为Na2O·Al2O3和Na2O·SiO2溶液。过滤后,溶解的Na2O·Al2O3和Na2O·SiO2与未反应的Na2O·Al2O3·2SiO2及Fe(OH)3、Al(OH)3等固体杂质先行分离。70℃时,在湿磨、溶解后的浆料中,SiO2的溶解度与时间的关系曲线见图2。从图中可以看出,在2h内,SiO2在溶液中的最大溶解度约55g/L。因此,湿磨、溶解后的浆料应该在2h内过滤分离。
Na2O浓度:200g/L;Al2O3浓度:120g/L
2.3 烧碱碱熔
在湿磨、溶解后的滤饼中加入NaOH溶液并烘焙干燥成干粉料,其作用是NaOH可将滤饼中的Na2O·Al2O3·2SiO2全部分解成为Na2O·Al2O3和Na2O·SiO2。同时,滤饼中的Al(OH)3和Fe(OH)3也被重新转化成Na2O·Al2O3和Na2O·Fe2O3。
2.4 干粉溶解
通常,SiO2在Na2O·Al2O3溶液中的稳定溶解度很低,过量的SiO2会与Na2O·Al2O3生成Na2O·Al2O3·2SiO2沉淀,使Al2O3与SiO2的提取率降低,Na2O碱耗(Na2CO3消耗)量增大。图3所示为70℃时SiO2在Na2O·Al2O3溶液(MR为2.0)中的溶解情况。图中曲线AB上方(Ⅲ区)为SiO2的过饱和区(不稳定区),AB与AC之间(Ⅱ区)为介稳状态区,AC下方(Ⅰ区)为不饱和区(稳定溶解区)。从图中可以看出,当Al2O3为75g/L时,SiO2的最大介稳浓度只有大约2g/L。但是,SiO2在Na2O·Al2O3溶液中溶解时,开始常常为过饱和状态,不会立即产生Na2O·Al2O3·2SiO2沉淀,需经长时间搅拌后,才能将其浓度降到平衡含量,达到介稳浓度。
试验结果证明,当加大溶液的MR到4.2以上,Al2O3为75g/L左右时,将烧碱碱熔得到的干粉溶解于水后,Na2O·SiO2在Na2O·Al2O3溶液中将会形成SiO2过饱和溶液,通过搅拌、加热2h或放置4h后,SiO2才逐步达到溶解平衡的介稳状态,溶液中会产生无定型的Na2O·Al2O3·2SiO2。若没有晶种,在10～15d内Na2O·Al2O3·2SiO2都不会出现结晶析出,溶液可以稳定存在,一旦混入杂质则会有晶体析出。所以,干粉溶解于水后,在自然温度下,应该在4h内将其过滤分离,避免溶液中的杂质颗粒替代Na2O·Al2O3·2SiO2晶种,生成Na2O·Al2O3·2SiO2晶体。
干粉溶解后,Na2O·Al2O3和Na2O·SiO2全部溶解于水,部分Na2O·Al2O3发生水解,产生Al(OH)3与NaOH。Na2O·Fe2O3会全部水解,产生Fe(OH)3与NaOH。水解产生的NaOH又会进一步加大SiO2(Na2O·SiO2)在溶液中溶解的稳定性。将干粉溶解后的溶液过滤分离,滤饼中除了杂质外,还有部分Al(OH)3。
2.5 烧碱溶出
将干粉溶解过滤后的滤饼溶解于烧碱溶液中,使滤饼中的Al(OH)3与NaOH反应,生成Na2O·Al2O3溶解于溶液中,从而与杂质分离。
2.6 稀释水解
将上述三次过滤分离所得滤液混合,并加水稀释,约85%的Na2O·Al2O3会发生水解,得到大部分Al(OH)3。
2.7 碳化分离
通过加压,往稀释水解后的滤液中加入CO2气体,生成的碳酸会与NaOH发生中和反应,降低溶液的pH值,并使溶液中剩余的Na2O·Al2O3几乎全部水解成为Al(OH)3沉淀。残留的Na2O·Al2O3浓度低于10-3M。过滤分离出Al(OH)3后,溶液成为Na2CO3、NaHCO3和NaHSiO3混合溶液。继续用CO2气体加压对混合溶液进行碳酸化处理,使溶液中的NaHSiO3几乎全部水解成为H2SiO3沉淀。分离出H2SiO3后,溶液即为稀NaHCO3溶液。
