Изучение химического состава некоторых местных кремнистых пород

Размещенно на http://www.allbest.ru

Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «Мордовский Государственный Университет имени Н.П. Огарева»

(ГОУВПО «МГУ имени Н.П. Огарева») Институт физики и химии

Кафедра аналитической химии

Курсовая работа

Изучение химического состава некоторых местных кремнистых пород

Автор курсовой работы Е.А.Емельянова

Специальность 020101 Химия

Саранск 2010

Содержание

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Кремнистые породы и новые возможности их применения

1.2 Задачи исследования

2. Экспериментальная часть

3. Обсуждение результатов

Список использованных источников

Введение

раствор известь диатомит приготовление

Наша страна располагает крупнейшими на земном шаре отложениями различных кремнистых пород: диатомитов, трепелов, различных разновидностей меловых систем.

Необходимость модернизации существующих предприятий и рационального размещения, новых в качестве первоочередной задачи выдвигает комплексную оценку состояния сырьевой базы минерального сырья с учетом горнотехнических, геологических, экономических, экологических и других условий всего регона с обязательным использованием новых современных технологий.

Применительно к новым условиям недропользования успешное освоение новых месторождений в обстановке рыночных отношений возможно только при разнонаправленном использовании сырья. В большей мере это относится к строительной отрасли.

Кремнистые породы, наиболее распространенными разностями, которых являются опоки, диатомиты и трепела, относятся к числу полезных ископаемых, характеризующихся широким диапазоном полезных свойств и в связи с этим разносторонними путями применения. По петрографическим признакам они четко подразделяются на две группы: сложенные преимущественно кремневыми панцирями организмов (или их обломками) и представленные микрозернистым глобулярным опаловым кремнеземом. В первую группу входят диатомиты, во вторую - опоки и трепелы.

1 Обзор литературы

1.1 Кремнистые породы и новые возможности их применения

Месторождения диатомита приурочены, главным образом, к отложениям, находящихся в Среднем и Нижнем Поволжье, на восточных склонах Уральского хребта, к отложениям, преимущественно озерного происхождения в Ленинградской области, Карелии и Прибалтики.

В пределах Среднего и Нижнего Поволжья, на огромной территории от г. Саранска до г. Ульяновска, от г. Пензы до г. Сызрани зарегистрированы многочисленные месторождения чистых диатомитов и нижнесызранских опок. В Мордовии в Саранском районе близ с. Атемар - месторождение диатомита (8,2млн. м3), запасы диатомита у с. Малые Ремезенки составляют 5,8млн. м3. Имеются месторождения диатомита у сел Анучино (14млн. м3), Мокшалей и других местах.

В настоящее время в связи с интенсивным развитием строительной индустрии и агропромышленного комплекса республики отмечается активизация хозяйственного освоения минерально-сырьевых ресурсов. Фонд недр Мордовии состоит из: песков строительных, кирпично-черепичного сырья, керамзитового сырья, мела, карбонатных пород для известкования почв, диатомита, камней строительных, цементного сырья, тугоплавких глин, минеральных красок, стекольных носков, цеолитсодержащих пород, светложтущихся глин, торфа, фосфоритов. Нерудное сырье используется для производства строительных материалов и незаслуженно мало востребовано в агропромышленном комплексе.

В 2007г. Министерством природных ресурсов Республики Мордовия уделялось большое внимание воспроизводству запасов полезных ископаемых, впервые за многие годы появилась положительная динамика, но воспроизводству минерально-сырьевых ресурсов. Идет не только погашение запасов, но и их прирост. Отмечаются частные инвестиции в геологоразведку. На грех участках недр, в пределах горного отвода проведены геологоразведочные работы за счет собственных средств недропользователе».

Цементное сырье. В Республике Мордовия разведаны два месторождения цементного сырья Алексеевское и Кочкушское, суммарные запасы которых по состоянию на 01.01.2008т. составляли по кат. А + В + С,: мергельно-меловых пород 229467тыс. т. опок 63959тыс. т. цементных глин 42463тыс. т; по кат. С: мергельно-меловых пород 64267тыс. т: опок -21 299 тыс. т. Кроме того. опоки в отвалах 105309тыс. т.

В 2007г. ОАО «Мордовцемент» продолжало разработку Ванькинского участка Алексеевского месторождения мергельно-меловых пород и опок, остаток утвержденных запасов которого на 01.01.2008т. составлял: мергельно-меловые породы по кат. А+В+С 206869тыс. т. С, 20079тыс. т: опоки: покат. А + В+С - 47635тыс. т. С, - 3171 тыс. т. Добыча сырья составила: 5616 тыс. т мергельно-меловых пород и 4702тыс. т. опок: последние использовались для производства цемента 266тыс. т, 4436тыс. т. вывезены в отвалы. Фактические потери мергельно-меловых пород около 98 тыс. т. опоки, идущей на производство. 2.7тыс. т., что соответствует нормативам. В 2007г. продолжалась подготовка Мачкасского участка Алексеевского месторождения цементного сырья к освоению, добыча сырья не производилась.

