Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитический контроль минерального сырья в производстве силикатных материалов. Учебное пособие
.pdf
3.3. Определение насыпной плотности
Насыпную плотность определяют для таких сыпучих
строительных материалов, как цемент, песок, щебень, гравий и др.
Данный параметр определяется в соответствии с ГОСТ 8735-88 и
8269.0-97. Насыпная плотность таких материалов может быть определена в рыхлонасыпном, уплотненном и естественном состоянии.
Насыпную плотность определяют с помощью прибора,
который состоит из стандартной воронки в виде усеченного конуса и
мерного цилиндра объемом 1 л (1000 см3) или 10 л (рис. 4).
Рис. 4. Стандартная воронка: 1 – корпус; 2 – трубка; 3 – задвижка;
4 – мерный цилиндр
Для испытаний под трубкой воронки устанавливают заранее
взвешенный мерный цилиндр (m1). Расстояние между верхним
обрезом цилиндра и задвижкой должно быть 50 мм. В воронку
насыпают сухой материал, затем открывают задвижку, заполняют
цилиндр с избытком, закрывают задвижку и металлической линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. При этом не допускается уплотнение
материала. Затем цилиндр с материалом взвешивают с точностью
до 1 г (m2).
41
Расчет средней насыпной плотности материала в рыхлонасыпном состоянии ведут по формуле, кг/дм3:
= (m2 – m1) / V, (12)
н.р.
где m1 – масса цилиндра, кг; m2 – масса цилиндра с материалом, кг;
V – объем цилиндра, дм3.
При транспортировании и хранении сыпучие материалы
уплотняются, при этом значение их насыпной плотности может
оказаться на 15–30 % выше, чем в рыхлонасыпном состоянии.
Определить насыпную плотность в уплотненном состоянии можно
по приведенной выше методике. Однако, после заполнения цилиндра
материалом его следует уплотнить вибрацией в течение 30–60 с на
виброплощадке и путем легкого постукивания цилиндра о стол
30 раз. В процессе уплотнения материал досыпают, поддерживая
некоторый избыток его в цилиндре. Далее избыток срезают,
определяют массу материала в цилиндре (m3) и вычисляют
плотность в уплотненном состоянии
= (m3 – m1) / V,
н.у.
по формуле, кг/дм3:
(13)
насыпную
где m1 – масса цилиндра, кг; m3 – масса цилиндра с материалом в
уплотненном состоянии, кг; V – объем цилиндра, дм3.
На основе полученных результатов можно определить
уплотненность материала, которую принято характеризовать коэф-
фициентом уплотнения:
где
нии, кг/дм3;
– насыпная плотность материала в уплотненном состоя-
н.у.
н.р.
состоянии, кг/дм3.
1. Что называется истинной плотностью материала и как ее
определяют?
2. Что такое средняя плотность материала и как ее
определяют?
3. Что такое насыпная плотность и как ее определяют?
4. Что такое пористость материала и как она рассчитывается?
5. Что такое пустотность материала?
Ку =
н.у.
/
, (14)
н.р.
– насыпная плотность материала в рыхлонасыпном
Контрольные вопросы
42
Лабораторная работа 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИГРОСКОПИЧЕСКОЙ ВОДЫ И ПОТЕРЬ
ПРИ ПРОКАЛИВАНИИ
Цель работы: освоение методов определения гигроскопической воды и потерь при прокаливании различного минерального сырья.
Необходимость в определении гигроскопической воды сырья
часто встречается во время его геологической разведки, для контроля
процесса сушки в производстве строительных материалов, в
процессе определения пластичности глин.
Содержание гигроскопической воды изменяется в зависимости от влажности воздуха; это изменение будет отражаться и на
содержании всех других компонентов сырья. Гигроскопическая вода
не входит в состав данного вещества, и количество ее является
величиной переменной, зависящей от характера самого вещества,
степени его измельчения. Чем тоньше будет измельчена проба
минерала или породы, тем больше она может удерживать
адсорбированной влаги.
При прокаливании сырья при температуре 1000 оС происходит
ряд физико-химических процессов, приводящих к уменьшению массы
материала. Эти уменьшения массы называют «потерями при
прокаливании» (ППП).