2.8 碱回收
(1)将稀NaHCO3溶液直接用生石灰进行苛化处理,得到副产品CaCO3与稀NaOH溶液。稀NaOH溶液经过适当浓缩后作为浓烧碱循环用于烧碱碱熔和烧碱溶出两道工序的原料。
(2)将稀NaHCO3溶液适当浓缩后,与煤矸石粉混合、干燥除去水分,得到煤矸石粉—Na2CO3混合干粉,混合干粉再循环用作纯碱碱融工序的原料。
3 Al2O3与SiO2提取率和碱损失率
(1)影响Al2O3提取率的主要因素包括碱融转化的温度和时间、烧碱溶出时的浓度和温度。碱融温度过高或时间过长,沸石型Na2O·Al2O3·2SiO2的松散结构将发生转化,变得更加致密,会增加后续烧碱处理的难度,进而降低Al2O3的提取率;滤饼用烧碱溶出时的浓度和温度增加,Al2O3的提取率增大。影响SiO2提取率的主要因素包括原料中的CaO和MgO含量以及碱融反应的温度和时间。原料中的CaO和MgO含量越高,碱融时消耗的SiO2量越大,从而降低SiO2的提取率;碱融温度过高或时间过长,也会降低SiO2的提取率。
(2)处理过程的碱损失主要取决于碱融反应的温度和时间。温度过高或时间过长,会因Na2CO3的蒸发和Na2O·Al2O3·2SiO2结构趋向致密,增加后续处理难度,使部分Na2O不能被释放,增大Na2CO3的损失率。
(3)在年处理3000t煤矸石、粉煤灰的工业生产装置上进行工业生产试验,按照煤矸石(m)∶Na2CO3(m)=1∶1.2～1.3配料、在碱融温度1150～1350℃、反应时间25～40min、出料温度1050～1150℃、烧碱浓度50%、烧碱溶出温度70～80℃时,Al2O3和SiO2的提取率分别可以达到95%与90%以上,纯碱Na2CO3的循环比例可达98%以上。
4 废气、废液循环和废热利用
(1)煤矸石粉在纯碱碱融过程中,因燃料燃烧和Na2CO3、NaHCO3的分解,将放出大量的CO2气体,而碳化处理工艺则需引入CO2。因此,将纯碱碱融过程中产生的 CO2循环至碳酸化工序中,不仅CO2浓度能满足要求,而且CO2总量还有富余。
(2)对碳化过程形成的NaHCO3稀溶液进行适当浓缩,与煤矸石粉混合得到浆料,再利用工艺中的废热对所配得的浆料进行烘干,得到煤矸石粉—Na2CO3混合干粉,循环至纯碱碱融工段重新配料,实现了纯碱的循环应用。将碳化所形成的 Na2CO3稀溶液与生石灰进行苛化处理,回收得到烧碱,经过浓缩后循环至烧碱碱熔和烧碱溶出工段使用,实现了烧碱的循环应用。各个工艺段的洗涤液集中收集,用作水淬液和相应工段的溶解用水。通过对洗涤液进行循环利用和煤矸石原料中含有的K2O与Na2O可补充生产过程的碱损失,基本实现碱平衡。
(3)纯碱碱融时产生的高温烟道气首先用洁净的常温空气和水进行换热处理,得到550℃左右与350℃左右两种温度的洁净热空气和热水以及500～600℃的中温烟道气;中温烟道气直接对第二碳化后的浓NaHCO3溶液与煤矸石粉混合后的浆料进行干燥,得到混合干粉与200℃左右的低温烟道气;再经水洗、净化处理,得到含CO2的常温洁净烟道气,加压后作为CO2原料气体用于第一碳化和第二碳化工艺。550℃左右的洁净热空气用于烧碱碱熔工段的供热;350℃左右的洁净热空气用于产品干燥;热水用于各个相应工段的滤饼洗涤。
(4)苛化的废渣与烧碱溶出后得到的滤渣合并,对洗涤烟道气后的污水进行絮凝净化处理。净化处理后的清水循环用于烟道气洗涤。
5 结 语
(1)用“C—JSTK”技术从煤矸石中提取Al2O3和SiO2,是煤矸石资源化、高附加值综合利用的有效途径。应用该技术工艺,只要原料中的Al2O3含量达到20%或Al2O3与SiO2含量合计达到70%,经济上就有开发利用价值。工业生产试验表明,每处理1t徐州某煤矿煤矸石,可以获得约300kg Al(OH)3和约770kg H2SiO3,同时副产出CaCO3约500kg,产值超过5000元,利税达2000元以上。