Добыча сырья на Кочкушском месторождения цементных глин составила 731тыс. т. Остаток утвержденных запасов полезного ископаемого на 01.01.2008 1. по кат. А+В+С, 42463тыс. т. Фактические потери в 2007г. - 13тыс. т., что соответствует нормативам (1,8%). Обеспеченность запасами - 142 года.

Диатомиты. Балансом запасов по состоянию на 01.01.2008г. учтено два месторождения диатомитов Атемарское и Анучинское с суммарными запасами по кат. А+В+С: 21106тыс. м3. Согласно представленным сведениям на Атемарском месторождении диатомитов в 2007г. добыто около 1тыс. м3 сырья при плане 10тыс. м3. Анучинское месторождение диатомитов, выявленное в Лямбирском районе в результате поисково-оценочных работ, включено в баланс в 1942г. и требует дальнейшего изучения. Предварительно сырье месторождения оценивается как возможно пригодное для использования в изготовлении строительного кирпича. Запасы по кат. С, составляют 14510тыс. м3.

Карбонатные породы дли известкования кислых почв. По состоянию на 01.01.2008г. сводным балансом запасов карбонатных пород для известкования кислых почв учтено два месторождения с суммарными запасами по кат. А+В+С 1581тыс. т. Остаток утвержденных суммарных балансовых запасов Ново-Шаловского месторождения по кат. А + В+С составляем 433тыс. т.

Использование кремнистых пород в качестве сырьевой базы для производства огромных масс легкого песка является весьма эффективным. Не менее перспективно направление в области получения различных бетонов и материалов на базе термолитовых песков, а также бетонных и железобетонных изделий, особенно высокопрочных облегченных. Широкие перспективы в производстве различных мелких и средних строительных изделий открываются благодаря использованию кремнистых пород в качестве сырья для каменного литья, ситаллов и порошковой стеклокерамики.

Промышленное использование кремнистых пород основано на ряде их физических и химических свойств, из которых главными являются их высокая пористость, малая объемная масса, значительная термостойкость, наличие «активного» кремнезема и химическая стойкость по отношению к кислотам. Эти уникальные свойства делают кремнистые породы сырьем многоцелевого назначения.

Основной потребитель кремнистых пород (более 70% добываемого сырья) - цементная промышленность, где они используются в качестве активных минеральных добавок, которые устраняют вредное влияние гидрата оксида кальция, переводя его в трудно растворимые в воде гидросиликаты кальция. Как минеральные добавки разрабатываются в основном месторождения опок и трепелов.

Из диатомитов и трепелов изготовляется легковесный кирпич, применяемый для кладки наружных стен малоэтажных зданий, устройства внутренних перегородок, а в сочетании с обычным строительным кирпичом - в качестве теплоизоляционного прослоя («тепловкладыша»). Качество легковесного кирпича зависит в основном от компонентного состава и объемной массы исходного сырья.

Для его производства обычно используют низкосортные глинистые разности кремнистых пород.

Диатомиты, трепелы, опоки применяются также как заполнители в производстве легких (термиз и теплопорит) и ячеистых бетонов, приготовленных на основе портландцемента и извести. В термизе кремнистые попорды составляют 55% массы, в теплопорите - около 70%.

В качестве заполнителей легких бетонов используется и искусственный пористый материал термолит, изготавливаемый из диатомита и трепела путем их термической обработки при температуре 1150-1200°С. Требования к качеству пористого заполнителя в легкие бетоны определяются соответствующим руководством по технологии производства искусственного пористого заполнителя из трепельных пород.

Высокая пористость, а также значительная термостойкость диатомитов и трепелов позволяют применять их в производстве теплоизоляционных изделий, как в естественном состоянии, так и в виде различных обжиговых изделий.

Диатомитовые и трепельные теплоизоляционные обжиговые изделия изготовляют в виде кирпича, скорлуп и сегментов. Их применяют для тепловой изоляции сооружений, промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 9000°С.

Качество диатомитов и трепелов, используемых для производства этих изделий, должно быть таким, в котором объемная масса в сухом состоянии должна быть не более 0,8т/м3, а содержание глинистого материала не превышать 30%. Снижение объемной массы у глинистых разновидностей достигается введением выгорающих добавок и различных пенообразователей (в качестве выгорающих добавок чаще всего применяют древесные опилки).

Диатомитовый порошок применяется также для изготовления теплоизоляционных мастик (для обмазки изолируемых поверхностей) - асбозурита, новоасбозурита, асботермита и асбослюды. Эти мастики состоят из диатомитового порошка и 15-30% асбеста (асбозурит), к которым добавляют отходы шиферного производства (новоасбозурит, асботермит), а наряду с ними и слюду (асбослюда).

Для тепловой изоляции горячих поверхностей трубопроводов и промышленного оборудования с температурой до 600°С применяются известково-кремнеземистые и вулканитовые теплоизоляционные изделия, изготовленные путем термической обработки и сушки массы, состоящей из извести, кремнеземистого компонента, асбеста и воды.

