铝酸钠溶液中氧化铝、苛性碱及碳碱自动滴定方法与流程

本发明属于氧化铝工业生产过程化学成分化学分析方法领域，主要涉及氧化铝生产和科研过程中铝酸钠溶液中氧化铝、苛性碱及碳碱自动滴定装置及方法。

背景技术：

铝酸钠溶液是氧化铝生产过程中重要的载体，主要组成为naoh-naal(oh)4的溶液，贯穿于整个氧化铝生产过程，主要有循环碱、溶出液、精液、母液、蒸发母液等。这些铝酸钠溶液的成分是氧化铝生产的重要指标，生产中每一阶段铝酸钠溶液浓度的控制都至关重要，因此快速准确地测定其中各成分含量有重要意。目前，铝酸钠溶液成分分析主要靠人工定时从生产线取样，然后送化验室进行人工分析，分别用酸滴定碱(苛性碱和碳酸碱)和edta络合滴定氧化铝中铝的含量。人工分析和分析人员的经验、操作、责任心、对滴定终点的判断及滴定读数都有很大关系，稍有不慎就会引起较大的误差，分析误差在2%左右。

澳大利亚氧化铝厂采用葡萄糖酸钠和氟化钾代替edta作为al的络合剂进行铝酸钠溶液各成分的滴定化学分析。文献（邓平。两种铝酸钠溶液分析方法比较与探讨[j]。轻金属，1998，（3）：25-26。）研究表明澳大利亚的分析方法较为繁琐，速度较慢。同时，该方法试验了氟化物作为络合促进剂，对电极损害大，大大缩短了电极的使用寿命，增加分析检测成本，对环境也造成一定的破坏。

技术实现要素：

发明目的

为解决上述技术问题本发明提供一种铝酸钠溶液中氧化铝、苛性碱及碳碱自动滴定装置及方法，不添加任何氟类助剂，快速自动分析铝酸钠溶液中的氧化铝、苛性碱及碳碱的浓度，简化分析流程和步骤，避免人为造成的误差，分析误差小于0.8%，提高了铝酸钠溶液检测的速度和精度。

技术方案

一种铝酸钠溶液中氧化铝、苛性碱及碳碱自动滴定方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）试剂a配制：采用移液装置精准移液或称量一定量的酸溶液，配置成h⁺浓度0.1-1.0mol/l的酸液，并进行标定；

（2）试剂b配制：按1:（0.05~0.5）比例称取一定质量的铝络合剂和碳酸盐+氢氧化钠的混合试剂，放入玻璃器皿中用蒸馏水或去离子水溶解，溶解后加入10ml无水乙醇，将玻璃器皿中溶液移入定容器皿中定容；

（3）铝酸钠溶液取样与稀释：采用移液装置取1-5ml（表示为v1）待测铝酸钠溶液，移入100ml定容器皿内，用蒸馏水或去离子水中的一种定容；

（4）电位自动滴定：取2-10ml（表示为v2）稀释好的待测铝酸钠溶液，置于滴定杯中，放入ph电极，开启自动加液装置，开始滴定，滴定液采用试剂a；滴定至ph值10-11，得到滴定体积t1；加入10-50ml试剂b，ph值会升高，形成二次被滴定液，继续滴定至ph值10-11，得到第二个滴定体积t2；继续滴定至ph值8-9，得到第三个滴定体积t3；

（5）数值计算：h⁺浓度为c

铝酸钠溶液中苛性碱浓度nk=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度a=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱nc=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

步骤（4）中的自动加液装置通过胶管连接滴定管的上端，滴定管置于滴定杯中，ph电极置于滴定杯中，搅拌器同样置于滴定杯中，ph电极和滴定管皆由支架支撑；滴定杯、ph电极、滴定管、自动加液装置、胶管和螺旋搅拌器构成了自动滴定装置，使步骤能够自动滴定。

所述步骤（1）中酸溶液为硫酸、盐酸或硝酸的一种。

所述步骤（2）中铝络合剂为酒石酸钠、酒石酸钾、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾或edta中的一种或几种组合。

所述搅拌器为螺旋搅拌器。

所述搅拌器的螺旋叶片位于ph电极和滴定管下端的下侧，ph电极和滴定管的下端等高。

所述滴定杯内铺有一层0.2-2mm直径的玻璃球。

优点及效果

本发明不添加任何氟类助剂，快速自动分析铝酸钠溶液中的氧化铝、苛性碱及碳碱的浓度，简化分析流程和步骤，避免人为造成的误差，提高了铝酸钠溶液检测的速度和精度。可以达到氧化铝、苛性碱和碳碱浓度分析误差≤1g/l，标准偏差≤0.5的效果。

附图说明

图1为本发明的滴定方法流程图；

图2为本发明的自动滴定装置结构示意图。

附图标记说明：1.滴定杯；2.ph电极；3.滴定管；4.自动加液装置；5.胶管；6.搅拌器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