(2)通过对Al(OH)3与H2SiO3进行深加工,还可以生产出种类齐全、规格繁多的高附加值的各种铝盐与硅酸盐以及氧化铝、铝酸盐、沉淀白炭黑、硅胶等数十种化工产品。这些产品可以用作造纸、油墨、印染、纺织、医药、油脂、催化剂、塑料、橡胶、日化、石油、环保、无机盐等10多个工业行业的生产原料,国内的年需求总量达到几千万吨。
(3)该工艺实现了煤矸石中Al资源与Si资源的全面回收和热能资源的合理转化,实现了煤矸石资源的合理利用。大幅度提高了煤矸石利用的经济效益,避免了资源浪费,减轻了环境污染,并且降低了生产成本,消除了生产中的二次污染,达到了清洁生产的目的,有明显的经济效益、社会效益和环境效益。
摘要：通过对利用煤矸石提取氧化铝和二氧化硅工艺过程的研究,提出了解决“煤矸石—纯碱”烧结过程中产生的铝硅酸钠问题的技术方案,揭示了“C—JSTK”技术处理煤矸石的反应历程及提高氧化铝和二氧化硅提取率、降低碱损失率的影响因素,分析了废气、废液循环利用和废热分级利用的可能性,实现了资源的合理利用,达到了清洁生产的目的。
二氧化硅 篇7
1 主要仪器和试剂
1.1 主要仪器
721分光光度计;
万分之一电子天平;
1200℃马弗炉;
1.2 试剂
碳酸钠、硼酸和四硼酸钠混合助溶剂:4∶1∶1.称取无水碳酸钠4份, 无水硼酸1份, 无水四硼酸钠一份, 仔细研磨后混匀, 保存于磨口瓶中备用。
硝酸:1+3
硫酸:1+3
草酸溶液:30 g/L
钼酸铵溶液:50g/L
硫酸亚铁铵:10g/L
高锰酸钾溶液:40g/L
亚硝酸钠溶液:100 g/L
抗坏血酸溶液:50 g/L
氯化亚锡溶液:10 g/L
磷还原剂:抗坏血酸溶液 (50 g/L) 和氯化亚锡溶液 (10 g/L) 在用前以1+1混合。
硝酸铋溶液:称取10g硝酸铋, 加25m L硝酸;加热溶解后, 加水约100 m L煮沸驱除氮氧化物;冷却至室温;移人1000m L容量瓶中, 用水稀释至刻度, 混匀。
硅标准溶液:称取基准二氧化硅0.2140g于铂坩锅中, 加5g无水碳酸钠, 混匀, 于900~950℃高温炉中熔融, 用热水浸取后1000m L容量瓶中定容, 并移入塑料瓶中保存, 此溶液硅的浓度为100μg/m L。
磷标准溶液。称取0.2196g预先在105~ll0℃烘干至恒重的磷酸二氢钾 (基准试剂) , 溶于水中;加5 m L硫酸 (1+1) , 冷却至室温;移人500m L容量瓶中, 用水稀释至刻度, 混匀。此溶液中磷的浓度为100μg/m L。移取25 m L磷标准溶液100μg/m L, 置250m L容量瓶中, 用水稀释至刻度, 混匀。此溶液中磷的浓度为10μg/m L。
1.3 实验方法
1.3.1 工作曲线的绘制
分别吸取硅标准溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5m L于六只100 m L容量瓶中, 分别依次加5m L硫酸 (1+3) , 摇匀;加5m L钼酸铵溶液, 摇匀;放置15min, 加入10m L草酸溶液, 摇匀;立即加入10m L硫酸亚铁铵溶液, 以水定容, 混匀, 放置10min。在700nm波长处, 用1cm的比色皿, 以水做参比, 测定吸光度, 以吸光度为纵坐标, 硅含量为横坐标, 绘制出标准曲线。得标准工作曲线线性回归方程:y=0.313x-0.0021。线性范围在0~2.50µg/m L内, 标准工作曲线的相关系数为r=0.9996。扣除空白试验测得的吸光度后, 从校准曲线上查得硅含量
