第三节 灰分及酸不溶灰分含量的测定

造纸植物原料和纸浆组分中，都含有一定量的矿物质。试样经高温燃烧和灰化后剩余的矿物质称为灰分（ash），灰分含量和组成随原料种类和部位等的不同而有很大差别。

木材灰分含量一般较少，多在1%以下。树皮的灰分高于木质部，木材中灰分的成分主要是钙、钾、镁、锰、钠和磷等无机盐类。

禾本科植物的灰分含量比木材高，一般在2%以上（竹子1%左右）。稻草灰分含量最高，达10%以上甚至17%。禾草类灰分的主要成分是二氧化硅（占灰分含量的60%以上，稻草可达90%左右）。禾本科叶部和梢部的灰分含量均较茎秆部高。

灰分大小对一般制浆造纸生产影响不大，但在生产绝缘纸浆和精制浆时，要求控制在一定数量以下。禾草类原料的高二氧化硅含量，在碱回收过程中易造成硅干扰问题。因此，测定灰分含量也是评价造纸原料制浆造纸性能的重要指标之一。

一、灰分含量的测定

灰分含量的测定参见《GB/T 742—2018造纸原料、纸浆、纸和纸板 灼烧残余物（灰分）的测定（575℃和900℃）》，本标准适用于各种造纸原料、纸浆、纸和纸板灰分的测定。

（一）测定原理

样品经炭化后在温度为（575±25）℃或（900±25）℃的高温炉里灼烧，灼烧后残余物的质量与样品的质量之比为样品的灰分，以百分数表示。

（二）仪器及试剂

a.坩埚：由铂、陶瓷或二氧化硅制成，能容纳10g样品，在加热情况下质量不变，且不与样品或残余物发生化学反应；b.电炉；c.可控温高温炉（马弗炉）；d.干燥器（内装变色硅胶应保持蓝色）；e.分析天平：感量0.0001g；f.95%乙醇试剂，化学纯级；g.乙酸镁乙醇溶液：溶解4.05g乙酸镁Mg（Ac）₂·4H₂O于50mL蒸馏水中，以95%乙醇稀释至100mL。

（三）取样及处理

根据样品的不同分别按照前文提到的标准GB/T 2677.1—1993、GB/T 740—2003和《GB/T 450—2008纸和纸板试样的采取》的规定取样和处理，并按GB/T 2677.2—2011和GB/T 462—2008测定其水分。

（四）测定步骤和结果计算

1.原料灰分含量的测定步骤和结果计算

称取一定量的试样（保证残余物不低于2mg，精确至0.1mg），置于预先灼烧并已称量的坩埚中，同时另外称取试样测定水分，并计算出试样的绝干质量m。将装有试样的坩埚先在电炉炭化，然后将坩埚移入高温炉中，原料和纸浆灼烧温度为（575±25）℃或（900±25）℃，灼烧时间为4h；纸和纸板灼烧温度为（900±25）℃，灼烧时间为1h。然后，从高温炉中取出坩埚，在空气中自然降温10min，再移入干燥器中冷却至室温。称取坩埚残余物的总质量，准确至0.1mg。

注：除非有特殊需要，不应该延长灼烧时间，长时间灼烧会损失一些灰分。

灰分w_灰分（%）按式（2-2）计算：

式中 m₁——灼烧后坩埚质量，g

m₂——灼烧后盛有残余物的坩埚质量，g

m——绝干试样质量，g

以两次测定的算术平均值报告结果。两次测定计算值间的差值应符合以下规定：木材原料不应超过0.05%；非木材原料不应超过0.2%；纸、纸板和纸浆不应该超过0.1%。

2.高二氧化硅含量的草类原料灰分含量的测定步骤和结果计算

有些草类原料灰分中含有较多的二氧化硅，在灼烧时残余物易熔融结成块状物，致使黑色碳素不易烧尽。遇到此种情况，可以延长灼烧时间，直至残余物变浅为止。若仍不能使黑色炭素烧尽，则可以试用以下方法。