При получении строительных материалов используют известь и поэтому к ней, как к исходному сырью, предъявляют определенные требования. В мою задачу входило дать оценку качества местной Атемарской извести и сравнить ее с привозной известью, которые применяются для получения строительных материалов на заводах керамических изделий.

Известь является силикатной породой, имеющая весьма сложный минералогический состав. В их состав могут входить почти все элементы периодической системы Д.И. Менделеева.

При выборе сырья следует иметь ввиду, что кремнистые породы, содержащие более 2% оксидов железа, дают при обжиге термолиты розового, оранжевого, коричнего и черного цветов. Породы, содержащие значительное количество глаукониат, дают при обжиге черный термолит. Породы, содержащие минимальное количество железа (менее 1-2%) дают при обжиге белый цвет. Присутствие в породах карбоната кальция придает получаемым приобжиге термолитам белый цвет, а наличие глинистых минералов - оранжевый, коричневый, бурый, желтоватый и другие цвета.

Средний состав наиболее распространенных силикатных пород характеризуется содержанием следующих элементов и их оксидов:

SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, CO2, P2O5, F, S и др.

Практически при обычных анализах силикатных пород и минералов или промышленных продуктов определяют содержание следующих компонентов: оксидов кремния (IV), алюминия (III), железа (II), железа (III), титана (IV), углерода (IV), кальция (II), магния (II), калия (I), натрия (I), фосфора (V), серы (VI) и воды. В сумме эти компоненты составляют приблизительно 100%.

Для выполнения полного анализа силиката достаточно иметь 5-10г. исследуемого материала. В одной навеске, называемой «основой навески» (0,5г вещества), определяют оксиды кремния (IV), алюминия (III), железа (III), титана (IV), кальция (II), магния (II). Содержание таких компонентов, как оксид железа (II), щелочных металлов, вода, оксид марганца (II) и другие, определяют из отдельных навесок.

Для определения компонентов анализируемый силикат должен, прежде всего, быть переведен в растворимое состояние. Для переведения их в растворимое состояние необходимо производить сплавление со щелочными плавнями, ими могут быть такие как Na2CO3, K2CO3, KNaCO3, Na2B4O7*10 H2O, смесь карбонатов щелочных металлов с окислителем.

Часто применяемым и удобным плавнем, вследствие его низкой температуры плавления, является карбонат калия и натрия. В этом случае неразлагаемый кислотами силикат, обогащается щелочными металлами, коэффициент кислотности его уменьшается и он переходит в разлагаемый кислотами силикат.

Полученный силикат выщелачивают водой и разбавленной соляной кислотой и определяют в растворе главные его компоненты: оксид кремния (IV), полуторные оксиды, оксиды кальция и магния.

1.2 Задачи исследования

Курсовая работа является заключительной работой по проведенному анализу кремнистых пород. В связи с этим образовались следующие задачи:

1. Изучение химического состава и свойств некоторых кремнистых пород.

2. Приобретение навыков в подготовке различных стандартных растворов и реактивов, необходимых для химического анализа.

3. Приобретение навыков работы с химической посудой, лабораторной аппаратурой.

4. Обобщение и систематизация результатов, содержащихся в научной литературе и различных периодических, печатных изданий.

5. Приобретение навыков самостоятельной обработки данных и составление по ним таблиц, графиков и их анализ.

2. Экспериментальная часть

Разложение силикатной породы.

По растворимости силикаты можно разделить на следующие группы:

разлагаемые минеральными кислотами (хлористоводородной, азотной, хлорной и серной), так называемые основные силикаты, например нефелин, цеолиты, некоторые искусственные силикаты;

средние и кислые силикаты, не разлагаемые кислотами и требующие предварительного сплавления или спекания с различными плавнями. К ним относятся такие силикатные породы, как граниты, базальты, полевые шпаты, слюды и др. Эта группа силикатов наиболее многочисленна.

Принадлежность силикатов к той или иной группе может быть оценена так называемым коэффициентом кислотности, под которым понимают отношение числа атомов кислорода, связанных с кремнием, к числу атомов кислорода, связанных со всеми другими элементами. Для силиката типа

aMe2O-bMeO-cMe2O3-dSiO2

коэффициент кислотности вычисляют по формуле

а + b+ 3с

Если коэффициент кислотности г <2, то такие силикаты относятся к группе основных силикатов и будут легко разлагаться минеральными кислотами. Коэффициент кислотности средних и кислых силикатов, содержащих более 50% оксида кремния (IV), г >3--4 и поэтому силикатные породы, которые относятся к этой группе, не будут разлагаться минеральными кислотами. Для переведения их в растворимое состояние необходимо производить сплавление с щелочными плавнями, ими могут служить Na2CO3, К2СО3, KNaCO3, Na2B4O7*10Н2O, смесь карбонатов щелочных металлов с окислителем, например KNO3 и др. В последнее время широкое применение в качестве плавней получили LiВO2 и Li2СO3, а также смесь

Na2B4O7* 10Н2О с Na2CO3.

Часто применяемым и удобным плавнем, вследствие его низкой температуры плавления, является карбонат калия натрия. В этом случае неразлагаемый кислотами силикат, например гроссуляр, обогащается щелочными металлами, коэффициент кислотности его уменьшается и он переходит в разлагаемый кислотами силикат.