分别吸取磷标准溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL于六只50 m L容量瓶中, 依次分别加5mL硫酸 (1+3) , 5m L钼酸铵溶液, 5m L硝酸铋溶液, 10m L磷还原剂, 稀释至刻度, 摇匀放置3min。在680nm波长处, 用3c m的比色皿, 以水做参比, 测定吸光度, 以吸光度为纵坐标, 硅含量为横坐标, 绘制出标准曲线。得标准工作曲线线性回归方程:y=0.807x+0.0032。线性范围在0~1.0µg/m L内, 标准工作曲线的相关系数为r=0.9998。扣除空白试验测得的吸光度后, 从校准曲线上查得磷含量
1.3.2 样品的处理和测定
准确称取0.2000g试料置于1.5~2.0g碳酸钠、硼酸和四硼酸钠混合熔剂中, 放于25m L铂坩埚内;在1000℃熔融10~15min, 取出冷却;将坩埚置于预先盛有40 m L硝酸 (1+3) 的200m L烧杯中, 加热浸取熔融物至溶液清亮, 用水洗净坩埚;溶液冷却至室温后, 移人250 m L容量瓶中, 用水稀释至刻度, 混匀。
移取5.00m L上述试液于100m L容量瓶中, 加5m L硫酸 (1+3) , 摇匀;加5m L钼酸铵溶液, 摇匀;放置15min, 加入10m L草酸溶液, 摇匀;立即加入10m L硫酸亚铁铵溶液, 以水定容, 混匀, 放置10min。分取部分试液于1cm吸收皿中, 以随同试样的空白溶液为参比, 在分光光度计上于700 mm波长处测量吸光度, 然后查工作曲线, 得出试样的硅的含量。
移取5.00mL上述试液于50mL容量瓶中, 煮沸, 滴加高锰酸钾溶液至沉淀, 然后用亚硝酸钠溶液滴至沉淀消失, 过量一滴, 煮沸30s;然后, 依次分别加5mL硫酸 (1+3) , 5mL钼酸铵溶液, 5m L硝酸铋溶液, 10mL磷还原剂, 稀释至刻度, 摇匀放置3min;分取部分试液于3c m吸收皿中, 以随同试样的空白溶液为参比, 在分光光度计上于680mm波长处测量吸光度, 然后查工作曲线, 得出试样的磷的含量。
2 结果与讨论
在化学分析中铋磷钼蓝法测磷和硅钼蓝法测硅均属经典的常用方法, 其干扰情况已经是众所周知, 在此不再重复, 在这里主要是谈一谈试样溶剂的选择、称样量、磷还原剂等问题进行讨论
2.1 试样熔剂的选择
在铁矿石中硅主要是以二氧化硅及硅酸盐的形式存在, 所以试样的分解一般选用强碱性熔剂。在国家标准方法中采用用碳酸钠和硼酸混合熔剂, 需在1000℃高温下在铂坩埚中熔融10~15min, 且熔融物可用硝酸提取;本试验用4份碳酸钠、1份硼酸和1份四硼酸钠混合熔剂分解试样。
2.2 称样量
根据铁矿石中二氧化硅和五氧化二磷的含量, 为使测试溶液的浓度落在最佳的测定范围内;另外, 还要考虑该溶液要对二氧化硅和五氧化二磷进行兼顾, 本实验选择称样量为0.2000 g。
2.3 磷还原剂
本实验的磷还原剂是抗坏血酸溶液 (50g/L) 和氯化亚锡溶液 (10 g/L) 在用前以1+1方式混合混合;将该还原剂和抗坏血酸溶液 (50 g/L) 或氯化亚锡溶液 (10 g/L) 经过试验进行比较, 发现铋磷钼蓝的色泽3min便可稳定, 其色泽在60min内稳定。
2.4 样品分析
选择4个铁矿石标准样品, 按本实验方法各进行10次测定, 测定结果与认定值进行对照, 并计算相对标准偏差 (RSD%) , 结果见表1。
3 结束语
本实验可测定铁矿石中的二氧化硅和五氧化二磷含量, 具有方法快速、简便, 精密度好和结果准确, 适应选矿过程控制的需要
参考文献
