2.4. Методология получения известковых вяжущих в лабораторных условиях

2.4.1. Анализ карбонатного сырья

Определение влажности карбонатного сырья. На аналитических весах в бюксе взвешивают 23 г тонкоизмельченного исходного материала (задается преподавателем) и помещают его в сушильный шкаф при температуре 105110С на 1,52 ч. Затем бюкс вынимают из шкафа, охлаждают до комнатной температуры и взвешивают. Для проверки постоянства массы навеску снова высушивают в течение 30 мин. Удаление влаги считают полным, если при двух последовательных взвешиваниях пробы ее вес не изменяется.

Влажность материала W, %, рассчитывается из соотношения

,

где т₁  масса бюкса с навеской до высушивания, г; т₂  масса бюкса с навеской после высушивания, г; т  масса навески, г.

Определение потерь при прокаливании. Навеску исходного материала (задается преподавателем) около 1 г, высушенную при 105110С до постоянной массы, в фарфоровом тигле помещают в муфельную печь при температуре 9501000С и выдерживают при этой температуре не менее 1 ч. Затем тигель с навеской охлаждают до комнатной температуры, взвешивают и повторяют прокаливание в течение 30 мин. Если при двух последовательных взвешиваниях пробы ее вес не изменился, испытания считают завершенными.

Потери при прокаливании ппп, %, вычисляют по формуле

,

где т₁  масса фарфорового тигля с навеской до прокаливания, г; т₂  масса фарфорового тигля с навеской после прокаливания, г; т  масса навески, высушенной при температуре 105-110С, г.

Определение нерастворимого в HCl остатка. Навеску карбонатной породы 1 г, взвешенную на аналитических весах, помещают в стакан объемом 200 мл, приливают 5060 мл воды и, прикрывая часовым стеклом, постепенно прибавляют 30 мл 10%-ной соляной кислоты. После прекращения выделения пузырьков углекислого газа раствор нагревают до кипения и фильтруют через беззольный фильтр.

Осадок на фильтре промывают горячей водой до отрицательной реакции промывных вод на ион хлора (отсутствие помутнения фильтрата при добавлении к нему 1%-го раствора азотнокислого серебра), помещают во взвешенный фарфоровый тигель, осторожно подсушивают и озоляют, не допуская воспламенения фильтра, затем прокаливают до постоянной массы при температуре 9001000С, охлаждают до комнатной температуры и взвешивают.

Содержание нерастворимого в соляной кислоте остатка Н. О. в процентах вычисляют по формуле

,

где т₁  масса прокаленного остатка, г; т  сухая навеска карбонатной породы, г.

Определение оксида кремния. Навеску карбонатной породы около 0,5 г сплавляют в тигле с 3 г углекислого натрия. Сплав обрабатывают горячей водой, переносят в фарфоровую чашку, осторожно добавляют соляную кислоту до прекращения выделения пузырьков углекислого газа. Затем раствор выпаривают на песчаной бане, по каплям добавляют 58 мл соляной кислоты ( = 1,19 г/см³), выдерживают 10 мин под часовым стеклом, прибавляют 30 мл горячей дистиллированной воды и фильтруют через беззольный фильтр. Осадок вместе с фильтром переносят во взвешенный тигель, высушивают, озоляют и прокаливают в печи при температуре 9001000С в течение 20 мин. Затем тигель охлаждают и взвешивают. Для проверки постоянства массы прокаливание повторяют в течение 15 мин.

Содержание SiO₂, %, определяют по формуле

,

где т₁  масса остатка, г; т  масса сухой навески карбонатной породы, г.

Определение суммарного содержания оксида кремния и нерастворимого в HCl остатка. Один грамм навески карбонатной породы переносят количественно в фарфоровую чашку и осторожно добавляют, прикрывая часовым стеклом, 1015 мл концентрированной соляной кислоты ( = 1,19 г/см³). Часовое стекло после окончания реакции обмывают дистиллированной водой, после чего фарфоровую чашку ставят на песчаную баню для выпаривания раствора досуха. В охлажденную чашку с осадком добавляют 57 мл концентрированной соляной кислоты ( = 1,19 г/см³). После растворения осадка раствор выпаривают досуха на песчаной бане. К осадку добавляют 5 мл концентрированной соляной кислоты, разведенной водой в отношении 1 : 1, и 2530 мл горячей дистиллированной воды. Раствор затем фильтруется через беззольный фильтр на воронке Бюхнера. Промывка осадка на фильтре производится горячей дистиллированной водой до исчезновения реакции на ион хлора. Фильтр вместе с осадком переносят в тигель, осторожно сжигают в муфельной печи и затем прокаливают при температуре 9001000С до постоянной массы.