具体实施方式内所使用的移液装置在化学实验室很常见，主要有20ml移液管和电子移液器；自动加液装置使用的是瑞士万通800dosino；铝络合剂为酒石酸钠、酒石酸钾、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾或edta中的一种或几种组合，通常组合为酒石酸钠+葡糖糖酸钠+edta、酒石酸钾+葡糖糖酸钾+edta或酒石酸钠+葡糖糖酸钠；酸液为硫酸、盐酸或硝酸的一种。

实施例1

一种铝酸钠溶液中氧化铝、苛性碱及碳碱自动滴定方法，步骤如下：

（1）试剂a配制：采用移液装置精准移液或称量一定量的酸溶液，配置成h⁺浓度0.1mol/l的酸液，并进行标定；

（2）试剂b配制：按1:0.05比例称取一定质量的铝络合剂和碳酸盐+氢氧化钠的混合试剂，放入烧杯中用蒸馏水或去离子水溶解，溶解后加入10ml无水乙醇，将烧杯中溶液移入定容量瓶中定容；

（3）铝酸钠溶液取样与稀释：采用移液装置取5ml（表示为v1）待测铝酸钠溶液，移入100ml定容量瓶内，用蒸馏水或去离子水中的一种定容；

（4）电位自动滴定：自动加液装置4通过胶管5连接滴定管3的上端，滴定管3置于滴定杯1中，用于滴定；ph电极2置于滴定杯1中，用于测量溶液ph值；搅拌器6同样置于滴定杯1中，用于搅拌滴定杯中溶液，搅拌器6为螺旋搅拌器，搅拌器6的螺旋叶片位于ph电极2和滴定管3下端的下侧，ph电极2和滴定管3的下端等高。ph电极2和滴定管3皆由支架支撑；滴定杯1、ph电极2、滴定管3、自动加液装置4、胶管5和螺旋搅拌器6构成了自动滴定装置，能够自动滴定。滴定杯1内铺有一层0.2-2mm直径的玻璃球，玻璃球不与试剂化学反应，且可以在搅拌的时候促进液体混合均匀。

取5ml（表示为v2）稀释好的待测铝酸钠溶液，置于滴定杯1中，放入ph电极2，开启自动加液装置4和搅拌器6，开始自动滴定，滴定液采用试剂a；滴定至ph值10.5，得到滴定体积t1为1.295ml；加入10ml试剂b，ph值会升高，形成二次被滴定液，继续自动滴定至ph值10.5，得到第二个滴定体积t2为7.664ml；继续自动滴定至ph值9，得到第三个滴定体积t3为0.518ml。

（5-1）数值计算：

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度156.35g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度111.1g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱12.85g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

（5-2）数值计算：

同一待测液体，取10ml稀释后溶液（v2），重复上述步骤，得到t1为2.592ml，t2为15.325ml，t3为1.039ml。

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度156.32g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度111.09g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱12.88g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

（5-3）数值计算：

同一待测液体，取2ml稀释后溶液（v2），重复上述步骤，得到t1为0.517ml，t2为2.067ml，t3为0.207ml。

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度156.41g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度111.09g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱12.85g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

经过3次滴定和计算得知氧化铝浓度标准偏差只有0.006、苛性碱浓度标准偏差只有0.046和碳碱浓度标准偏差只有0.017，误差和标准偏差可以忽略不计，本方法提高了铝酸钠溶液检测的速度和精度。

实施例2

一种铝酸钠溶液中氧化铝、苛性碱及碳碱自动滴定方法，步骤如下：

（1）试剂a配制：采用移液装置精准移液或称量一定量的酸溶液，配置成h⁺浓度0.2mol/l的酸液，并进行标定；

（2）试剂b配制：按1:0.5比例称取一定质量的铝络合剂和碳酸盐+氢氧化钠的混合试剂，放入烧杯中用蒸馏水或去离子水溶解，溶解后加入10ml无水乙醇，将烧杯中溶液移入定容量瓶中定容；

（3）铝酸钠溶液取样与稀释：采用移液装置取1ml（表示为v1）待测铝酸钠溶液，移入100ml定容量瓶内，用蒸馏水或去离子水中的一种定容；

（4）电位自动滴定：自动加液装置4通过胶管5连接滴定管3的上端，滴定管3置于滴定杯1中，用于滴定；ph电极2置于滴定杯1中，用于测量溶液ph值；搅拌器6同样置于滴定杯1中，用于搅拌滴定杯中溶液，搅拌器6为螺旋搅拌器，搅拌器6的螺旋叶片位于ph电极2和滴定管3下端的下侧，ph电极2和滴定管3的下端等高。ph电极2和滴定管3皆由支架支撑；滴定杯1、ph电极2、滴定管3、自动加液装置4、胶管5和螺旋搅拌器6构成了自动滴定装置，能够自动滴定。滴定杯1内铺有一层0.2-2mm直径的玻璃球，玻璃球不与试剂化学反应，且可以在搅拌的时候促进液体混合均匀。