При нагревании материала, прежде всего удаляется гигроскопическая влага. Затем – кристаллизационная (гидратная) вода,
входящая в состав кристаллогидратов. Далее может происходить
окисление и удаление органических веществ (примесей) и химически
связанной воды:
CaSO42H2O = CaSO40,5H2O + 1,5H2O, (1)
гипс
3MgO4SiO2H2O 3(MgOSiO2) + SiO2 + H2O, (2)
тальк
Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2 + 2H2O, (3)
каолинит
4FeO + O2 2Fe2O3; (4)
2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O. (5)
нахколит
43
При более высокой температуре происходит разложение
карбонатов и сульфатов и частично удаление хлоридов, содержащихся
в материале. Сульфиды при прокаливании окисляются в
соответствующие оксиды и диоксид серы:
CaCO3 = CaO + CO2, (6)
кальцит
MgCO3 = MgO + CO2, (7)
магнезит
2CaSO4 = 2CaO + 2SO2 +О2, (8)
гипс
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2. (9)
пирит
1. Сущность методов анализа
Метод анализа гигроскопической воды основан на удалении
воды при 105–110 оС до постоянной массы.
Определение потерь при прокаливании заключается в
определении суммарной потери массы при прокаливании при высокой
температуре (1000 оС).
2. Аппаратура, реактивы и растворы
Весы лабораторные с точностью взвешивания не более 0,1 мг;
муфельная печь; эксикатор; шкаф сушильный, обеспечивающий
температуру нагрева 105–110 оС.
3. Проведение анализа
3.1. Определение гигроскопической воды
Стаканчик (объемом 20–50 см3) тщательно моют, высушивают
и взвешивают с точностью 0,02 г (m1). В стаканчик помещают 5–10 г
(измельченной до 1–2 мм) исследуемой породы (m2). Помещают
стаканчик с навеской в сушильный шкаф и выдерживают при
44
105–110 оС в течение 1–2 ч. Далее стаканчик вынимают из шкафа,
охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают (m3). Для проверки постоянства массы операцию высушивания
проводят 2–3 раза, пока разница масс при двух последних
взвешиваниях будет в пределах 0,0002–0,0003 г.
В случае определения гигроскопической влаги в гипсе высушивание проводят при температуре 50–55 оС в течение 3 ч (так как
при более высоких температурах протекает дегидратация гипса).
3.2. Определение потерь при прокаливании
В предварительно прокаленный и взвешенный фарфоровый
тигель (m4) отвешивают 1–2 г пробы с точностью 0,0002 г (m5) и
прокаливают в муфельной печи при 950–1000 оС. Сначала нагрев
ведут при невысокой температуре (около 400 оС), а затем постепенно
доводят ее до указанной, с выдержкой в течение 30 мин.
Прокаливают и взвешивают тигель с навеской до постоянной
массы (m6), пока разница между двумя последними массами будет в
пределах 0,0002–0,0003 г.
4. Обработка результатов
Содержание гигроскопической влаги определяют по формуле, %:
В = (m2 – m3) 100 / (m2 – m1), (1)
где m1 – масса пустого стаканчика, г; m2 – масса стаканчика с
навеской до высушивания, г; m3 – масса стаканчика с навеской после
высушивания, г.
Количество сухого вещества в сырье рассчитывают по
формуле, %:
СВ = [( m3 – m1 ) / ( m2 – m1 )] · 100, (2)
Количество влаги в пересчете на абсолютно сухой материал
(%) равно
ВС = [( m2 – m3 ) / ( m3 – m1 )] · 100, (3)
Потери при прокаливании (ППП) вычисляют по формуле, %:
ППП = [( m5 – m6 ) / ( m5 – m4 )] · 100, (4)
где m4 – масса пустого тигля, г; m5 – масса тигля с навеской до
прокаливания, г; m6 – масса тигля с навеской после прокаливания, г.
45
Контрольные вопросы
1. В каком виде вода может присутствовать в минералах и
горных породах
2. Как влияет измельчение на содержание гигроскопической
воды
3. Формы связанной воды, методы ее определения.
4. Что такое потери при прокаливании
5. Сущность определения гигроскопической воды и ППП.
Лабораторная работа 4
КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО
СОСТАВА КАРБОНАТНОГО И ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ
Цель работы: освоение методов качественного анализа
характера карбонатного и глинистого сырья.
Для количественного определения минералогического состава
сырья применяют обычно инструментальные методы исследования:
кристаллохимический, рентгенометрический, кристаллооптический,
термический, химико-аналитический совместно со спектральным
методом и рентгеноспектральный электронно-зондовый анализ.
Качественный химический анализ основывается на превращении анализируемого вещества в какое-нибудь новое соединение,
обладающее характерными свойствами: цветом, определенным
физическим состоянием, выпадением осадка, кристаллической и
аморфной структурой, специфическим запахом и т.п.
Карбонатными породами называются такие, в которых
главными компонентами являются карбонаты щелочно-земельных
металлов.
Главнейшими минералами, входящими в состав этих пород,
являются: кальцит CaCO3, магнезит MgCO3 и доломит CaMg(CO3)2.
