Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитический контроль минерального сырья в производстве силикатных материалов. Учебное пособие
.pdf
Кварцевыми называются пески, содержащие более 98 % SiO
Название песков
Показатель
Массовая доля влаги, % н.б.
Сухие
Влажные
Сырые
0,5
4,0
6,0
рН
Кислые
Нейтральные
Щелочные
До 6,2
От 6,2 до 7,0
Свыше 7
Потеря массы при прокаливании, % н.б.
Низкие
Средние
Высокие
0,2
1,0
3,0
(кварца) и до 1,5 % Al2O3. Они очень часто оказываются загрязненными в основном примесями неразложившихся алюминий – и железосодержащих минералов. Кварцевый песок – главное сырье для
стекольной и керамической промышленности, для производства
силикатного кирпича и др. В зависимости от области применения
песок должен отвечать минимально определенному количеству
примесей. В приложении (табл. 4) представлен химический состав
кварцевого песка некоторых месторождений.
Так, для производства изделий тонкой керамики (фарфор,
фаянс) выпускают песок марок ПК-95 и ПК-93 (ПК – песок кварцевый;
цифры – содержание SiO2). Он должен соответствовать ГОСТ 7031-75.
Содержание каолина в нем не должно превышать 1–2 %.
Каолин – вид глинистого сырья. Он характеризуется наличием
значительного количества частиц меньше 0,01 мм и состоит в
основном из минерала каолинита – Al4(OН)8[Si4O10].
По массовой доле влаги, концентрации водородных ионов
водной вытяжки (рН), массовой доле потери при прокаливании пески
подразделяются следующим образом (табл. 12).
Таблица 12. Классификация песков
2
1. Сущность методов анализа
Сущность метода определения диоксида кремния в кварцевом песке, молотом песчанике, кварците и жильном кварце
заключается в удалении фтористого кремния и прокаливании остатка
при 1000–1200 °С с учетом потерь при прокаливании.
61
Метод анализа каолина заключается в массовом определении
его после вымывания раствором аммиака из кварцевого песка.
рН – это число, имеющее значения в диапазоне от –2 до 16 и
демонстрирующее степень кислотности или щелочности раствора.
Определение рН водного экстракта, полученного из лабораторной
пробы, проводят на приборе рН-метр.
2. Аппаратура, реактивы и растворы
Весы лабораторные с погрешностью взвешивания не более
0,0002 г и пределом взвешивания 200 г; тигли платиновые; чашки
платиновые; шпатели платиновые; печь муфельная с терморегулятором, обеспечивающая температуру нагрева 1000–1200 оС; эксикатор;
баня песчаная; сито с сеткой № 0063; весы лабораторные с погрешностью взвешивания не более 0,01 г; чаша выпарительная; холодильник лабораторный стеклянный; эксикатор; шкаф сушильный, обеспечивающий температуру нагрева 105–110 оС; рН-метр лабораторный,
обеспечивающий точность измерений в 0,05 ед. рН.
H2SO
93,6–95,6 %, плавленный 1,83 г/см3; HF 46–49 %
4
(марка А, ос.ч); CaCl2 плавленный, NH3 10%.
3. Проведение химического анализа
Определение массовой доли влаги и потерь при прокаливании в песке проводят по методике, приведенной в лабораторной
работе № 3.
3.1. Определение содержания диоксида кремния
Навеску песка массой 0,5 г помещают в прокаленный
платиновый тигель или чашку и прокаливают при 1000–1200 °С в
течение 1 ч, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Прокаливание
повторяют по 30 мин до достижения постоянной массы.
Прокаленный остаток в тигле (чашке) смачивают несколькими
каплями воды, приливают 1,0–1,5 см3 H2SO4 и 7–10 см3 HF. Смесь
тщательно перемешивают платиновым шпателем и выпаривают на
песчаной или воздушной бане при периодическом перемешивании, не
допуская кипения и разбрызгивания до возможно полного удаления
HF (до исчезновения паров и пузырьков фтористого водорода). Смесь
62
охлаждают, приливают еще 7–10 см3 HF и продолжают нагревание до
полного разложения навески.
Для трудноразлагаемых песков обработку плавиковой
кислотой производят трижды. Затем шпатель осторожно вынимают,
обмывают водой над тиглем, обтирают фильтром, который помещают
в тигель, и выпаривают раствор досуха.
После прекращения выделения белых паров серного ангидрида
тигель с содержимым прокаливают при 1000–1200 °С в течение
40 мин, охлаждают и взвешивают. Прокаливание повторяют по 20 мин
до достижения постоянной массы.
3.2. Определение содержания каолина в кварцевом песке
Около 100 г кварцевого песка сушат до постоянной массы при
105–110 оС. Из высушенной пробы берут навеску кварцевого песка
массой 10 г (m), взвешивают с погрешностью не более 0,01 г и
переносят в коническую колбу с обратным холодильником,
приливают 100 см3 подогретой до 80 оС воды, 1 см3 раствора аммиака
и кипятят в течение 10–15 мин.