Са3А12 (SiO4)3 + 4KNaCOs = 2K2SiO3 + Na2SiO3 + 3CaCO3 +2NaA1O2 + CO2.

Полученный плав выщелачивают водой и разбавленной хлористоводородной кислотой и определяют в растворе главные его компоненты: оксид кремния (IV), полуторные оксиды, оксиды каль ция и магния.

Некоторые трудносплавляемые минералы, такие, как циркон, ниобаты, танталаты, титанаты и другие, переводят в растворимое состояние с помощью кислых плавней, к которым относятся: KHSO4 или K2S2O7, KHF2 и В2O3. Последний используется как самостоятельно, так и в смеси с карбонатом калия натрия.

Почти все силикаты могут быть переведены в растворимое состояние при обработке их смесью кислот (метод Берцелиуса).

HF+H2S04

Этим методом часто определяют некоторые компоненты из отдельных навесок, например: железо (II), марганец (II), щелочные металлы и др.

Метод Берцелиуса основан на прямой отгонке кремния (IV) в виде летучих соединений (SiF4, H2SiF6).

Реагенты.

KNaCO3, безводный; НСl, пл. 1,18.

Методика разложения.

Анализируемый образец силикатной породы хорошо размельчают и растирают в агатовой или яшмовой ступке до состояния пудры. На аналитических весах в бюксе берут навеску образца примерно 0,4--0,5г.

В фарфоровой ступке растирают безводный KNaCO3 и отвешивают его на технических весах с точностью до 0,1г в шестикратном количестве по отношению к навеске образца. Навеску KNaCO3 тщательно перемешивают в бюксе с взятой навеской анализируемого образца при помощи сухой стеклянной палочки.

На дно чистого платинового тигля насыпают слой хорошо растертого плавня и переносят в тигель смесь образца с плавнем; бюкс несколько раз тщательно ополаскивают растертым плавнем и переносят последний в платиновый тигель, покрывая им смесь анализируемого образца с плавнем. Тигель закрывают крышкой, нагревают на медленном огне горелки Меккера в течение 5--10мин, после чего постепенно усиливают огонь и дают массе хорошо расплавиться. Сплавление продолжают еще 20--30мин в муфельной печи при 800°С до полного разложения породы.

Процесс сплавления считают законченным, когда жидкая масса однородна (без плавающих крупинок). Осторожно снимают крышку и опускают ее в чистую сухую фарфоровую чашку. Взяв тигель специальными щипцами (не следует погружать кончики щипцов в расплав), осторожно вращательным движением распределяют в нем расплавленную массу по стенкам, после чего тигель быстро погружают в чистую фарфоровую чашку, наполненную наполовину дистиллированной водой. Следует избегать попадания воды внутрь тигля.

После полного охлаждения плава содержимое тигля выщела чивают дистиллированной водой. Для этой дели тигель ставят,в чистую фарфоровую чашку с горячей водой, наполняют его горячей дистиллированной водой из промывалки, закрывают крышкой и дают постоять до тех пор, пока затвердевшая масса не отстанет от тигля. Содержимое тигля переносят в чистый жаростойкий стакан. Указанную обработку горячей водой повторяют до тех пор, пока основная масса плава не будет удалена из тигля. Последние следы плава удаляют обработкой несколькими каплями разбавленной НС1. После растворения следов плава раствор переносят в стакан, где находится основная выщелоченная масса, при этом стакан закрывают часовым стеклом во избежание разбрызгивания вследствие выделения СO2. Внутреннюю поверхность крышки также подвергают обработке разбавленной НС1.

По окончании этих операций тигель и крышку тщательно ополаскивают теплой дистиллированной водой. По «носику» стакана, покрытого часовым стеклом, вносят 10 мл концентрированного раствора НС1. И после замедления бурной реакции содержимое перемешивают вращательным движением стакана. Когда прекратится заметное выделение газа, стакан, покрытый стеклом, переносят на водяную баню и нагревают до тех пор, пока прекратится выделение СO2. Затем снимают стекло, предварительно обмыв внутреннюю его поверхность дистиллированной водой непосредственно в стакан. Необходимо применять как можно меньше воды во избежание сильного увеличения объема жидкости (раствор А).

Раствор А в стакане должен быть непременно кислым, в противном случае нельзя быть убежденным в полном разложении карбонатов. Для полной уверенности необходимо добавлять еще 5 мл концентрированного раствора НС1.

Определение кремния, железа (общего), титана, алюминия, кальция, магния.

Определение кремния (IV).

Чаще всего определение кремния в силикатах проводят гравиметрическим методом. Метод основан на выделении кремния в процессе конденсационной полимеризации в виде полимеризованной кремниевой кислоты, ее дальнейшей дегидратации высушиванием, прокаливанием и взвешивании полученного безводного полимерного двуоксида кремния SiО2. Гравиметрическому определению кремния обычно предшествует разложение соединений кремния с переводом его в виде кремниевой кислоты в коллоиднорастворимое или истиннорастворимое состояние. Цель дальнейшей обработки состоит в том, чтобы коллоиднорастворенную кремниевую кислоту дегидратировать и коагулировать, истиннорастворенную -- полимеризовать и дегидратировать. Для дегидратации кремниевой кислоты в кислой среде чаще всего используют хлористоводородную кислоту, находят также применение серная, азотная, хлорная и уксусная кислоты.

