Методы анализа растворов и солей
Из мерной колбы пипеткой отбирали 50 мл раствора и переносили в коническую колбу. Доливали 50 мл дистиллированной воды и нейтрализовали NH3 (1:1) до pH=4ч5 по универсальной индикаторной бумаге. Раствор подогревали до 40−60°С. Добавляли 5 мл HCl (1:4) и индикатор — 5 капель 10%-го раствора сульфосалициловой кислоты, и титровали 0,05 М трилоном Б до зеленовато-желтой окраски. Взвешивали бюкс, бюкс… Читать ещё >
Методы анализа растворов и солей (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Исходное сырье и материалы
В эксперименте использовалась соляная кислота концентрацией 36% и плотностью 1,178 г/см3 марки «х. ч.» и серпентинит Киембаевского месторождения с технологического потока ПО «Оренбургасбест», имеющий следующий химический состав (% масс): MgO — 40,62; SiO2 — 35,20; Fe2O3 — 9,49; ППП — 13,57; Al2O3 — 0,68; СaO — 0,57; Cr2O3 — 0,21; NiO — 0,19; MnO — 0,10; CoO — 0,01.
Химический анализ выполнен лабораторией ЦНИИ Геолнеруда.
Минералогический состав представлен следующими минералами (% масс): хризотил — 60,0; лизардит — 10,0−13,0; антигорит — 2,0−3,0; немалит — 9,0; магнезит ~ 2,5; магнетит — 4−5.
В ходе данного эксперимента использовался серпентинит фракцией -0,63+0,14 мм.
При проведении экспериментов и анализов исходного сырья и продуктов использовались растворы, приготовленные из реактивов, приведенных в таблице 3.1.
Все растворы приготавливались с использованием дистиллированной воды ГОСТ 6709– — 72.
Таблица 1 — Реактивы, используемые для приготовления растворов.
Название | Хим. формула | ГОСТ | |
Сульфосалициловая кислота | C7H6O6S*2H2O | 4478−68 | |
Двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, комплексона ІІІ (Трилон Б) | C10H14O8N2Na2*2H 2O | 10 652−73 | |
Парадиметиламинобензол сульфокислый Na (Метиловый оранжевый) | C14H14N3O3SNa | 10 816−64 | |
Натр едкий | NaOH | 4328−77 | |
Аммиачно-буферный раствор | NH4Cl NH4OH | 3773−72 3760−79 | |
Mетодика проведения эксперимента [1,2]
Перед началом опыта в реактор, который представляет собой цилиндрический стакан с эллиптическим днищем (V=450 мл), вносили рассчитанное количество необожженного серпентинита, заливали рассчитанным количеством дистиллированной воды и добавляли концентрированную кислоту небольшими порциями при постоянном перемешивании стеклянной палочкой. Затем раствор герметизировали и помещали в нагретый до 90° термостат. Далее устанавливали частоту вращения мешалки такую, чтобы суспензия находилась во взвешенном состоянии (мешалка 4-х лопастная с наклонными лопастями).
Через 2,5 часа эксперимент прекращали, суспензию фильтровали на вакуум-фильтре. Фильтрат переносили в бюкс, взвешивали и анализировали в нем содержание MgCl2, FeCl3, HCI. Осадок промывали горячей дистиллированной водой (порциями по 100 мл) до отрицательной пробы на Cl- — ионы по AgNO3 (800−1000 см3).
Промытый осадок высушивали в сушильном шкафу при температуре 110−120°С в течение 2 часов, взвешивали и анализировали на содержание в нем SiO2, влажность и ППП.
Методика проведения анализа фильтрата [3]
Взвешивали бюкс, бюкс с фильтратом (10 мл), переливали в стакан и добавляли 20−30 мл дистиллированной воды и 1 мл HNO3 (конц) (для перевода Fe2+ в Fe3+). Нагревали до 100 °C и держали 10−15 минут. По каплям добавляли NH3 (1:1), перемешивая до появления бурых оксидов Fe (OH)3, до легкого неисчезающего запаха аммиака. Осадок отстаивался на водяной бане при 70−80°С не менее получаса.
Раствор из стакана декантировали на беззольный фильтр и фильтровали в мерную колбу. Остаток раствора вместе с осадком переносили на фильтр. Стакан и палочку несколько раз промывали горячей водой (не менее 5−6 раз). Объем раствора в мерной колбе после охлаждения доводили до метки.
