Основы катионитового метода

Содержание гипса в цементе определяют по ГОСТ 5382-91 (см. прил.), используя катионитовый метод. Применяются катиониты марок КУ-1, КУ-2, СБС, СБСР, СДВ. Эти смолы отличаются большой механической прочностью и химической стойкостью, не разрушаясь в кислотах и щелочах, легко поддаются зернению и обладают значительной обменной емкостью.

Катионит представляет собой высокомолекулярную нерастворимую кислоту, содержащую в качестве обменных групп ионы водорода. Обмен ионов на катионитах можно отнести к обычным реакциям обмена. Основная масса гипса и других сульфатов извлекается водой. Адсорбированная на поверхности нерастворимого остатка часть ионов SO₄^2– вытесняется в раствор путем промывания осадка насыщенным раствором борной кислоты.

В этих условиях в раствор переходит лишь 20…30% образца в виде сульфатов кальция, боратов и силикатов кальция, щелочных металлов. В то же время обработка пробы одной борной кислотой полностью разлагает силикаты кальция, которые составляют 70…80% от всей навески, вследствие чего быстро насыщается обменная емкость катионита и его приходится слишком часто регенерировать (восстанавливать).

При пропускании фильтрата через колонку, в которой находится катионит в водородной форме, из сульфатов образуется эквивалентное количество серной кислоты по схеме:

CaSO₄ + 2HR = CaR₂ + H₂SO₄,

где R – органический радикал катионитовой смолы.

При титровании щелочью раствора, пропущенного через катионитовую колонку, по индикатору метилоранжу титруется только сильная серная кислота. Борная и кремниевая кислоты с этим индикатором не титруются.

Сульфидная сера этим методом не определяется, ибо выделяющийся при обработке пробы сероводород не титруется по метилоранжу.

Катионитовый метод при полноте растворения сульфатов обеспечивает очень точные результаты определения содержания сульфатной серы. На одной колонке можно произвести пять-шесть определений сульфатной серы без регенерации.

Задание 1. Подготовка ионообменной колонки к работе Приборы и материалы

Ионообменная колонка; катионит в Н-образной форме; стеклянная вата; стеклянные бусинки. Стакан объемом 150 мл; стеклянная палочка; стеклянная воронка; пробирка; индикатор – метиловый оранжевый 0,1%-й раствор; раствор соляной кислоты (1:3); дистиллированная вода; 4%-й раствор оксалата аммония.

Порядок выполнения работы

Ионообменные колонки бывают двух типов (рис. 8).

Колонку заполняют катионитовой смолой после 6…8 ч замачивания катионита в воде, так как сухая ионообменная смола сильно набухает при соприкосновении с водой. Смолу переносят в колонку маленькими порциями. В нижней части колонки помещают стеклянную вату, поверх нее – смолу, а над ней – стеклянные бусинки или вату, которые не дают смоле взмучиваться при наливании раствором. Нужно следить за тем, чтобы зерна катионита ложились плотнее друг к другу. Пузырьки и прослойки воздуха уменьшают обменную емкость катионита. Колонку заполняют катионитом на 1…2 см ниже уровня выходного отверстия. Приготовленную колонку промывают 3…4 раза раствором соляной кислоты для насыщения катионита водородными ионами, после чего полученный катионит в Н-образной форме промывают дистиллированной водой до исчезновения кислой реакции промывных вод (проба метилоранжем).

После 4…6 определений или по окончании рабочего дня катионит регенерируют раствором соляной кислоты и 2…3 раза промывают водой. Перед началом нового определения необходимо снова промыть колонку до отрицательной реакции на кислоту.

Для выяснения возможности использования колонки без регенерации катионита производят испытания оттитрованного фильтрата на присутствие ионов кальция. Для этого к раствору после определения серного ангидрида добавляют 5…6 мл оксалата аммония до нейтральной реакции и нагревают. Если раствор остается прозрачным, колонкой можно пользоваться. Помутнение раствора указывает на необходимость регенерации колонки и повторения анализа.