Обычно после разложения плава или анализируемого образца кислотой раствор выпаривают досуха. При этом происходит конденсационная полимеризация мономерной кремниевой кислоты по реакции:

2Si(OH)4>(HO)3SiOSi(OH)3 + H2О и т. д.,

с образованием полимеризованной кремниевой кислоты с общей формулой

SinOn-1(OH)2n+2.

При выпаривании кислого раствора происходит также разрушение гидратной оболочки геля и дальнейшая дегидратация геля.

Сокращение затрат времени на гравиметрическое определение кремния может быть достигнуто при выделении кремниевой кислоты из кислого раствора с использованием коагулянтов, главным образом желатины. При действии желатины обеспечивается коагуляция коллоиднорастворенной кремниевой кислоты.

Осадок кремниевой кислоты адсорбирует примеси, содержащиеся в анализируемом растворе, в первую очередь соли металлов, входящих в группу полуторных оксидов. Поэтому для получения истинного содержания оксида кремния (IV) его осадок, высушенный и прокаленный при 1000--1200°С до постоянного веса обрабатывают смесью HF и H2S04 или HF и НСЮ4 При этом весь оксид кремния (IV) отгоняется в виде летучего соединения четырехфтористого кремния и в прокаленном тигле остаются лишь адсорбированные осадком примеси.

Необходимость прибавления серной или хлорной кислот при отгонке четырехфтористого кремния вызвана следующими причинами.

Во-первых, серная кислота в качестве водоотнимающего средства препятствует гидролитическому действию воды на фторосиликаты. Во-вторых, она переводит легколетучие фториды титана, циркония, ниобия, тантала и малорастворимый фторид кальция в нелетучие и более растворимые сульфаты.

TiF4 + 2H2SO4 - 4HF^+4Ti(SO4)2;

CaF2+H2SO4 - 2HF^+4CaSO4.

Реагенты.

HC1, пл. 1,18;

HC1, 1%-ный раствор;

H2SO4 (1:1), приготовленная из H2SO4 пл. 1,83; HF, пл. 1,12.

Методика определения

Раствор А упаривают в жаростойком стакане на водяной бане досуха, время от времени разрушая палочкой образующуюся на поверхности раствора корку солей. Влажный остаток в стакане окончательно высушивают, и сухие комочки осторожно измельчают плоским концом стеклянной палочки, превращая всю высушенную массу в порошок. Затем прибавляют 5мл концентрированного раствора НС1 и снова выпаривают досуха. Эту операцию повторяют для достаточно полного обезвоживания гидратированного оксида кремния (IV). Наконец, прибавляют еще 5мл концентрированного раствора НС1, закрывают стакан часовым стеклом, нагревают на водяной бане, приливают 10мл горячей дистиллированной воды и продолжают нагревать раствор до полного растворения всех солей. Нерастворенным остается только гидратированный оксид кремния (IV) в виде хлопьевидной массы. Снимают часовое стекло, ополаскивают его горячей дистиллированной водой и приливают еще 50мл горячей дистиллированной воды. Выдерживают раствор с осадком на водяной бане в течение 5мин, чтобы осадок собрался на дне стакана, и фильтруют paствор через неплотный беззольный фильтр,

d=9--10см (розовая лента),

собирая фильтрат в чистый стакан емкостью 400мл (раствор Б).

Промывание и перенесение осадка из стакана на фильтр про изводят горячим 1%-ным раствором НС1, используя для этого палочку с резиновым наконечником. Промывают осадок на фильтре 8--10 раз. Фильтр с осадком доводят в сушильном шкафу до слабовлажного состояния и переносят в доведенный до постоянной массы платиновый тигель, озоляют фильтр и прокаливают осадок до постоянной массы в муфельной печи при 1000°С (первый раз 30--40мин, а последующие 10--15мин).

Для установления массы примесей других оксидов осадок в тигле смачивают раствором H2S04 (1:1), приливают 5--6мл концентрированного раствора HF и закрывают тигель крышкой после прекращения бурной реакции содержимое тигля упаривают на водяной бане (осторожно под тягой!) и затем на песочной бане до выделения SО3 (белого тумана серной кислоты). Далее слегка охлаждают тигель, крышку и стенки его обмывают небольшим объемом дистиллированной воды и снова упаривают до прекращения выделения SО3, после чего тигель переносят на фарфоровый треугольник и осторожно прокаливают на газовой горелке до полного прекращения выделения тумана. Тигель с остатком адсорбированных примесей прокаливают до постоянной массы в муфельной печи при 1000° С, охлаждают в эксикаторе, и взвешивают на аналитических весах. Разность в массе до и после обработки смесью H2S04 и HF дает количество оксида кремнии (IV). Привес тигля после обработки не должен быть больше 2--3 мг; обратное указывает либо на неудачное разложение породы, либо на большое загрязнение осадка за счет адсорбции и недостаточного его промывания.