В природе карбонатные породы всегда содержат большее или
меньшее количество разнообразных примесей, среди которых
наиболее распространенными являются оксиды или гидроксиды
железа, карбонаты железа и марганца (II), кварц, разнообразные
силикаты, а также органические вещества, пирит, гипс, фосфаты
кальция и др.
46
Теоретический состав некоторых безводных карбонатов
приведен в приложении (табл. 3).
Приводимые ниже способы качественного определения
характера карбонатных пород необходимы при решении вопроса,
представляет ли данная порода карбонат кальция или же она содержит
примеси магнезита или доломита.
Глинистые породы представлены глинистой частью и примесями. Глинистую часть составляют минералы каолинитовой группы
(каолинит, диккит, накрит, галлуазит), а также других групп: монтмориллонитовой (монтмориллонит, нонтронит), вермикулитовой (вермикулит) и гидрослюдистой (гидромусковит, иллит, глауконит и др.).
В природе реже встречаются мономинеральные глины
(каолинитовые, гидрослюдистые и т.д.), т.е. такие, в основе которых
содержится один минерал. Чаще всего глины имеют смешанный
минералогический состав (гидрослюдисто-каолинитовые, гидрослюдисто-бейделлитовые и т.д.), но обязательно с преобладанием одного
из минералов.
Знание минералогического состава необходимо для установления применимости глинистого сырья для получения различных
керамических материалов.
Каолинитовые и монотермитовые глины слагают тугоплавкие
и огнеупорные разности белых и светлых тонов, плохо разбухающих в
воде, обычно неслоистые и имеющие сплошную текстуру.
Каолинитовые глины малопластичны, монотермитовые – мало и
умеренно пластичны. Применяют каолинитовые и монотермитовые
глины в огнеупорной промышленности, производстве фарфора, при
изготовлении фасадной керамики и т.д.
Монтмориллонитовые, гидрослюдистые, бейделлитовые глины
являются составной частью легкоплавких глин; гидрослюды и
бейделлиты как примесь встречаются в огнеупорных и тугоплавких
глинах. Монтмориллонитовые глины по сравнению с остальными
имеют наиболее высокую степень дисперсности, наибольшую
набухаемость, пластичность, высокую связующую способность и
высокую чувствительность к сушке и обжигу.
Гидрослюдистые и бейделлитовые глины (комковатые и
рыхлые текстуры) имеют среднюю пластичность, низкую чувствительность к сушке и обжигу. Применяют их в производстве строительного кирпича, конструктивных камней, дренажных
труб и т.д.
47
1. Сущность методов анализа
Наиболее простым способом для отличия кальцита от
доломита, магнезита и других карбонатов является результат действия на образец 10 % HСl (уксусной кислоты); при действии
разбавленной HСl на холоду CaCO3 растворяется сравнительно легко с
сильным вспениванием даже в неизмельченном виде. Доломит,
магнезит и сидерит не обнаруживают в этих условиях заметного
растворения.
Наиболее простыми исследованиями являются: качественный метод определения минерального типа глин путем избирательного окрашивания органическими красителями (метиленовый
голубой, хризоидин и солянокислый бензидин). Важным свойством перечисленных красителей является их способность менять
свой цвет в зависимости от условий, в которых они адсорбированы на глинистых минералах. Адсорбция красителей на глинистых минералах протекает при всех равных условиях неодинаково вследствие разницы в строении их кристаллических решеток. Цвет исследуемого объекта зависит от того к какой длине
волны видимого спектра относятся те лучи, которые этот объект
поглощает. Эта длина волны меняется в зависимости от минерального
типа глин.
2. Аппаратура, реактивы и растворы
Набор ареометров; фарфоровая чашка; промывалка; мерные
цилиндры (50 см3); штатив с пробирками; мерная пипетка (10 см3).
HCl 10 %; AgNO3 10 %; K2CrO4 0,1 М; FeCl3 10 %; Co(NO3)2
0,1 М; Cu(NO3)2 0,1 М; дифенилкарбазид (1 % щелочно-спиртовый
раствор).
Насыщенный раствор KCl, 5% HCl; раствор метиленовый
голубой 0,001 % (1 мг метиленового голубого растворяют в 100 см
3
дистиллированной воды); раствор хризоидина 0,01 % (10 мг
хризоидина растворяют в 100 см3 дистиллированной воды); раствор
бензидина (0,05 г соляно-кислого бензидина помещают в мерную
колбу на 100 или 200 см3, в которую вливают 50 см3
дистиллированной воды; через 2–3 ч раствор отфильтровывают и
разбавляют до 100 см3).
