压裂液用工业硝酸钠含量测定方法选择研究

前言

工业硝酸钠是一种重要基础化工原料, 广泛用于玻璃、炸药、染料、冶金、机械搪瓷、油田化学等行业。在油田化学中的应用主要用于加重压裂液的配制, 加入量大约在40%, 质量要求为合格品以上。工业硝酸钠的质量指标执行GB/T4553-2002《工业硝酸钠》质量标准。其中对工业硝酸钠的质量指标要求见表1。

一、硝酸钠含量分析方法对比

硝酸钠含量是工业硝酸钠最重要的质量指标, 测定硝酸钠含量的实验方法有多种, 繁简不一, 精度也有一定差别。

1.方法一:GB/T4553-2002《工业硝酸钠》中提供的的测定方法 (间接测定法)

(1) 方法提要

将硝酸钠中的杂质全部测定出来, 然后在总质量中减去所有杂质, 即为硝酸钠的含量。其中杂质包括水分、水不溶物、氯化物、硝酸钙、硝酸镁、硫酸钠、亚硝酸钠、碳酸钠、硝酸铵共9种。从100中减去杂质总量即为硝酸钠含量。

(2) 杂质总含量的质量分数W11, 数值以%表示, 按式 (1) 计算:

式中:W2———水不溶物的质量分数, 数值以%表示;

W3——氯化物的质量分数, 数值以%表示;

W4——硝酸钙的质量分数, 数值以%表示;

W5——硝酸镁的质量分数, 数值以%表示;

W6 (或W7) ———硫酸钠的质量分数, 数值以%表示;

W8——亚硝酸钠的质量分数, 数值以%表示;

W9——碳酸钠的质量分数, 数值以%表示;

W10——硝酸铵的质量分数, 数值以%表示。

(3) 分析结果的表述

硝酸钠 (Na NO3) 含量的质量分数W12, 数值以%表示, 按式 (2) 计算:

2.方法二:师兆忠提出硝酸钠含量测定的方法 (硫酸转化法)

(1) 实验原理

硝酸钠与浓硫酸、尿素发生反应如下反应,

过量的尿素在硫酸作用下水解生成硫酸铵, 反应方程式:

根据反应方程式 (1) ——— (5) 可以得出:1mol的 (NO3) -消耗0.5mol的CO (NH2) 2。生成的硫酸铵和甲醛反应生成的六次甲基四胺和硫酸, 用碱标准溶液中和生成的酸, 根据消耗碱校准溶液的体积, 计算出硝酸钠的含量, 其反应方程式:

3.方法三:GB1891-2007《食品添加剂硝酸钠》中提供的方法 (盐酸转化法)

(1) 方法提要

用盐酸将硝酸钠转化为氯化钠, 加热蒸干除去硝酸和多余的盐酸, 用银量法测定氯离子。

(2) 实验原理

(3) 结果计算

硝酸钠的含量以硝酸钠 (Na NO3) 的质量分数w 1计, 数值以%表示, 按公式 (1) 计算:

v-滴定试样溶液所消耗硝酸银标准滴定溶液的体积的数值, 单位为毫升 (ml) ;

v0-滴定空白溶液所消耗硝酸银标准滴定溶液的体积的数值, 单位为毫升 (ml) ;

c-硝酸银标准滴定溶液浓度的准确数值, 单位为摩尔每升 (mol/l) ;

m-试料质量的数值, 单位为克 (g) ;

M-硝酸锅 (Na N03) 的摩尔质量的数值, 单位为克每摩尔 (g/mol) (M=84.99) 。

取平行测定结果的算术平均值为测定结果, 两次平行测定结果的绝对差值

不大于0.2%。

二、三种方法的对比

对于以上三种分析方法, 从实验步骤的繁简程度、使用试剂的种类、实验的精确度、存在的优缺点等方面对见表2。

从以上三种方法的引用出处来看, 方法一的结果能够比较客观地反映硝酸钠真实含量, 方法二和方法三都有考虑不全面的地方, 所以方法一适合于生产厂家进行产品质量出厂检验和评级使用。方法二和方法三适合于使用厂家进行产品合格检验使用。

作为加重压裂液组份的工业硝酸钠, 加入量大, 其中的杂质对压裂液的使用效果影响不明显, 所以进厂检验应选择方便简单的方法进行检验。通过以上对比可以看出, 方法三的实验方法最为简便。但为了提高分析结果的准确性, 需要对该方法进行一定的修正。

三、对方法三的修正

由于没有考虑试样中原有氯离子对实验结果的影响, 所以从实验原理来看, 方法三的分析结果应比实际含量偏高;为了提高分析结果的准确性, 对方法三的实验过程进行一定的修正:先测定原试样硝酸钠中氯离子含量, 再从用盐酸转化后的测定的氯离子含量中减掉原有氯离子含量。试样中氯离子含量仍用银量法测定。

用方法一、方法三及修正过的方法三对三组工业硝酸钠试样进行硝酸钠含量分析, 测定结果对比情况见表3.

从表3可以看出, 修正后的方法三与方法一更接近, 更能真实地反映硝酸钠的含量。该方法具有方便快捷、准确可靠的特点, 适合产品入厂检验使用。可以大幅提高分析化验工作效率, 节省分析化验成本。

结论

通过对比三种工业硝酸钠分析方法, 分析了各自的优缺点, 选择方法三盐酸转化法作为本单位硝酸钠入厂分析检验的方法, 并对该方法进行了修正改进, 提高了分析结果的准确性。

摘要：本文通过对三种工业硝酸钠含量测定方法的研究对比, 优选出了盐酸转化法作为压裂液用工业硝酸钠含量测定方法, 并对该方法提出了修正改进, 提高了该方法的分析精确度。

关键词：硝酸钠含量测定方法,比选

参考文献

[1] 师兆忠.工业硝酸钠含量的测定方法研究.无机盐工业, 2007, 39 (11) , 58-59.