Расчетная часть. 
Химическая технология керамики и огнеупоров

Химический состав глинистого сырья.

1) Приведение химического состава сырья к 100%.

Суммарное содержание оксидов в просяновском каолине не превышает 100% и составляет 99,63%. Приведем состав глины к 100,00%, воспользовавшись формулой (1), а результат округляем до второго знака после запятой:

SiO₂ = 47,06 Ч (100 / 99,63) = 47,23.

Al₂O₃ = 36,67 Ч (100 / 99,63) = 36,82.

TiO₂ = 0,24 Ч (100 / 99,63) = 0,24.

Fe₂O₃ = 0,59 Ч (100 / 99,63) = 0,59.

CaO = 0,73 Ч (100 / 99,63) = 0,73.

MgO = 0,50 Ч (100 / 99,63) = 0,50.

K₂O = 0,43 Ч (100 / 99,63) = 0,43.

п.п.п. = 13,41 Ч (100 / 99,63) = 13,46.

У = 100,00 мас.%.

2) Расчет рационального состава сырья по его химическому составу Исходя из приведенного к 100% химического состава Балаковской глины определим ее рациональный состав.

• 1) Вначале определяем содержание полевых шпатов (ортоклаза и альбита) по количеству оксидов K2O. Для этого вначале необходимо вычислить молекулярные массы оксидов и соединений. Количество ортоклаза K2O Ч Al2O3 Ч SiO2 в 100 мас.ч. глины вычисляем из пропорции:
• 94 г/моль K2O содержится в 556 г/моль ортоклаза
• 0,43 мас. ч. K2O содержится в Х мас. ч. ортоклаза

Откуда, Х = (556 Ч 0,43) / 94 = 2,54 мас. ч. ортоклаза.

• 2) Далее определяем количество Al2O3 и SiO2, содержащихся в вычесленных выше количествах полевых шпатов. В соответствии с молекулярной массой ортоклаза (556 г/моль)
• 102 г/моль Al2O3 содержится в 556 г/моль ортоклаза

Х1 мас. ч. Al2O3 содержится в 2,54 мас. ч. ортоклаза Откуда, Х1 = (2,54 Ч 102) / 556 = 0,47 мас. ч. Al2O3.

360 г/моль SiO2 содержится в 556 г/моль ортоклаза Х2 мас. ч. SiO2 содержится в 2,24 мас. ч. ортоклаза Откуда, Х2 = (2,24 Ч 360) / 556 = 1,6 мас. ч. SiO2.

Al2O3 = Х1 = 0,47 мас. ч.

SiO2 = Х2 = 1,6 мас. ч.

Отсюда можно сделать вывод, что в составе каолинита Al2O3 содержится в следующем количестве:

• 36,82 — 0,47 = 36,35 мас. ч. Al2O3.
• 3) Расчитываем содержание каолинита Al2O3ЧSiO2Ч2H2O 100 мас. ч. глины по количеству Al2O3. В соответствии с молекулярной массой каолинита (258 г/моль),
• 102 г/моль Al2O3 содержится в 258 г/моль каолинита
• 36,35 мас. ч. Al2O3 содержится в Х мас. ч. каолинита

Находим, Х = (36,35 Ч 258) / 102 = 92,0 мас. ч. каолинита.

• 4) Количество SiO2 связанное с расчитанным количеством каолинита вычисляем исходя из пропорции:
• 120 г/моль SiO2 содержится в 258 г/моль каолинита

Х мас. ч. SiO2 содержится в 92,0 мас. ч. каолинита Откуда, Х = (120 Ч 92,0) / 258 = 42,8 мас. ч. SiO2.

• 5) Наконец, определяем содержание свободного SiO2 (в виде кварца) в 100 мас. ч. глины, вычитая от содержания SiO2 в сухой глине количества SiO2, содержащегося в полевых шпатах и каолините:
• 51,35 — (1,6 + 4,49 + 42,8) = 2,6 мас. ч. SiO2.

Таким образом, рациональный состав Балаковской глины представлен следующим количеством минералов, мас. ч.:

ортоклаз = 2,54.

каолинит = 92,0.

кварц = 2,6.

У = 97,14 мас.%.

Химический состав глазури и молекулярная масса оксидов.

1) Перерасчет химического состава из массовых процентов в молярные Расчитываем число молей всех оксидов без учета потерь при прокаливании (п.п.п.) по формуле (4):

SiO2 = 71,50 / 60,1 = 1,1897.

Al2O3 = 2 / 102,0 = 0,0196.

Fe2O3 = 0,50 / 159,7 = 0,0031.

CaO = 8,0 / 56,1 = 0,1426.

MgO = 3,00 / 40,0 = 0,0750.