48
3. Проведение анализа
3.1. Определение минералогического состава карбонатного сырья
Хроматсеребряная реакция. Если зерна кальцита погрузить
на 3–4 мин в нагретый до 60-70 оС 10 % раствор AgNO3, то в
результате реакции обменного разложения зерна покрываются
осадком карбоната серебра:
CaCO3 + 2AgNO3 = Ag2CO3 + Ca(NO3)2. (1)
После указанной обработки зерна кальцита извлекаются из
раствора нитрата серебра, тщательно промываются водой и
погружаются на 1 мин. в слабый раствор хромата калия. Происходит
реакция
Ag2CO3 + K2CrO4 = Ag2CrO4 + K2CO3. (2)
Вследствие реакции (2) зерна кальцита покрываются ярким
красно-коричневым налетом хромата серебра, густота окраски
которого зависит от времени, в течение которого зерна находились до
этого в растворе AgNO3.
Доломит и магнезит не дают этой реакции. Арагонит дает ту
же реакцию, но значительно слабее, чем кальцит.
Реакция с нитратом меди. При взаимодействии в течение
нескольких минут слабого раствора Cu(NO3)2 с кусочками кальцита
(при кипячении), последние покрываются ярко-красным налетом:
3CaCO3+4Cu(NO3)2+3H2O=3Ca(NO3)2+Cu(NO3)2 3Cu(OH)2+3CO2. (3)
Доломит не дает указанной реакции.
Реакция с хлоридом железа (III). 1 г порошка породы
помещают в пробирку и, прибавив туда 5 см3 10 % раствора FeCl3,
сильно встряхивают. Если порода представлена кальцитом (арагонитом), зерна его покрываются красно-бурым налетом гидроксида
железа:
2FeCl3 + 3CaCO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3CaCl2 + 3CO2. (4)
По прошествии 2–3 мин содержимое пробирки застудневает.
Доломит и магнезит не дают указанной реакции.
Реакция, позволяющая отличить кальцит от арагонита.
Растертую пробу помещают в пробирку, приливают разбавленный
раствор Co(NO3)2 и кипятят в течение 1–2 мин. Арагонит при этом
тотчас же окрашивается в лиловый цвет вследствие образования
основного карбоната кобальта [Со2(ОН)2СО3]. Кальцит не окрашивает-
49
ся даже при более продолжительном кипячении и только после
5–10 мин кипячения приобретает светло-голубой оттенок.
Подобно арагониту, с Co(NO3)2 реагируют витерит BaCO3 и
стронцианит Sr(CO3)3.
Реакция, позволяющая отличить магнезит от доломита.
В маленькую фарфоровую чашку помещают 2–3 капли горячего 1 % щелочно-спиртового раствора дифенилкарбазида и опускают в него маленький кусочек (величиной 2–5 мм) исследуемого
минерала. Через 5 мин окрашенный раствор удаляют из чашки при
помощи пипетки, замещают его горячей водой и ведут промывку до
тех пор, пока вода не перестанет окрашиваться от красящего вещества.
Если крупинка минерала после этого окажется окрашенной в
красно-фиолетовый цвет, это будет указывать на то, что исследуемая
порода представлена магнезитом или содержит в своем составе
магнезит. Окраска устойчива и сохраняется даже при кипячении с
водой. Окрашивание еще отчетливо проявляется даже при соотношении MgCO3 : CaCO3 = 1: 200.
Если карбонат магния присутствует в виде доломита
CaMg(CO3)2, т.е. имеет «доломитовую связь», окрашивания совершен-
но не наблюдается. Если эту связь нарушить, что можно сделать
сильным прокаливанием кусочка минерала (температура его распада
около 765 оС), указанная реакция будет иметь место.
3.2. Определение минералогического состава глинистого сырья
Пробу глины в воздушно-сухом состоянии, измельченную и
пропущенную через сито с диаметром отверстия 1 мм, отвешивают в
количестве 0,5 г с точностью до 0,1 мг и помещают в фарфоровую
чашку, куда добавляют небольшое количество воды. Пробу растирают
резиновым пестиком и смывают в цилиндр емкостью 50 см3 (с помощью промывалки). Цилиндр доливают дистиллированной водой до
метки, содержимое тщательно перемешивают и отстаивают 3,5 ч.
После отстаивания пробы в верхнем слое жидкости (на уровне
7 см) присутствуют в основном глинистые частицы, которые
необходимо слить во второй цилиндр и разбавить дистиллированной
водой до плотности 1,004–1,005 г/см3. Полученный раствор является
рабочей суспензией.
Если глинистая суспензия в цилиндре оседает сразу, то это
говорит о том, что в глине присутствуют растворимые соли, и их
необходимо отмыть. Для этого столб жидкости над осадком сливают,
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]