Тигель с адсорбированными примесями сохраняют для дальнейшего определения других компонентов анализируемого образца.

Вычисления.

Содержание оксида кремния (IV) вычисляют по формуле

где а --масса тигля с осадком до обработки смесью H2S04 и HF, г;

b -- масса тигля после обработки смесью H2SO4 и HF, г;

p -- навеска анализируемой породы, г.

Определение суммы полуторных оксидов

В сумму полуторных оксидов помимо оксидов железа (III), алюминия (III), хрома (III) при осаждении аммиаком, пиридином или другими органическими основаниями обычно попадают такие соединения, как оксиды титана (IV), циркония (IV), бериллия (II), фосфора (V) и другие компоненты силикатных пород, образующие труднорастворимые в этих условиях соединения.

Однако наиболее часто в силикатах встречаются железо, алюминий, титан, все остальные компоненты в значительных количествах содержатся лишь в специальных силикатах и определяются редко. Поэтому обычно в силикатном анализе под суммой полуторных оксидов принято понимать сумму оксидов железа (III), алюминия (III) и титана (IV).

Выделение и определение суммы полуторных оксидов основано на осаждении последних аммиаком или каким-нибудь органическим основанием. При осаждении необходимо строго регулировать рН раствора созданием соответствующей буферной среды. Осаждение проводят в присутствии индикатора метилового красного (рН 4,4--6,2). Чтобы избежать получения водных оксидов элементов, входящих в группу полуторных оксидов, в коллоидном состоянии осаждение следует вести из горячего, кислого раствора в присутствии достаточного количества электролита (аммониевых солей). Отфильтрованный осадок гидратированных оксидов также очень легко переходит в коллоидное состояние, особенно оксиды алюминия (III) и титана (IV), поэтому промывать осадок необходимо горячим раствором электролита, которым обычно служит раствор аммониевых солей

Сплавление прокаленного и взвешенного осадка полуторных оксидов с K2S2O7, необходимое для переведения оксидов в растворимое состояние, основано на разложении его при 700--800°С и выделении SO3, который образует с оксидами элементов легко растворимые в воде сульфаты.

Ввиду того, что водные растворы сульфатов этих элементов легко гидролизуются, растворение их следует вести разбавленным раствором H2SO4.

Реагенты.

Аммиак, 10%-ный раствор; NH4NO3, 1%-ный раствор;

H2SО4 (1:1), (1:4), приготовленные из H2SО4 пл. 1,83;

H2SО4, 2 н. раствор;

HF, пл. 1,12;

K2S2О7, твердый;

индикатор -- метиловый красный.

Методика определения.

Объем фильтрата после отделения гидратированного оксида кремния (IV) (раствор Б) доводят дистиллированной водой до 100--150мл, нагревают до кипения, приливают по каплям из бюретки 10%-ный раствор аммиака и после нейтрализации основной массы свободной кислоты прибавляют 3--5 капель индикатора метилового красного и продолжают прибавлять раствор аммиа ка до перехода окраски индикатора в желтый цвет. Если содержание железа в породе большое, то судить о полноте осаждения по изменению окраски бывает затруднительно; тогда проверяют этот момент по слабому запаху аммиака над раствором. Раствор с осадком нагревают 1--2мин и фильтруют через неплотный беззольный фильтр (розовая или белая лента). Осадок промывают методом декантации 4--5 раз горячим 1%-ным раствором NН4NO3, нейтрализованным раствором аммиака по метиловому красному. После перенесения осадка на фильтр его промывают еще 5--6 раз той же промывной жидкостью.

Фильтрат и промывные воды собирают в мерную колбу емкостью 200мл для дальнейшего определения кальция и магния (раствор Г). Осадок с фильтром подсушивают в сушильном шкафу, переносят в тот же тигель, в котором производилось определение двуоксида кремния, и прокаливают в муфельной печи при 800°С до постоянной массы. Прокаленный осадок в тигле смачивают раствором Н2SO4 ~(1:1), прибавляют 1--2мл концентрированного раствора HF и выпаривают на песочной бане досуха; осторожно нагревают на газовой горелке (под тягой!) до прекращения выделения SО3 (белою тумана серной кислоты) и снова прокаливают в муфельной печи до постоянной массы. Обработкой смесью HF и H2SO, м последующим выпариванием освобождаются от следов гидратированного оксида кремния, оставшегося в фильтрате и выделившегося вместе с полуторными оксидами.

Вычисления

Содержание суммы полуторных оксидов вычисляют по формуле.

где а --масса платинового тигля с осадком после обработки смесью H2SO4 и HF г;

b -- масса пустого платинового тигля, г;

р -- навеска анализируемой породы, г.