Содержимое колбы охлаждают до 40–50 оС и переносят на
предварительно смоченное водой сито с сеткой № 0063. Стенки сита
обмывают слабой струей воды так, чтобы весь материал попал на
сетку. Сито с навеской помещают под струю воды, чтобы было
разбрызгивание.
Промывку навески ведут до тех пор, пока вода, проходящая
сквозь сито, не будет прозрачной.
Остаток кварцевого песка с сита, смачивая водой полностью,
переносят в чистую предварительно высушенную и взвешенную чашу
(m1) и сушат в шкафу при температуре 105–110 оС до постоянной
массы (m2), пока разница между двумя последними массами будет в
пределах 0,002–0,003 г.
3.3. Определение концентрации водородных ионов
водной вытяжки (рН)
20 г песка помещают в стаканчик и приливают 100 см3
дистиллированной воды. Содержимое стакана взбалтывают ручным
или механическим способом в течение 10 мин и дают отстояться в
течение 10 мин, затем раствор (не взмучивая осадка) переносят в
63
специальный стаканчик вместимостью 50 см3 и определяют его рН на
100
])[()(
3231
m
Kmmmm
Х
10032
mmm
10032
mmm
10032
mmm
10032
mmm
10032
mmm
приборе.
Испытание проводят на двух навесках.
4. Обработка результатов
Массовую долю диоксида кремния (X), % вычисляют по
формуле:
, (1)
где m1 – масса тигля с навеской после прокаливания, г; m2 – масса
тигля с прокаленным остатком после отгонки фтористого кремния, г;
m3 – масса пустого прокаленного тигля, г; m – масса навески пробы, г;
K – эмпирический коэффициент, вносящий поправку на примеси.
Эмпирический коэффициент (K) определяют следующим
образом:
K = 1,0 при
K = 0,90 при
K = 0,80 при
K = 0,75 при
K = 0,70 при
≤ 2,0 %;
от 2,0 до 2,5 %;
от 2,5 до 3,0 %;
от 3,0 до 4,0 %;
от 4,0 до 5,0 %.
Допускаемое расхождение между результатами двух параллельных определений не должно превышать 0,30 % при массовой доле
диоксида кремния свыше 95,0 %.
Содержание каолина в кварцевом песке вычисляют по
формуле, %:
К = 100 – [(m2 – m1) 100 / m], (2)
где m – масса навески, г; m1 – масса выпарительной чаши, г; m2 – масса
выпарительной чаши с сухим остатком, г.
64
Контрольные вопросы
1. Что такое кварцевый песок? Примеси кварцевого песка.
2. Области применения кварцевого песка.
3. Сущность метода определения каолина в песке.
4. Сущность определения потерь при прокаливании и рН.
Лабораторная работа 8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАТНЫХ СВОЙСТВ ГЛИН
Цель работы: освоение методов определения некоторых
показателей глины.
Глина относится к осадочным горным породам, состоящим из
гидроалюминатов с общей химической формулой nAl2O3mSiO2zH2O.
В глинах присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов,
карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков.
Применяются глины для производства керамических изделий
различного назначения.
Важнейшими свойствами глин являются: пластичность,
отношение к сушке (воздушная усадка) и отношение к высокой
температуре.
Наряду с низкокачественными глинами в качестве пластичных
материалов используют каолины – разновидности глинистых пород,
содержащие в основном минерал каолинит Al4(OН)8[Si4O10].
Гидратные свойства глины характеризуются водосодержанием,
водопоглащением, водостойкостью, коллоидальностью и др.
При пластичном формовании изделий из глин или каолина к
этим материалам добавляют некоторое количество воды.
Водой затвердевания считается то количество воды, которое
необходимо для придания глине (или каолину) нормального рабочего
состояния. Под последним подразумевается состояние, при котором
влажная масса при раскатывании в руках не пристает к пальцам,
а при раскатывании ее в тонкую пластинку – не образует по краям
трещин.
От правильного определения воды затворения будет зависеть
точность определения пластичности материала, усадки в сушке и его
связности.
65
Величина воды затворения зависит от дисперсности глин и
может косвенно характеризовать их пластичность.
Воду затвердения могут характеризовать две величины: полное
водосодержание (относительная влажность) и водозатворяемость
(абсолютная влажность).
Под полным водосодержанием понимается выраженное в
процентах отношение массы воды, содержащейся в глинистом
материале при нормальном рабочем состоянии, к массе увлажненной
навески.
Полное водосодержание, или относительная влажность для
глин малопластичных, составляет 15–20 %, средней пластичности – 20–25 %, для глин хорошей и высокой пластичности –
25–33 %.