[1]GB/T6730.9-2006铁矿石硅含量的测定硫酸亚铁铵还原:硅钼蓝分光光度法[S][1]GB/T6730.9-2006铁矿石硅含量的测定硫酸亚铁铵还原:硅钼蓝分光光度法[S]
[2]GB/T6730.19-1986铁矿石化学分析方法:铋磷钼蓝光度法测定磷量[S][2]GB/T6730.19-1986铁矿石化学分析方法:铋磷钼蓝光度法测定磷量[S]
二氧化碳厨房制造 篇8
于是，我找来一个废旧的塑料胶卷盒，在里边倒上半盒白醋，把小苏打包在一张薄纸巾里放进去，最后迅速盖上盖子。刚盖上不久，就听到“砰”的一声，盖子飞了起来。哇塞，反应很剧烈呢!就这样，我反反复复做了3次，结果都是一样。
在实验中，我发现盒盖是被一股气流顶起来的，那这个气流是什么呢?通过查阅资料，我知道了，原来在这个反应中，会产生很多二氧化碳。二氧化碳存在于空气中，我们的呼吸也会产生二氧化碳。常温下它是一种无色无味的气体，密度比空气略大，能溶于水，并生成碳酸。随着二氧化碳的不断产生，盒子里的气压变得越来越大，大到一定程度后，就会把胶卷盒的盖子冲开。
为了更好地看到小苏打和白醋的反应过程和反应现象，我又找来了透明的饮料瓶，并且把实验的顺序也改变了。我先把小苏打放在透明的饮料瓶中，再倒上白醋。在白醋接触到小苏打的一瞬间，就听到“嘶嘶嘶嘶”的声音，并看到瓶中生成了一大堆泡沫。对了!我想起来了，曾经在书上看过，由于二氧化碳不助燃，且密度比空气略大，人们利用这个原理，还制作出了灭火器呢。灭火时，二氧化碳气体包围在燃烧物体的表面，使燃烧物缺氧而灭火。
带着兴奋，我把自己的发现讲给教我们《科学》的魏老师听。在魏老师的指导下，我们又做了一个实验：把一高一矮两根蜡烛放入烧杯中点燃，准备一个饮料瓶，把小苏打和白醋倒进饮料瓶中，待它们快速反应后再把生成的气体倒进烧杯里。我们发现，短蜡烛先灭了，长蜡烛接着也灭了。这个实验说明，二氧化碳气体不支持燃烧，而且比空气重，所以短的蜡烛才会先灭了。
二氧化硅 篇9
以正硅酸乙酯(TEOS)为有机醇盐前驱体,采用溶胶-凝胶技术,通过酸/碱二步法控制实验条件,结合低表面张力溶剂替换以及甲基非活性基团置换修饰、超声振荡等,在常压下成功地制备出折射率在1.11～1.27范围内的二氧化硅纳米多孔光学薄膜.制备过程中充分注意到稀释、老化、有机修饰表面、热处理和提拉条件对薄膜都有很大的影响,利用这些因素可以对该纳米薄膜的孔洞率、折射率进行控制,尤其是能制备低折射率薄膜,从而为该薄膜的应用开发奠定基础.采用椭偏仪测量薄膜的厚度和折射率,薄膜中高的孔洞率、低的折射率归结于最终干燥阶段中的`弹性回跳.扫描电镜(SEM)观察发现修饰薄膜的表面形貌具有明显的多孔结构.耐磨实验表明所制备的薄膜有良好的机械性能.
作 者：姚兰芳 沈军 吴广明 王珏 作者单位：姚兰芳(同济大学,波耳固体物理研究所,上海,200092;上海理工大学,物理系,上海,200093)
沈军,吴广明,王珏(同济大学,波耳固体物理研究所,上海,200092)
二氧化硅 篇10
介孔二氧化硅是一种新型的多孔无机陶瓷材料, 由于它具有高纯度、低密度、高比表面积、表面硅醇基和活性硅烷键能形成强弱不等的氢键等特殊性能[1,2], 并且造价较低, 制备工艺简便, 关于二氧化硅陶瓷颗粒及其空心材料的制备方法也是层出不穷, 广泛应用于医药缓释领域。载体药物技术的关键在于载体材料的选择, 要获得理想的释放行为, 作为载体的材料应具有适当的物理化学性能, 能对环境产生一定的响应, 并具有生物相容性等[3,4]。由于介孔二氧化硅陶瓷有均一可调的孔道、稳定的骨架结构、较高的比表面积、无毒等特点, 因而具备药物载体的基本条件, 且介孔二氧化硅陶瓷表面的硅羟基可提高其控释性能[5,6]。
