Порядок выполнения работы

Наиболее простым и требующим небольших затрат времени является качественный метод определения свободной извести реактивом Уайта под микроскопом (петрографический анализ). Поэтому этот метод используется на цементных заводах для текущего контроля качества обжига клинкера.

Реактив Уайта представляет собой смесь фенола с нитробензолом в соотношении 1:1, содержащую несколько капель дистиллированной воды. Нитробензол не участвует в реакции, являясь лишь растворителем фенола, так как последний при комнатной температуре может находиться только в кристаллическом состоянии. Несколько капель воды, добавленные при приготовлении реактива Уайта, ускоряют реакцию образования фенолята кальция.

Для проведения петрографического анализа используется прозрачный шлиф – препарат, изготовленный из исследуемого вещества для изучения в проходящем свете с помощью поляризационного микроскопа. Прозрачные шлифы изготовляются толщиной не более 30 мкм для того, чтобы отдельные частицы материала не перекрывали друг друга.

Методика приготовления прозрачного шлифа

Для петрографического анализа берут среднюю пробу материала в количестве 100…200 г. От этой пробы рекомендуется отобрать гранулы как средних и крупных размеров, так и мелкие; в отдельных случаях можно ограничиться зернами преобладающего размера.

Для приготовления прозрачного шлифа отобранную пробу материала (клинкера, мела, извести) измельчают в чугунной ступке до получения крупки диаметром 2…3 мм. Измельченную пробу усредняют и от нее отбирают небольшую часть, около 0,5 г, которую тонко истирают в агатовой ступке. Проба считается готовой для анализа, когда при растирании порошка между пальцами не ощущается крупинок.

Очень небольшое количество тонко растертого порошка (клинкера, мела, извести) помещают на предметное стекло микрошпателем, накрывают тонким покровным стеклом размером не более 1 см² (обычно размер покровных стекол составляет от 18×18 до 24×24 мм, поэтому их необходимо разрезать на четыре части по линейке при помощи заостренного конца корунда). Рекомендуется заранее нарезать такие стекла и хранить их в отдельных коробках или бюксах. Чтобы на покровном стекле не оставались отпечатки пальцев, его при приготовлении препарата держат за уголки.

Под покровное стекло вводят одну каплю реактива Уайта. Реактив Уайта хранят во флаконах, пробки которых заканчиваются вытянутыми книзу отростками. Слегка взбалтывая жидкость, смачивают ею такой отросток и быстро вынимают пробку, стараясь не касаться стенок флакона (в противном случае капля останется в нем). При нанесении стекающей капли следят за тем, чтобы оттянутый конец пробки не касался предметного стекла и на него не попадали частички исследуемого материала (они могут попасть во флакон с жидкостью и загрязнить ее). Когда каплю наносят правильно, она быстро растекается под покровным стеклом и смачивает испытываемый порошок. Чтобы порошок равномерно распределился в жидкости, следует, держась концами пальцев или пинцетом за уголки стекла, несколько раз подвигать его в разных направлениях.

Реактив Уайта должен хорошо смачивать порошок, иначе образуются пузырьки воздуха, которые затрудняют наблюдение. Если порошок недостаточно хорошо растерт, то покровное стекло плотно не прилегает к предметному стеклу, и жидкость стекает в одну сторону. Когда при исследовании препарата наблюдается движение частиц материала в жидкости, избыток реактива Уайта можно отсосать фильтровальной бумагой. Подготовленный препарат помещают на столик микроскопа. Наблюдения ведут в проходящем свете в темном поле.

Если в исследуемом материале имеется СаО_св или Ca(OH)₂, то в препарате через несколько минут после его приготовления появляются игольчатые или длинные перистые кристаллики фенолята кальция, хорошо различимые при скрещенных николях микроскопа по их интерференционной окраске (рис. 6). При наличии в клинкере значительного количества СаО_св феноляты появляются через 5…10 мин, а при небольшом его содержании – лишь через 30…60 мин.

Рис. 6. Иглы фенолята кальция под микроскопом в проходящем свете

Метод основан на взаимодействии свободного оксида или гидроксида кальция с фенолом, приводящем к образованию отчетливо наблюдаемых под микроскопом фенолятов кальция. При взаимодействии фенола со свободной известью СаО_св или Ca(OH)₂ протекают следующие химические реакции:

1. CaO + 2C₆H₅OH = Ca(C₆H₅O)₂ + H₂O

фенол фенолят кальция

2. Ca(OH)₂ + 2C₆H₅OH = Ca(C₆H₅O)₂ + 2H₂O

фенол фенолят кальция

Препараты просматривают при больших увеличениях (объективы 40× или 60×) с включенным анализатором. Если выключить анализатор, то кристаллы фенолятов кальция по цвету практически сливаются с жидкостью. Это свойство помогает отличать их от других фаз.

Когда в материале присутствует свободный СаО, феноляты кальция образуют перистые или сферолитовые скопления; в присутствии гидроксида кальция феноляты кальция имеют вид отдельных крупных кристаллов. Количество свободной извести подсчитывают по числу гнезд или отдельных кристаллов фенолята кальция, образующихся на определенной площади препарата. В условиях проведения систематических наблюдений над клинкером возможно произвести градуировку микрохимической реакции. Для этой цели необходимо изготовлять микрохимические препараты таким образом, чтобы в поле зрения получалось одинаковое количество зерен цементного порошка. Путем подсчета числа гнезд фенолята кальция в различных препаратах, изготовленных из клинкеров (цементов) с различным (определенным другими методами) содержанием СаО_св, можно установить соотношение между количеством свободного оксида кальция и числом возникших гнезд фенолята кальция.

Микрохимическая реакция на свободную известь имеет качественный характер, т.е. позволяет определить, есть или нет свободная неусвоенная известь в исследуемом материале. Этот метод очень чувствителен, он позволяет установить присутствие до 0,1% свободных оксида и гидроксида кальция, дает достаточную точность при наличии менее 2% свободной извести.

В пробах же с большим содержанием свободной извести фенолята кальция так много, что он закрывает все поле зрения и дифференцировать, а, следовательно, и подсчитать гнезда фенолята кальция не представляется возможным. При анализе материалов с большим количеством свободной извести для повышения точности подсчета гнезд фенолята кальция необходимо разбавлять пробы инертным веществом (кварцем, корундом).

После просмотра препарата покровное и предметное стекла тщательно вытирают, подготавливая их для приготовления нового препарата.

В лабораторный журнал необходимо зарисовать изображения, наблюдаемые под микроскопом, и дать характеристику исследуемых материалов по содержанию свободной извести.