Каолины отличаются по показателям воды затворения от глин:
при невысокой пластичности отмученные от кварцевых зерен каолины
имеют полное водосодержание в пределах 31–33 %.
Показатель коллоидальности характеризует способность
глинистого сырья образовывать стабильные во времени суспензии и
определяет возможность его промышленного использования в
определенных областях.
В приложении (табл. 5) представлен вещественный состав
глины Биклянского месторождения.
1. Сущность методов анализа
Принцип определения водосодержания и водозатворяемости
глин заключается в нахождении необходимых для этих целей
количества воды.
Метод определения коллоидальности основан на определении
седиментационного объема, образующегося в глинистой суспензии.
2. Аппаратура, реактивы и растворы
Весы технические с точностью 0,01 г; ситo с d=0,5 мм;
бюкс объемом 50 см3; шкаф сушильный, обеспечивающий температуру нагрева 105–110 оС; пробирки мерные вместимостью не
менее 15 см3.
Оксид магния оксид по ГОСТ 4526.
66
3 Проведение химического анализа
3.1. Определение водосодержания и водозатворяемости глин
30–40 г глины, просеянной через сито с d = 0,5 мм, затворяют
дистиллированной водой до состояния близкой к нормальной
консистенции (масса не липнет к тыльной части свежевымытой и
насухо вытертой ладони, а добавка капли воды делает массу липкой);
раскатывают массу в жгутик между ладонями; помещают ее на стекло
и раскатывают жгутики до тех пор, пока они не начнут раскатываться
на части, не соединяющиеся между собой. Собирают отдельные
кусочки жгутика (около 5 г) в предварительно высушенный и
взвешенный бюкс, взвешивают на технических весах с точностью до
0,01 г (m1) и высушивают в сушильном шкафу при температуре 110 оС
до постоянной массы, пока разница между двумя последними массами
будет в пределах 0,02–0,03г (m2).
3.2. Определение коллоидальности глин
Навеску глины массой 0,5 г помещают в мерную пробирку,
приливают воду до общего объема 15 см3 (по отметке на пробирке) и
взбалтывают до получения однородной суспензии. К суспензии
добавляют 0,1 г оксида магния и снова взбалтывают в течение 1 мин.
Затем пробирку оставляют в покое на 24 ч. По истечении этого
времени измеряют объем образовавшегося осадка.
Испытание проводят на двух параллельных навесках.
4. Обработка результатов
Полное водосодержание (Во) и водозатворяемость (Ва)
глины находят по формулам, % :
Во = (m1 – m2) 100 / m1, (1)
Ва = (m1 – m2) 100 / m2, (2)
где m1 – масса влажной навески, г; m2 – масса высушенной навески, г.
Показатель коллоидальности (К) вычисляют по формуле, %:
K = (V 100) / 15, (3)
где V – объем осадка глины в пробирке, см3; 15 – общий объем глины
и воды в пробирке, см3.
67
Контрольные вопросы
1. Глина, минералогический состав, применение.
2. Каолины, каолинистые глины, минералогический состав.
3. Основные свойства глин.
4. Гидратные свойства глин.
Лабораторная работа 9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКСИДА КРЕМНИЯ И ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
В СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛАХ
Цель работы: Освоение методов определения оксидов
кремния и алюминия в силикатных материалах.
Глины, пески, сырьевые смеси для производства стекла,
керамики и вяжущих веществ относятся к материалам, не разлагаемым
кислотами. Для их перевода в растворимые соединения силикатные
материалы подвергают сплавлению с сильным основанием. В качестве
вещества для сплавления применяют поташ (K2SO4), соду (Na2CO3)
или их смесь (Na2CO3∙K2CO3) в соотношении 1:1. Избыточное
количество соды при выщелачивании образует NaCl, который
препятствует осаждению SiO2.
При сплавлении каолинита с содой происходит реакция
Al2O3∙2SiO2∙2H2O + 3Na2CO3 = 2Na2SiO3 + 2NaAlO2 + 3CO2 + 2H2O. (1)
Полевые шпаты (ортоклаз) разлагаются по уравнению
K2O∙Al2O3∙6SiO2 + 6Na2CO3 = 5Na2SiO3 + K2SiO3 + 2NaAlO2 + 6CO2. (2)
При обработке полученного сплава соляной кислотой
протекает реакция
Na2O·SiO2 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl. (3)
Образующаяся по реакции кремневая кислота выделяется в
виде студенистого осадка. Отфильтровать сразу осадок
кремнекислоты очень трудно, т.к. она присутствует в трех видах
одновременно: золь – гель – аморфный осадок. Для выделения
кремнекислоты необходимо перевести золь в гель, а затем в аморфный
осадок, который легко и быстро фильтруется.