氢氯噻嗪是一类强效利尿药, 在水中溶解度较低, 但是在体内吸收速率较快, 常与心血管药物联用治疗高血压、充血性心力衰竭等心血管疾病。由于氢氯噻嗪长期服用会产生一定的不良反应如胃肠不适, 水和电解质代谢紊乱, 高尿酸并发痛风等。缓释制剂可减少给药次数, 降低不良反应, 所以研究缓释制剂具有十分重要的意义。本论文设计以球形介孔二氧化硅陶瓷为载体, 负载氢氯噻嗪药物, 在模拟人工胃液中检测氢氯噻嗪的释放情况。
1 材料与方法
1.1 主要试剂和仪器
十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水和无水乙醇均为分析纯。
北京普析通用仪器有限公司TU-1901型双光束紫外可见分光光度计、杭州仪表电机厂78-1型磁力加热搅拌器、天津市泰斯特仪器有限公司SX-2.5-10型马弗炉、日本日立公司Hitachi S-4800型SEM电镜、美国Micromeritic公司ASAP2020型氮吸附仪、日本理学Rigaku 40 k V型X射线衍射仪。
1.2 样品的制备
将6.0 g的十六烷基三甲基溴化铵溶解在120 m L蒸馏水中, 再将20 g氨水和160 m L无水乙醇加入到表面活性剂溶液中, 搅拌15 min。随后加入10.8 g的正硅酸乙酯, 将凝胶物质在室温下搅拌2 h后, 对样品溶液进行过滤、水洗, 所得的白色样品在50℃干燥2 h, 然后放在马弗炉中在空气气氛下以每分钟两摄氏度的速度匀速加热到550℃, 恒温焙烧4 h, 得到球形介孔二氧化硅陶瓷。
1.3 氢氯噻嗪在介孔二氧化硅陶瓷上的组装
将0.3 g介孔二氧化硅陶瓷加入到20 m L氢氯噻嗪的Na OH溶液中 (质量浓度为30 mg/m L) 磁力搅拌, 每隔30 min静置后取10 m L过滤, 测定滤液的吸光度, 至吸光度不变化为止, 将组装液过滤, 洗掉粘附在表面的氢氯噻嗪, 室温干燥, 即得氢氯噻嗪与球形介孔二氧化硅的组装体, 测定滤液中药物的残留量, 用差减法计算出组装体中药物的含量。
1.4 氢氯噻嗪在介孔二氧化硅陶瓷上的释放
氢氯噻嗪的体外释放研究在模拟人工胃液中进行。取2.7 mol/L的稀盐酸16.4 m L, 然后加胃蛋白酶10 g, 随后加水800 m L, 摇匀, 加水稀释调节p H为1.2, 即得模拟人工胃液。准确称取0.05 g氢氯噻嗪/介孔硅陶瓷组装体溶于100 m L模拟人工胃液中, 在37℃恒温搅拌, 定时吸取释放液20 m L, 同时补充等量模拟人工胃液, 测定释放液中氢氯噻嗪的吸光度, 计算氢氯噻嗪的释放量。
2 结果与分析
2.1 样品的XRD表征
图1为550℃焙烧二氧化硅陶瓷样品的X射线衍射图。样品的衍射峰标准的无定形二氧化硅衍射峰相符, 表明溶胶凝胶法成功合成了二氧化硅陶瓷纳米粉。
2.2 样品的SEM表征
图2为二氧化硅陶瓷的SEM照片, 图示出二氧化硅陶瓷形貌为球形, 球的大小均匀, 直径约为300 nm, 证明合成介孔二氧化硅陶瓷为球形, 球大小均一, 分散性较好, 这有利于药物的缓释。
2.3 组装前后介孔二氧化硅陶瓷的氮气吸附曲线
介孔二氧化硅陶瓷及介孔二氧化硅陶瓷-氢氯噻嗪组装体的氮吸附曲线见图3, 可知介孔二氧化硅陶瓷的氮吸附-脱附等温线为典型的IV型等温线, 证明介孔二氧化硅陶瓷为有序介孔材料, 同时可以看出, 吸附曲线滞后环比较陡峭且窄小, 说明合成产物孔道比较规整。组装体的氮吸附曲线如图3 (B) 表明, 组装后的介孔二氧化硅陶瓷孔道面积明显减小导致其对氮气的吸附量有明显的下降, 并且介孔二氧化硅陶瓷规则的孔道结构受到破坏, 进一步证明了氢氯噻嗪成功组装在介孔二氧化硅陶瓷的孔道结构内。
