Преимущества комплексного применения методов анализа силикатных материалов


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

Похожие статьи




Преимущества комплексного применения методов анализа силикатных материалов

Предыдущая | Следующая