Преимущества комплексного применения методов анализа силикатных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

«Преимущества комплексного применения методов анализа силикатных материалов»

Выполнила:

студентка 4 курсу

группы ХК-з21

Бернацкая Яна

Киев-2016

Химический состав силикатов можно представить как сочетание различных оксидов металлов и неметаллов с SiO2. Например, силикат натрия - натриевая соль кремневой кислоты Na2SiO3 (или Na2O·SiO2). Формула полевого шпата:

K2O·Al2O3·6SiO2 или K2AlSi6O16 .

Все силикаты по отношению к минеральным кислотам и к воде делят на три основные группы:

а) растворимые в воде: силикаты щелочных металлов, отвечающие общей формуле mKt2O·nSiO2 (где Kt - катион щелочного металла);

б) разлагаемые кислотами: нефелины, портландцемент, романцемент, гидравлическая известь и некоторые виды шлаков и силикатных минералов;

в) не разлагаемые кислотами. К ним относят:

Естественное сырье. Глины и каолины общей формулы Al2O3·2SiO2·3H2O; минералы силикатной группы, имеющие в своем составе оксиды алюминия и кремния - Al2O3·SiO2 (с техническим названием: андалузит, силиманит, кианит),муллит - 3Al2O3·2SiO2 и др.

Искусственное сырье. Некоторые шлаки металлургических производств и котельных, отвечающие общим формуламxKtO·yKt2O3·zSiO2;aKtO·bSiO2; различные золы и др.

Силикатные материалы - стекла, эмали, глазури, керамика, фарфор, фаянс, шамот, высокоглиноземистые изделия, глиняный (красный) строительный кирпич, клинкерный кирпич, облицовочные материалы.

Анализ силикатов. I метод.

Силикаты и силикатные материалы анализируют на содержание

в них:

1)гигроскопической влаги;

2)потерь при прокаливании (“п.п.п.”);

3)SiO2;

4)Al2O3;

5)Fe2O3;

6)TiO2;

7)CaO;

8)MgO;

9)сульфатной серы и др.

Весовой анализ силикатов, а также силикатных материалов обычно выполняют в следующем порядке:

1-янавеска - определение гигроскопической влаги;2-янавеска - определение п.п.п.;

3-янавеска - определение SiO2; Kt2O3 + TiO2; CaO и MgO;4-янавеска - определение содержания сульфатной серы;5-янавеска - определение содержания K2O и Na2O.

Определение гигроскопической влаги в силикатах

Отобранную исследуемую среднюю пробу силиката измельчают в форфоровой ступке и отвешивают на аналитических весах в бюксе с

притертой крышкой около 1 г измельченного силиката и высушивают его в сушильном шкафу при температуре120-1250Св течение 2ч. Затем бюкс закрывают крышкой и помещают в эксикатор для охлаждения и минут через 30 взвешивают. Бюкс с навеской снова ставят в сушильный шкаф, сушат 1ч, охладив в эксикаторе, взвешивают. Повторяют до получения постоянной массы (отклонение должно составлять не более 0.0002г).

Расчет влажности. Относительную влажность или влажность, отнесенную к влажной навеске, в %% рассчитывают по следующей формуле:

W = (a-b)·100/a,

где W - содержание воды (влаги), %;

a- исходная навеска,г;

b- масса остатка после высушивания, г.

Впоследующем содержание составных частей анализируемого силиката (SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO и т.д.) пересчитывают на сухую навеску:

xA =g·100·100/a·(100-W),

где g - содержание определяемого вещества,г;xA - масса определяемого компонента, %;

a - исходная навеска анализируемого силиката,г;W - содержание в силикатном материале воды, %.

Определение потерь при прокаливании (п.п.п.)

При прокаливании анализируемой навески силикатов гигроскопическая влага, диоксид углерода, образующийся при термическом разложении карбонатов и сгорании органических примесей, а также и другие летучие примеси, улетучиваются.

Для определения п.п.п. исходят либо из навески исходного воз-душно-сухогосиликата или, что более рационально, из навески после предварительного определения гигроскопической влаги, т.е. из сухой навески.

1.В первом случае примерно 1 г измельченной пробы помещают впредварительно прокаленный и взвешенный тигель и нагревают в муфельной печи при температуре 10000С в течение 30мин. Прокаленный с пробой тигель аккуратно переносят в эксикатор для охлаждения до температуры весовой комнаты, после охлаждения взвешивают, затем повторяют эту процедуру до получения более или менее постоянной массы (с разницей 0.0002 г).

Расчет п.п.п. Содержание п.п.п. вычисляют в %% по следующей формуле:

п.п.п. = {[(a-b1)·100/a]- W},%,

где (a-b1) =gп.п.п.- потеря при прокаливании,г;a - масса исходной навески,г;

b1 - масса пробы после прокаливания,г;W - содержание в силикате воды, %.

2. При прокаливании пробы после определения гигроскопической влаги в тигле с предварительно определенной постоянной массой, охлаждении в эксикаторе и взвешивании до постоянной массы (после не менее, чем двух прокаливании) содержание п.п.п. рассчитывают следующим образом:

п.п.п. = (b-b1)·100/a,(%),

где b - масса остатка пробы после высушивания,г.