取10ml（表示为v2）稀释好的待测铝酸钠溶液，置于滴定杯1中，放入ph电极2，开启自动加液装置4和搅拌器6，开始自动滴定，滴定液采用试剂a；滴定至ph值10，得到滴定体积t1为0.276ml；加入50ml试剂b，ph值会升高，形成二次被滴定液，继续自动滴定至ph值10，得到第二个滴定体积t2为1.588ml；继续自动滴定至ph值8，得到第三个滴定体积t3为0.113ml；

（5-1）数值计算：

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度162.02g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度115.59g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱14.06g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

（5-2）数值计算：

同一待测液体，取待测铝酸钠溶液5ml（v1），取5ml稀释后溶液（v2），采用浓度为0.5mol/l的盐酸（a溶液）进行滴定，重复上述步骤，得到t1为0.276ml，t2为1.586ml，t3为0.114ml。

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度161.92g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度115.52g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱14.08g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

（5-3）数值计算：

同一待测液体，取待测铝酸钠溶液5ml（v1），取10ml稀释后溶液（v2），采用浓度为1mol/l的盐酸进行滴定，重复上述步骤，得到t1为0.277ml，t2为1.589ml，t3为0.113ml。

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度162.05g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度115.66g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱14.01g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

经过3次滴定和计算得知氧化铝浓度标准偏差只有0.070、苛性碱浓度标准偏差只有0.068和碳碱浓度标准偏差只有0.036，误差和标准偏差可以忽略不计，本方法提高了铝酸钠溶液检测的速度和精度。

实施例3

一种铝酸钠溶液中氧化铝、苛性碱及碳碱自动滴定方法，步骤如下：

（1）试剂a配制：采用移液装置精准移液或称量一定量的酸溶液，配置成h⁺浓度0.5mol/l的酸液，并进行标定；

（2）试剂b配制：按1:0.2比例称取一定质量的铝络合剂和碳酸盐+氢氧化钠的混合试剂，放入烧杯中用蒸馏水或去离子水溶解，溶解后加入10ml无水乙醇，将烧杯中溶液移入定容量瓶中定容；

（3）铝酸钠溶液取样与稀释：采用移液装置取5ml（表示为v1）待测铝酸钠溶液，移入100ml定容量瓶内，用蒸馏水或去离子水中的一种定容；

（4）电位自动滴定：自动加液装置4通过胶管5连接滴定管3的上端，滴定管3置于滴定杯1中，用于滴定；ph电极2置于滴定杯1中，用于测量溶液ph值；搅拌器6同样置于滴定杯1中，用于搅拌滴定杯中溶液，搅拌器6为螺旋搅拌器，搅拌器6的螺旋叶片位于ph电极2和滴定管3下端的下侧，ph电极2和滴定管3的下端等高。ph电极2和滴定管3皆由支架支撑；滴定杯1、ph电极2、滴定管3、自动加液装置4、胶管5和螺旋搅拌器6构成了自动滴定装置，能够自动滴定。滴定杯1内铺有一层0.2-2mm直径的玻璃球，玻璃球不与试剂化学反应，且可以在搅拌的时候促进液体混合均匀。

取10ml（表示为v2）稀释好的待测铝酸钠溶液，置于滴定杯1中，放入ph电极2，开启自动加液装置4和搅拌器6，开始自动滴定，滴定液采用试剂a；滴定至ph值11，得到滴定体积t1为1.344ml；加入30ml试剂b，ph值会升高，形成二次被滴定液，继续自动滴定至ph值11，得到第二个滴定体积t2为3.725ml；继续自动滴定至ph值9，得到第三个滴定体积t3为0.179ml；

（5-1）数值计算：

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度157.15g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度189.99g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱11.10g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

（5-2）数值计算：

同一待测液体，取8ml稀释后溶液（v2），重复上述步骤，得到t1为1.079ml，t2为2.976ml，t3为0.143ml。

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度157.15g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度189.72g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱11.08g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

（5-3）数值计算：

同一待测液体，取6ml稀释后溶液（v2），重复上述步骤，得到t1为0.810ml，t2为2.234ml，t3为0.110ml。

上述数据代入公式可以得出：

铝酸钠溶液中苛性碱浓度157.25g/l=(t1+t2)×c×62÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中氧化铝浓度189.87g/l=t2×c×102÷（v1×v2/100×2）；

铝酸钠溶液中碳碱11.37g/l=t3×c×62÷（v1×v2/100）。

经过3次滴定和计算得知氧化铝浓度标准偏差只有0.135、苛性碱浓度标准偏差只有0.058和碳碱浓度标准偏差只有0.162，误差和标准偏差可以忽略不计，本方法提高了铝酸钠溶液检测的速度和精度。