68
Золь кремниевой кислоты имеет формулу n·H2SiO3, гель –
m·H2SiO3, где n >> m. Золь, в отличие от геля, имеет большую
гидрофильную (водяную) рубашку, поэтому для ее удаления продукт
выщелачивания необходимо упарить до влажных солей. При этом из
раствора частично улетает азеотроп HCl·H2O (HCl играет роль
дегидратирующего агента, без соляной кислоты удаление водяной
рубашки золя было бы затруднено).
Частицы кремниевой кислоты несут отрицательный заряд,
в связи с чем их коагуляции (слипания) не происходит. Поэтому
для укрупнения частиц кремниевой кислоты существует прием
коагуляции свежеприготовленным раствором 1 % желатины, частицы
которой в кислой среде заряжены положительно. При взаимодействии
частиц H2SiO3 и частиц желатины происходит взаимная разрядка коллоидов, частицы хорошо агрегируются и значительно
укрупняются.
Для определения оксида алюминия комплексонометрическим
методом чаще используется двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б) Na2C10H14O8N2∙2H2O. Как и все
комплексоны, трилон Б образует с катионами комплексные
соединения (внутрикомплексные соли). Ионы алюминия связываются
с трилоном Б в соответствующий комплекс. Избыток трилона Б
оттитровывается.
1. Сущность методов анализа
Содержание оксида кремния определяют методом коагуляции
желатином. Метод основан на разложении исследуемого материала
сплавлением с безводной содой, и последующим осаждением
кремнекислоты желатиной при нагревании из концентрированных
растворов.
Комплексонометрический метод определения оксида алюминия основан на разложении алюмосиликатных и глиноземистых
материалов сплавлением со смесью, состоящей из равных по массе
частей карбоната натрия, карбоната калия, тетрабората натрия
(бура) с последующим переведением алюминия в алюминат и
комплексонометрическом титровании его в среде ацетатного
буферного раствора при рН 4,8–5,0 с использованием раствора сульфата меди в качестве второго титранта и индикатора
ПАН.
69
2. Аппаратура, реактивы и растворы
Весы аналитические; тигли платиновые; тигли фарфоровые;
муфельная печь; щипцы; стакан на 200 мл; песчаная баня; мерная
колба на 250 см3.
Сода безводная (карбонат натрия); поташ (карбонат калия).
HCl концентрированная; водный раствор HCl (соотношение
кислота : вода = 5 : 95); желатина, 1 % свежеприготовленный раствор
(получают растворением 1 г желатины в 100 мл воды, нагретой до
температуры 70 оС); AgNO3 1 % раствор.
Тетраборат натрия (бура) Na2B4O7∙10H2O, обезвоженный при
температуре 400±20 °С; смесь для сплавления, состоящая из карбоната
натрия, безводной буры и карбоната калия в соотношении 1 : 1 : 1;
смесь для сплавления, состоящая из карбоната натрия и безводной
буры в соотношении 2 : 1 (рекомендуется для разложения проб с
массовой долей оксида алюминия до 70 % наряду с тройной смесью).
HCl разбавленная 1 : 1, 1 : 2 и 1 : 3; NH3 25 %, разбавленный
1 : 1; NaOH х.ч.; раствор с массовой долей 30 %, хранят в
полиэтиленовом сосуде; динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 2-водная (трилон Б), раствор молярной концентрации
0,025 или 0,05 моль/дм3; CuSO4∙5H2O, раствор молярной концентрации
0,05 моль/дм3 (12,5 г сульфата меди растворяют в воде, приливают
2 см3 серной кислоты, доводят водой до 1000 см3, перемешивают);
CuSO4∙5H2O, раствор молярной концентрации 0,025 моль/дм3 (6,25 г
сульфата меди растворяют в воде, приливают 2 см3 серной кислоты,
доводят водой до 1000 см3, перемешивают); H2SO4 93,6–95,6 %.
Индикатор 1,2-(пиридил-азо)-2-нафтол (ПАН), спиртовой
раствор с массовой долей 0,2 %.
Спирт этиловый ректификованный технический.
CH3COOH (кислота уксусная) 99,5 %, раствор молярной
концентрации 2 моль/дм3; CH3COONa∙5H2O (натрий уксусно-кислый
3-водный) 99–99,5 %; раствор ацетатный буферный с рН 4,8-5,0 (1 дм3
2 моль/дм3 раствора уксусной кислоты смешивают с 1 дм3 раствора,
содержащего 540 г 3-водного уксусно-кислого натрия).
Индикаторная бумага Конго.
Алюминий марки А995 по ГОСТ 11069, стружка.
Стандартный раствор оксида алюминия: точную навеску
массой 0,625–0,66 г металлического алюминия растворяют в 150 см3
соляной кислоты (1 : 1), переводят в мерную колбу вместимостью
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]