称取2～3g试样（精确至0.0001g）于预先经灼烧并已称取质量的坩埚中，用移液管吸取5mL乙酸镁乙醇溶液，注入盛有试样的坩埚中，用铂丝仔细搅拌至试样全部被润湿，以极少量水洗下沾在铂丝上的样品，微火蒸干并灰化后，移入高温炉，在（575±25）℃温度范围内灼烧至残余物中无黑色色素，并称量坩埚残余物的总质量（精确至0.0001g）。

同时做一空白实验，吸取5mL乙酸镁乙醇溶液于另一灼烧并称量的坩埚中，微火蒸干，移入高温炉中，在（575±25）℃温度范围内灼烧，灼烧时间与试样相同。

灰分w_草类灰分按下式计算：

式中 m₃——空白试验残余物质量，g

m₄——试样残余物质量，g

m——绝干试样质量，g

二、纸浆酸不溶灰分的测定

纸浆酸不溶灰分的测定按标准《GB/T 7978—2005纸浆 酸不溶灰分的测定》进行。

（一）定义

酸不溶灰分（acid-insolubleash）：将纸浆灼烧成灰并用盐酸处理后得到的不溶残渣。

（二）测定原理

先将纸浆灰化，并用盐酸处理，过滤不溶残渣，然后洗涤、灼烧并称量。

（三）试剂

除非另有说明，分析中只使用确认为分析纯的试剂、蒸馏水或去离子水或相当纯度的水。HCl溶液6mol/L。

（四）仪器

a.铂坩埚；b.天平，感量0.0001g；c.高温炉，可将温度保持在900℃±25℃；d.恒温水浴锅。

（五）测定步骤

按GB/T 740取样，称取至少可得到1mg酸不溶灰分的风干试样，称准至0.01g，此浆样应预先撕成大小适宜的碎块。同时另行称取试样，按《GB/T 462—2008纸、纸板和纸浆分析试样水分的测定》测定试样的绝干量。

按GB/T 742，将试样分次放入预先灼烧至恒重的铂坩埚内进行灰化。当铂坩埚降至室温时，加入HCl溶液5mL，并在水浴锅上蒸发至干。然后再加入HCl溶液5mL，并再次蒸发至干。此后还需向残渣中再加入HCl溶液5mL，并在水浴锅上加热几秒，然后用大约20mL的蒸馏水稀释。

用一张无灰滤纸过滤此溶液，并用热蒸馏水冲洗，每次10mL，约洗7～8次，直至滤液无氯离子为止。然后将残渣连同滤纸一起移入已经恒重的铂坩埚中，小心加热直至水分蒸干，并在低温条件下灰化滤纸。当滤纸灰化后，将其残渣放入900℃±25℃高温炉中，直至无炭为止。然后将铂坩埚置于干燥器中冷却，并准确称量至0.1mg。此后应重复灼烧并称量，直至恒重。

警告：在本标准所规定的方法中，需使用有某些危险的化学药品及产生有毒有害气体。因此，必须注意保证遵守有关的安全预防措施。

（六）结果计算

酸不溶灰分w_{酸不溶灰分}用式（2-4）计算，以mg/kg表示。

式中 m₀——酸不溶残渣的质量，g

m——试样绝干质量，g

同时进行两次测定，取其算术平均值作为测定结果，准确至5mg/kg。

（七）注意事项

① 测定前坩埚的底和盖必须编号作标记，编号须用钢笔书写。为了使标记更清晰，可以采用在钢笔墨水中加入少许氯化铁的方法，可使灼烧后红色痕迹更明显。

② 试样在电炉上炭化时，坩埚盖要斜放在坩埚上，边上留一道缝隙，以便使空气流通。炭化温度不宜太高，切记发生试样着火现象，同时应避免风吹，以免产生损失。

③ 试样需待炭化完全后，再放入高温炉中灼烧。坩埚在高温炉中应将盖子倾斜放在坩埚上，并留缝隙；或将盖子打开放在坩埚旁。灼烧时，应严格控制在规定的温度范围内。

④ 待灼烧完全，将坩埚盖子盖好，从高温炉中取出。由于坩埚温度很高，须先放在瓷板（或石棉网）上在空气中冷却5min左右（注意：每次操作冷却时间要固定），待坩埚暗红色消失并用手靠近坩埚时仍感觉微热，再将坩埚移入干燥器中。然后在干燥器中再冷却半小时后称重。