Определение содержания MgO
Из мерной колбы отбирали пипеткой 10 мл раствора и помещали в коническую колбу, приливали 10 мл аммиачно-буферного раствора, 100 мл дистиллированной воды (~70°С), добавляли индикатор кислотный хром синий и титровали 0,05 М раствором трилона Б при сильном перемешивании до голубой окраски.
Расчет вели по формуле:
СMg2+=[V*(N*K)*Э*VK/m*Vn*1000]*100,% (1)
где V — объем трилона Б, пошедшего на титрование анализируемого раствора, мл;
Э — эквивалент MgCl2 (Э=47,6052);
N — нормальность трилона Б;
К — поправочный коэффициент трилона Б;
VК — объем мерной колбы, см3;
Vn — объем пипетки, см3;
m — масса навески фильтрата, г.
Определение содержания Fe3+
Осадок с фильтром смывали водой в стакан, в котором велось осаждение. Частицы осадка на фильтре растворяли 20 мл HCl (1:1). Раствор из стакана фильтровали и количественно переносили в мерную колбу на 250 мл и доводили водой до метки.
Из мерной колбы пипеткой отбирали 50 мл раствора и переносили в коническую колбу. Доливали 50 мл дистиллированной воды и нейтрализовали NH3 (1:1) до pH=4ч5 по универсальной индикаторной бумаге. Раствор подогревали до 40−60°С. Добавляли 5 мл HCl (1:4) и индикатор — 5 капель 10%-го раствора сульфосалициловой кислоты, и титровали 0,05 М трилоном Б до зеленовато-желтой окраски.
Расчет вели по формуле:
СFe3+= [V*(N*K)*Э*VK/m*Vn*1000]*100,% (2)
где V — объем трилона Б, пошедшего на титрование анализируемого раствора, мл;
Э — эквивалент FeCl3 (Э=54,0677);
N — нормальность трилона Б;
К — поправочный коэффициент трилона Б;
VК — объем мерной колбы, см3;
Vn — объем пипетки, см3;
m — масса навески фильтрата, г.
Определение кислотности
Из мерной колбы отбирали пипеткой 10 мл раствора, добавляли индикатор метил-оранжевый и титровали 0,1 М NaOH до перехода окраски из красной в оранжевую.
Расчет вели по формуле:
фильтрат выщелачивание серпентинит кремнезем аморфный
СH+=[V*(M*K)*Э*VK/m*Vn*1000]*100,% (3)
где где V — объем NaOH, пошедшего на титрование анализируемого раствора, мл;
Э — эквивалент HCl (Э=36,4606);
M — молярность раствора NaOH, М;
Ккоэффициент молярности NaOH;
VК — объем мерной колбы, см3;
Vn — объем пипетки, см3;
m — масса навески фильтрата, г.
Методика проведения анализа аморфного кремнезема [1]
Oпределение нерастворимого в HCl остатка ( SiO2)
Взвешивали навеску промытого и высушенного осадка 1 г с точностью 0,2 мг и переносили в стакан. Добавляли 150 см3 5%-ного раствора HCl и нагревали при температуре 90 — 100 °C в течение 3 часов при постоянном перемешивании. Стеклянную палочку постоянно держали в стакане, который накрывали часовым стеклом.
После 3-х часов и уменьшения объема раствора до 30 — 40 см3 суспензию количественно переносили в выпарную чашку и упаривали досуха (~2 часа). После этого чашку с сухим остатком накрывали часовым стеклом, через носик чашки по каплям вводили 15 см3 концентрированной HCl и оставляли на 10−15 минут на водяной бане, затем горячий раствор фильтровали через беззольный фильтр в стакан. Чашку обмывали на фильтр и осадок промывали до исчезновения реакции на Cl- ион (7 ступеней).
Фильтр с осадком помещали в предварительно прокаленный и взвешенный тигель и прокаливали при 800 °C в течении не менее 2-х часов. После прокаливания тигель с навеской охлаждали в эксикаторе. Осажденный осадок взвешивали с точностью 0,2 мг.
Содержание нерастворимого в HCl остатка считали по формуле:
Х=(mост/mнав)*100,% (4)
где Х — содержание нерастворимого в HCl остатка, %;
mост — масса нерастворимого остатка после прокаливания, г;
mнав — масса навески, г.