Определение диоксида кремния в силикатах

1. Если силикат разлагается неорганическими кислотами, его обрабатывают хлористоводородной кислотой:

3CaO·SiO2 + 6HCl> 3CaCl2 +vH2SiO3 + 2H2O.

силикат титрование диоксид кремний

Как видно, при этом образуется осадок кремневой кислоты. Методика определения. Примерно 0.5г остатка после определения потерь при прокаливании (п.п.п.) силиката помещают в фарфоровую чашку, а тигель снова взвешивают и по разности взвешиваний определяют точную навеску (массу) взятого вещества для определения диоксида кремния.

В фарфоровую чашку, после смачивания содержимого дистиллированной водой, приливают по каплям 50 млконцентрированной соляной кислоты. Затем выпаривают на водяной бане досуха, снова приливают 30мл разбавленной (1:1) соляной кислоты и выпаривают также досуха. Остаток смачивают концентрированной соляной кислотой, приливают60-70мл горячей воды и оставляют на водяной бане минут на15-20.

Осадок кремневой кислоты переносят на фильтр (“красная лента”) и приступают к промыванию горячей водой до отрицательной реакции на ионы хлора (по нитрату серебра). Фильтрат с промывными водами собирают в мерную колбу вместимостью 250 мл, доводят водой до метки, тщательно перемешивают и сохраняютдля последующего количественного определения суммы (Kt2O3 + TiO2), CaO и MgO весовым или другими методами, например, методом комплексонометрического титрования железа, алюминия, оксидов кальция и магния

Анализ силикатных материалов методом комплексонометрического титрования

Фильтр с осадком кремневой кислоты помещают в тигель, подсушивают и прокаливают до постоянной массы (не менее двух раз).

2. Если же силикат не разлагается минеральными кислотами, то его сплавляют с карбонатом натрия или смесью Na2CO3 и K2CO3

SiO2 + Na2CO3 > Na2SiO3 + CO2^.

Как видно, неразлагаемые (нерастворимые) кислотами силикаты переходят в растворимую в воде форму (силикаты щелочных металлов).

Для сплавления навеску силиката после определения п.п.п. переносят во взвешенный тигель (платиновый), смешивают с6-8-кратным избытком безводного карбоната натрия и нагревают на горелке сначала осторожно, на небольшом пламени, постепенно увеличивая пламя. При этом выделяются пузырьки газа CO2, после прекращения выделения пузырьков - образования сплошной однородной массы, разложение принято считать законченным. Тигель нагревают еще несколько минут, на всю процедуру затрачивается минут30-40.Полученный плав вместе с тиглем помещают в фарфоровую чашку.

Плав, содержащий одни силикаты, разлагаемые теперь минеральными кислотами, обрабатывают водой в фарфоровой чашке и обрабатывают разбавленной (1:1) соляной кислотой, приливая ее по каплям до прекращения выделения диоксида углерода, а затем еще25-30мл избытка кислоты.

Платиновый тигель выбирают из фарфоровой чашки щипцами и обмывают водой из промывалки дистиллированной водой. Полученный кислый раствор разложенной пробы силиката выпаривают на водяной бане для выделения из него геля кремневой кислоты в виде nSiO2·mH2O. Кремневая кислота (гель) при прокаливании в тигле превращается в диоксид кремния:

nSiO2·mH2O> nSiO2 +mH2O.

Для определения SiO2 прокаленный и взвешенный осадок кремневой кислоты (масса тигля с осадком g1) обрабатывают смесью HF и серной кислот(2-3капли концентрированной серной кислоты + 10мл40%-нойфтористоводородной кислоты). В результате этого кремний улетучивается в виде SiF4:

SiO2 + 4HF> SiF4 + 2H2O.

При обработке пробы смесью фтористоводородной и серной кислот наблюдается не только выделение летучего фторида кремния, но и образование сульфатов алюминия, железа и титана, которые при дальнейшем прокаливании превращаются в соответствующие оксиды:

Al2(SO4)3 > Al2O3 + 3SO3 ;

Fe2(SO4)3 > Fe2O3 + 3SO3 ;

Ti(SO4)2 > TiO2 + 2SO3 .

После прокаливания и превращения сульфатов в оксиды, охлаждения в эксикаторе тигель снова взвешивают (масса тигля со смесью оксидов g2) и по разности результатов взвешивания тигля с прокаленным SiO2 (первое прокаливание) и тигля с осадком оксидов Fe2O3, Al2O3 и TiO2 после второго прокаливания находят массу диоксида кремния [g(SiO2) = g1 - g2].

Расчет содержания диоксида кремния

Содержание SiO2 в процентах находят по приведенному ниже уравнению:

щ(SiO2) = (g1 - g2)·100/a.

При пересчете на абсолютно сухую навеску содержание SiO2 в %% вычисляют по формуле:

щ(SiO2) = (g1 -g2)·100·100/a·(100-W),

где a - исходная навеска силиката, взятого для анализа,г; W - гигроскопическая влага, %.

Список использованной литературы

1. Кашкаев И. С., Шейнман Е. Ш. / Производство глиняного кирпича / Изд. - «Высшая школа» М - 1970г.

2. Павлов В. Ф. / Физико - химические основы обжига изделий строительной керамики / Изд. - Стройиздат М-1977 г.

3. Савельев В.Г., Федоров Н.Ф./ Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений / М., 1988

Размещено на Allbest.ru