2.4 氢氯噻嗪在介孔二氧化硅陶瓷上的负载量的测定
精密称取氢氯噻嗪, 以0.4%Na OH溶液为溶剂, 用磁力搅拌器室温下搅拌使氢氯噻嗪溶解, 配制0.025mg/m L氢氯噻嗪的标准溶液。以0.4%Na OH溶液为空白对照品, 用紫外分光光度计测定, 紫外扫描波长190~400 nm, 氢氯噻嗪在271 nm处有最大吸收。故选择271 nm作为检测波长测定溶液中氢氯噻嗪的吸光度。分别精密称取氢氯噻嗪0.5 mg、1.0 mg、1.5 mg、2.0 mg、2.5 mg溶于0.4%Na OH溶液中, 配制梯度溶液, 留取滤液, 采用紫外分光光度计测定滤液中药物的吸光度, 标准曲线方程为:A=0.0503C+0.0123, 相关系数R=0.9985, 线性关系良好。用差减法算出氢氯噻嗪/介孔二氧化硅陶瓷组装体中药物氢氯噻嗪在介孔二氧化硅陶瓷上的负载量为332.8 mg/g。
2.5 组装体中氢氯噻嗪的体外释药研究
2.5.1 氢氯噻嗪在模拟胃液中标准曲线的绘制
图4是氢氯噻嗪在模拟人工胃液中的标准曲线, 标准曲线方程为A=0.0213C+0.0393, 相关系数R=0.9959, 线性关系良好。
2.5.2 氢氯噻嗪/介孔二氧化硅陶瓷组装体在人工胃液的释放
通过测定氢氯噻嗪/介孔二氧化硅陶瓷组装体模拟人工胃液中氢氯噻嗪的吸光度, 计算出氢氯噻嗪的释放量, 从而确定氢氯噻嗪释放率。如图5所示, 从上图可见氢氯噻嗪释放率随时间逐渐增加, 10 h释放率达到77.87%, 之后释放率不再增加, 说明10 h时介孔二氧化硅陶瓷上氢氯噻嗪释放率达到最大值。在10 h释药完全, 这说明了载药后的球形介孔二氧化硅陶瓷能够缓慢释放出药物, 可用于药物缓释体系。
3 结论
本文采用十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂为模板剂, 以正硅酸乙酯 (TEOS) 为硅源, 水/乙醇均相条件下, 利用在氨水碱性环境催化条件下合成球形介孔二氧化硅陶瓷, 并对氢氯噻嗪负载进行释药研究。氢氯噻嗪在水中溶解度较低, 但在体内吸收速率较快, 氢氯噻嗪长期服用会产生一定的不良反应如胃肠不适, 水和电解质代谢紊乱, 高尿酸并发痛风等。本实验研究采用浸渍法成功地将氢氯噻嗪装载于球形介孔二氧化硅陶瓷孔道内, 利用球形介孔二氧化硅陶瓷作为药物载体, 将氢氯噻嗪进行负载与释放, 结果表明氢氯噻嗪在球形介孔硅陶瓷上的载药量为332.8 mg/g。通过研究氢氯噻嗪/介孔二氧化硅陶瓷组装体在模拟人工胃液的释放率, 可知组装体中氢氯噻嗪释药缓慢, 10 h释药率达到77.8%, 10 h以后释药率几乎不变。因此, 介孔二氧化硅陶瓷是一种较好的药物缓释材料, 有望为氢氯噻嗪缓释制剂的开发提供了实验依据。介孔二氧化硅陶瓷作为氢氯噻嗪药物载体材料具有重要的应用价值。
摘要：试验采用十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂为模板剂, 以正硅酸乙酯 (TEOS) 为硅源, 通过溶胶凝胶法合成具有介孔结构的二氧化硅陶瓷, 并通过浸渍法完成氢氯噻嗪与介孔二氧化硅陶瓷的组装。利用X射线衍射、扫描电镜、氮吸附脱附对组装前后的介孔二氧化硅陶瓷进行表征。同时研究组装于介孔二氧化硅陶瓷上的氢氯噻嗪在模拟胃液中的释放情况。实验结果表明:氢氯噻嗪已组装于介孔二氧化硅孔道内, 组装的氢氯噻嗪在模拟胃液中10 h释放达77.8%, 说明介孔二氧化硅陶瓷对氢氯噻嗪有较明显的缓释作用。
关键词：介孔二氧化硅陶瓷,氢氯噻嗪,载药,缓释,溶胶凝胶
参考文献
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