ППП (потери при прокаливании)
Форфоровый тигель предварительно прокаливали до постоянной массы при температуре 900 °C, не менее 2-х часов, остужали в эксикаторе и взвешивали. Взвешивали с 1 г серпентинита с точностью 0,2 мг и прокаливали при 900 °C в течении 3-х часов.
Расчет вели по формуле:
ППП=[(mт+н1)-(mт+н2)]/[(mт+н1) —mт]*100,% (5)
где mт — масса тигеля, г;
н1 — масса серпентинита до прокаливания, г;
н2 — масса серпентинита после прокаливания, г.
Результаты экспериментов и их обсуждение
Результаты экспериментов приведены в таблицах 2−4.
Таблица 2 — Результаты анализа фильтрата, полученного путем выщелачивания серпентинита 20-ти %-ной соляной кислотой
Температура,?С | Время выщелачивания, мин | Промывные воды | Mg2+,% | Степень извлечения Mg2+ ,% | Fe3+,% | Степень извлечения Fe3+,% | Остаточная кислотность, % | ||
Температура, ?С | Объем, мл | ||||||||
55−60 | 2,01 | 5,56 | |||||||
60−65 | 2,06 | 5,03 | |||||||
+6 дней | 60−65 | 17,52 | 2,98 | 4,65 | |||||
70−75 | 17,79 | 1,39 | 4,49 | ||||||
80−85 | 17,86 | 1,38 | 4,67 | ||||||
Таблица 3 — Результаты анализа полученного кремеземистого остатка
Температура, ?С | Промывные воды | Время выщелачивания, мин | Нерастворимый в HCl остаток,% | Потери при прокаливании, % | ||
Температура, ?С | Объем, мл | |||||
55−60 | 82,19 | 39,69 | ||||
60−65 | 70,89 | 36,37 | ||||
60−65 | 210+6 дней | |||||
70−75 | 83,38 | 39,08 | ||||
80−85 | 85,41 | 39,05 | ||||
Для подбора оптимальных условий выщелачивания, при которых из серпентинита максимально извлекаются все ценные компоненты, необходимо изучить в отдельности действие всех факторов на процесс выщелачивания и установить их оптимальные пределы.
В ходе данной работы мы исследовали влияние температуры и времени выщелачивания на степень извлечения магния и железа. Как видно из полученных данных, повышение температуры на 5 °C и времени выщелачивания на 30 минут не сильно влияют на степень извлечения магния и железа, поэтому можно проводить эксперименты при следующих условиях: температура 90 °C, время выщелачивания 180 минут и концентрация HCl 20%. В ходе нашего эксперимента мы достигли высоких степеней извлечения Mg2+(97%), но не добились высоких степеней извлечения Fe3+(max 85%). Возможно, это связано с тем, что брусит, содержащий Mg2+, легко растворяется в HCl, а растворимость магнетита, в котором содержится железо, уменьшается в ряду H3PO4, H2SO4, HCl, HNO3. Вследствие этого Fe3+ плохо переходит в раствор, поэтому степень извлечения его низкая.
Что касается промывки полученного кремнеземистого остатка, то повышение температуры промывных вод сокращает число операций промывки и уменьшает количество промывных вод.
Если говорить о кремнеземистом остатке, то ППП исходного серпентинита составляют 13,57%, а ППП полученного кремнезема составляют, в среднем, 39%.
ППП для серпентинита — это потеря кристаллизационной воды из кристаллической решетки. Для исследуемого аморфного кремнезема ППП — это потеря адсорбированной в порах аморфного оксида кремния (SiO2) воды. Поскольку значения ППП получились очень высокими, то можно предположить, что полученный аморфный кремнезем очень крупнопористый. Исследуя таблицу 3 можно сделать вывод, что увеличение температуры и времени выщелачивания не влияет на ППП кремнеземистого остатка.
1. Методы анализа рассолов и солей / Под ред. Ю. В. Морачевского, Е. М. Петровой. — М.: Химия, 1964. — 406 с.
2. Перельман В. И. Краткий справочник химика / В. И. Перельман. — М.: Химия, 1964. 295 с.
3. Коростелев П. П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ / П. П. Коростелев. — М.: Наука, 1964. — 398с.