Прокаленный осадок суммы полуторных оксидов сплавляют с K2S2O7, взятом в десятикратном количестве по отношению к массе полуторных оксидов. Сплавление ведут медленно, постепенно повышая температуру до тёмнокрасного каления, при котором начинается выделение SO3 и образование прозрачной жидкой массы в тигле. Перекаливать полученный плав не следует, так как могут образоваться нерастворимые в кислоте оксиды. Если это произойдет, то содержимое тигля (смесь сульфатов и оксидов элементов, входящих в группу полуторных оксидов) смачивают несколькими каплями концентрированного раствора H2SO4 и осторожно повторяют процесс образования сульфатов.

Тигель охлаждают и выщелачивают плав раствором H2SO4 (1:4) при нагревании на песочной бане; раствор собирают в мерную колбу емкостью 100мл. После охлаждения содержимое колбы доводят до метки холодным 2н. раствором H2SО4 и хорошо перемешивают (раствор В).

Определение общего содержания железа методом колориметрического титрования.

В процессе разложения силикатов железо (II) переходит в железо (III) и поэтому при дальнейшем анализе можно установить лишь общее содержание железа в образце.

В силикатных породах содержание железа может быть определено как колориметрическим, так и титриметрическим методами. Колориметрическое определение целесообразно проводить при содержании железа не более 1--2%. При больших содержаниях железа следует проводить титриметрическое определение.

Колориметрическое определение основано на реакции железа (III) с роданидами щелочных металлов или аммония с образованием окрашенных роданидных комплексов

[Fe(SCN)]2+, [Fe(SCN)2] + и др.

Вследствие того, что в водном растворе всегда существует смесь комплексных соединений, для получения воспроизводимых результатов при колориметрическом определении железа (III) следует строго соблюдать условия проведения колориметрической реакции в испытуемом и эталонных растворах. Особенно необходимо следить за соблюдением равенства концентрации роданид-Иона в них. Проводят эту реакцию в кислом растворе, причем кислотность должна быть такова, чтобы предотвратить гидролиз солей железа (III), не снижая при этом концентрации роданид-Иона (образование HSCN). Кислотность раствора может колебаться в пределах от 0,05 до 0,1н.

Реакции мешают все вещества, которые дают прочные комплексные соединения с железом (III) и роданид-ионом, а именно: фосфаты, ацетаты, фториды, бораты, хром (III), медь (II), мо либден (V), вольфрам (V), а также большие концентрации хлоридов, сульфатов, титана (IV) и др.

Чувствительность роданидной реакции при визуальном наблюдении: 1 мкг в 10мл неводного растворителя при экстрагировании равного объема испытуемого раствора. Определение железа (III) с использованием данной реакции обычно рекомендуют проводить методом визуального колориметрического титрования.

Реагенты.

NH4SCN, 4 н. раствор; H2SO4, 2 н. раствор; изоамиловый спирт;

стандартный раствор соли железа (III), содержащий 0,1 мг/мл Fe203.

Методика определения.

Для определения общего содержания железа в мерный цилиндр с притертой пробкой емкостью 100мл последовательно вводят 1--5мл раствора В, 4мл 4н. раствора NH4SCN, 10мл изоамилового спирта и доливают дистиллированной водой до 40мл. В другой цилиндр также прибавляют 4мл 4н. раствора NH4SCN, столько миллилитров 2н. раствора H2SO4, сколько было прибавлено в первый цилиндр испытуемого раствора, 10 мл изоамилового спирта, разбавляют дистиллированной водой до 40мл и перемешивают. Во второй цилиндр из бюретки по каплям добавляют стандартный раствор железа (III) (содержащий 0,1мг/мл Fe2O3) до тех пор, пока окраски органических слоев в обоих цилиндрах не сравняются. (После каждого прибавления стандартного раствора растворы сравнивают, предварительно хорошо перемешав их и дав им отстояться.) Объемы водных растворов в цилиндрах при сравнении должны быть одинаковыми. Для этого необходимо добавить в первый цилиндр объем воды, равный объему стандартного раствора, прибавленного во второй цилиндр.

Вычисления.

Общее содержание железа в пересчете на оксид железа вычисляют по формуле.

где V1 -- объем стандартного раствора железа (III), мл;

Т --титр стандартного раствора железа (III), выраженный в мг оксида железа, мг/мл;

Vк -- объем мерной колбы, в которой находился раствор В, мл;

V2 -- объем раствора В, взятого для колориметрирования, мл;

р -- навеска анализируемой породы, г.

Определение кальция и магния хелатометрическим методом.

Титриметрическое определение кальция и магния обычно проводят комплексиметрическим (хелатометрическим) методом с использованием ЭДТА.

Реагенты.

Аммиачный буферный раствор, рН 8;

ЭДТА, 0,05М; 0,01М растворы;

HN03, пл.1,36;

NaOH, 2н., 1 н. растворы;

индикаторы -- эриохром черный Т в смеси с NaCl (1:100), кальцеин, 2%-ный раствор в 2н. растворе КОН.

Методика определения.

При определении суммы кальция и магния в коническую колбу емкостью 200--250мл вводят 20--25мл (пипеткой) испытуемого раствора и после тщательного перемешивания прибавляют на кончике шпателя небольшое количество (20--30мг) сухой индикаторной смеси (смесь эриохром черного и NaCl). После полного растворения индикатора титруют полученный раствор 0,05М раствором ЭДТА до перехода окраски индикатора из фиолетовой в сине-голубую.