Суммарное содержание SiO₂ + Н. О., % рассчитывается из уравнения

,

где т₁  масса тигля с осадком, г; т₂  масса пустого тигля, г; т  масса исходной навески, г.

Определение суммы полуторных оксидов R₂O₃. Для определения R₂O₃ фильтрат, оставшийся после определения SiO₂ и нерастворимого в HCl остатка, выпаривают на водной бане до объема порядка 100150 мл, после чего к нему добавляют несколько капель концентрированной HNO₃ ( = 1,64 г/см³). Раствор доводят до кипения и к нему осторожно добавляют 10%-ный раствор NH₄OH до появления слабого запаха аммиака. Образовавшийся осадок отфильтровывают через беззольный фильтр и промывают горячей дистиллированной водой до исчезновения реакции на хлорид-ион. Фильтр с осадком переносят в тигель, осторожно сжигают и прокаливают.

Содержание R₂O₃, %, рассчитывают по уравнению

,

где т₁  масса прокаленного тигля с осадком, г; т₂  масса пустого тигля, г; т  масса исходной навески, г.

Определение содержания Ca²⁺ и Mg²⁺(CaCO₃ и MgCO₃). Содержание карбонатов кальция и магния определяют комплексонометрическим методом согласно ГОСТ 1039876.

Ион кальция определяют титрованием пробы трилона Б в щелочной среде (рН = 12) в присутствии индикатора мурексида (до перехода розовой окраски в сиреневую). Определение суммарного содержания ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ производится титрованием пробы раствором трилона Б в среде аммиачного буферного раствора в присутствии индикатора хромоген черный или хром темно-синий. Окраска раствора изменяется при этом от малиново-красной до синей. Содержание в растворе ионов магния определяется по разности между показаниями первого и второго титрований.

Фильтрат после определения R₂O₃ количественно переносят в мерную колбу емкостью 250 мл и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой. Из мерной колбы отбирают 25 мл раствора в коническую колбу, добавляют к нему 50100 мл дистиллированной воды, 510 мл 1 н раствора NaOH для создания щелочной среды, 56 капель индикатора мурексида и титруют 0,050,1 н раствором трилона Б до перехода розовой окраски в сиреневую.

Содержание Ca²⁺ в пересчете на СаСО₃, %, рассчитывают по формуле

,

где V  количество трилона Б, пошедшее на титрование пробы, мл; K  поправочный коэффициент к нормальности трилона Б; H  нормальность раствора трилона Б;  масса 1 г·экв СаСО₃ ( ); т  навеска исходного материала, г.

Титрованием раствором трилона Б пробы с индикатором хром темно-синий получают суммарное содержание ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в растворе. Титруя параллельную пробу трилоном Б с мурексидом получают содержание в растворе ионов Са²⁺.

Расчет содержания MgCO₃, %, производится по формуле

,

где V₁  количество трилона Б, пошедшее на титрование пробы с индикатором хром темно-синий, мл; V₂  количество трилона Б, пошедшее на титрование пробы с индикатором мурексид, мл; K  поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б; H  нормальность раствора трилона Б;  масса 1 г·экв MgСО₃ ( ); т  навеска исходного материала, г.

Определение общего содержания карбонатов кальция и магния. Этот метод пригоден при анализе высокосортного, стабильного по составу карбонатного сырья.

Для определения общего количества карбонатов кальция и магния (в пересчете на СаСО₃) берут навеску карбонатной породы около 0,5 г (но не более 0,55 г) и обрабатывают 25 мл дистиллированной воды. Добавив затем точно 25 мл 0,5 н HCl, коническую колбу накрывают часовым стеклом и при перемешивании доводят раствор до кипения. Кипятят 12 мин.

При этом все крупные частицы сырья должны прореагировать с соляной кислотой до полного разложения карбонатов. Помогает этому легкое разминание частиц стеклянной палочкой. Обмыв стекло, стенки конической колбы и палочку струей воды из промывалки, избыток раствора HCl оттитровывают по метиловому оранжевому 0,5 н NaOH.

Общее содержание СаСО₃ + MgСО₃ в пересчете на СаСО₃, %, определяют по формуле

,

где V₁  количество 0,5 н раствора HCl, взятое для перевода карбонатов кальция и магния в хлориды, мл (V₁ = 25 мл); K₁  коэффициент нормальности раствора HCl по отношению к строго 0,5 н раствору HCl; V₂  количество 0,5 н раствора NaOH, затраченное на титрование избытка 0,5 н раствора HCl, мл; K₂  коэффициент нормальности рабочего 0,5 н раствора NaOH по отношению к строго 0,5 н раствору HCl; Т  титр строго 0,5 н HCl, выраженный в СаСО₃ (Т = 0,025023); g  навеска карбонатной породы, г.