В качестве индикатора при хелатометрическом определении кальция кроме мурексида в последнее время используют кальцеин. В этом случае определение проводят по следующей методике: к 20мл анализируемого раствора прибавляют 15мл дистиллированной воды, 1 каплю 2%-ного раствора индикатора кальцеина, 10мл 1н. раствора NaOH и титруют 0,01М раствором ЭДТА до перехода желтой окраски с интенсивной зеленой флуоресценцией в оранжево-розовую.

Объем раствора ЭДТА, пошедшего на титрование магния, находят по разности.

Вычисления.

Содержание кальция в пересчете на оксид кальция вычисляют по формуле.

где V2-- объем раствора ЭДТА, израсходованного на титрование кальция, мл;

Т -- титр раствора ЭДТА, выраженный в г СаО;

VK -- объем колбы, в которой находился раствор Г, мл;

V3 -- объем раствора Г, взятого для титрования, мл;

р -- навеска анализируе мой породы, г.

Содержание магния в пересчете на оксид магния вычисляют по формуле:

V1 - объем раствора ЭДТА, израсходованного на титрование cуммы кальция (II) и магния (II), мл;

V2 -- объем раствора ЭДТА, израсходованного на титрование кальция (II), мл;

Т -- титр раствора ЭДТА, выраженный в г MgO;

VK -- объем колбы, в которой находился раствор Г, мл;

V3 -- объем раствора Г, взятого титрования, мл;

р -- навеска анализируемой породы, г.

Результаты анализа представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Результаты химического анализа извести (n=3; t p,f = 4,3; р=0,95)

Определяемый компонент	w% ±
	ООО «Елецкий» (I)	Атемарская (II)
SiO2	35,52±0,50	28,63±1,12
CaO	62,09±0,92	63,06±1,05
MgO	0,53±0,06	4,37±0,73
Fe2O3	0,43±0,05	1,96±0,52
Al2O3	0,07±0,01	0,16±0,03
TiO2	0,10±0,02	0,08±0,03
Прочие элементы	1,26±0,15	1,74±0,26

Таблица 2. Результаты химического анализа Атемарского диатомита (n=3; t p,f = 4,3; р=0,95)

Определяемый компонент	w% ±
SiO2	79,50±0,35
CaO	2,54±0,04
MgO	1,49±0,05
R2O3	8,84±0,12
Fe2O3	3,36±0,14
Al2O3	4,01±0,24
TiO2	1,2±0,07
Прочие элементы	7,9±0,13
Влажность	5,78±0,26

3. Обсуждение результатов

Анализ комковой извести ООО «Елецкий» и местной Атемарской показал, что они содержат большое количество карбонатов. Изучаемые породы являются карбонатно-силикатными.

Результаты анализа показали, что образцы извести имеют сложный состав. В их составе обнаружены оксиды: кремния (II), кальция, магния, железа (III), алюминия (III), титана (IV) и других элементов. Содержание других компонентов, находящихся в изучаемых образцах в количестве тысячных и более мелких долей процента нами не определялись, так как при производстве кирпича они важной роли не играют.

Перед проведением анализа известь переводили в порошок. Порошок Атемарской извести имеет желтоватый оттенок. Можно было по цвету предположить, что в Атемарской извести содержание оксида железа больше. Результаты химического анализа образцов извести представлены в таблице 1.

Из таблицы видно, что анализируемые образцы содержат SiO2. В елецкой извести (35,52±0,50)% SiO2, а в Атемарской (28,63±1,12)% SiO2, то есть немного меньше.

В обоих образцах содержится большое количество карбонатов. Следует заметить, что оба образца извести относятся к карбонатно-кальциевым породам. Содержание карбонатов кальция в пересчете на СаО составляет -(62,09±0,92)% в (I) и (63,06±1,05)% во (II) образцах.

Содержание карбонатов магния в пересчете на MgO найдено -0,36% (I) и 3,42% (II) извести.

Показано, что оксида железа (III) в Атемарской извести содержится 2,86%, а в Елецкой - 0,27%, то есть примерно в 10 раз меньше, что подтверждает наше предположение, сделанные по цвету порошка извести. Установлено содержание небольших количеств оксидов алюминия и титана в обоих образцах извести.

Список использованных источников

1. В.Н. Иваненко, Я.Г. Белик - Кремнистые породы и новые возможности их применения. 1970 год; с.5-11

2. Н.Н. Ушакова, С.А. Моросанова, Е.Р. Николаева Пособие по аналитической химии; М: МГУ 1978 год

3. Методические рекомендации по применению классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых - Кремниевые породы; М: 2007 год, с.5-19

4. Журнал «Строительный вестник» №3(32) март 2010год; с.7-12

5. Государственный доклад 2007-2008 год

6. Методические указания к практикуму по количественному анализу/ сост.: А.Н. Сунин, А.А. Седова, А.А. Рыбкина, Е.Н.Ускова с.29-34

Размещено на Allbest.ru