Na2O = 15 / 62,0 = 0,2419.

У = 1,6719.

Далее вычисляем содержание оксидов в молярных процентах по формуле (2), а результат округляем до второго знака после запятой:

SiO2 = 1.1897 Ч (100 / 1,6719) = 71,16.

Al2O3 = 0,0196 Ч (100 / 1.6719) = 1,17.

Fe2O3 = 0,0031 Ч (100 / 1,6719) = 0,19.

CaO = 0,1426 Ч (100 / 1,6719) = 8,53.

MgO = 0,0750 Ч (100 / 1,6719) = 4,48.

Na2O = 0,2419 Ч (100 / 1,6719) = 14,47.

УNi = 100,00 мол.%.

2) Перерасчет химического состава из молярных процентов в массовые Выполняем проверку путем решения обратной задачи, то есть перерасчет состава с молярных процентов в массовые. Вначале находим массовое содержание оксидов в материале по формуле (6):

SiO2 = 60,1 Ч 71,16 = 4276,72.

Al2O3 = 102 Ч 1,17 = 119,34.

Fe2O3 = 159,7 Ч 0,19 = 30,34.

CaO = 56,1 Ч 8,53 = 478,53.

MgO = 40,0 Ч 4,48 = 179,20.

Na2O = 62,0 Ч 14,47 = 897,14.

Уpi = 5981,26.

Сейчас определяем содержание оксидов в массовых процентах по формуле (7), а результат округляем до второго знака после запятой:

SiO2 = 4276,72 Ч (100 / 5981,26) = 71,70.

Al2O3 = 119,34 Ч (100 / 5981,26) = 2,03.

Fe2O3 = 30,34 Ч (100 / 5981,26) = 0,52.

CaO = 478,53 Ч (100 / 5981,26) = 8,14.

MgO = 179,20 Ч (100 / 5981,26) = 3,05.

Na2O = 897,14 Ч (100 / 5981,26) = 14,56.

УPi = 100,00 мас.%.

3) Представление состава материала в виде формулы Зегера Для представления состава материала в ввиде формулы Зегера воспользуемся расчитанными в п. 1 (Часть 2) числами молей оксидов: SiO2 — 1,1897; Al2O3 — 0,0196; Fe2O3 — 0.0031; CaO — 0,1426; MgO — 0,0750; Na2O — 0,2419. Из полученных мольных чисел оксидов приводим предварительную формулу:

Теперь число молей каждого оксида необходимо разделить на сумму мольных чисел (R2O + RO), которая равна 0,4595 (округление выполнить до второго знака после запятой):

SiO2 = 1,1897 / 0,4595 = 2,59.

Al2O3 = 0,0196 / 0,4595 = 0,04.

Fe2O3 = 0,0031 / 0,4595 = 0,01.

CaO 0,1426 / 0,4595 = 0,31.

MgO 0,0750 / 0,4595 = 0,16.

Na2O = 0,2419 / 0,4595 = 0,53.

Таким образом, состав данной глазури по молекулярной формуле Зегера имеет вид:

• 0,31 CaO } 0,04 Al2O3} 2,59 SiO 2
• 0,16 MgO 0,01 Fe2O3
• 0,53 Na2O

У = 1,00.

У = 0,05.

У = 2,59.

Или запишем иначе:

1(R2O + RO) Ч 0,05(Al2O3 + Fe2O3) Ч 2,59SiO2 .

С целью проверки расчетов и решения обратной задачи необходимо перети к массовым частям оксидов, содержащихся в материале. Для этого необходимо умножить коэффициенты при оксидах в формуле Зегера на их молекулярную массу:

SiO2 = 2,59 Ч 60,1 = 155,66 мас. ч.

Al2O3 = 0,04 Ч 102,0 = 4,08 мас. ч.

Fe2O3 = 0,01 Ч 159,7 = 1,60 мас. ч.

CaO = 0,31 Ч 56,1 = 17,39 мас. ч.

MgO = 0,16 Ч 94,0 = 15,04 мас. ч.

Na2O = 0,53 Ч 62,0 = 32,86 мас. ч.

У = 226,63 мас.ч.

Далее определим количество оксидов в составе материала в массовых процентах. Расчет аналогичен приведению состава к 100% (результаты могут отличаться от начального состава на 0,1 — 0,2 мас.%:

SiO2 = 155,66 Ч (100 / 226,63) = 68,64.

Al2O3 = 4,08 Ч (100 / 226,63) = 1,86.

Fe2O3 = 1,60 Ч (100 / 226,63) = 0,71.

CaO = 17,39 Ч (100 / 226,63) = 7,67.

MgO = 15,04 Ч (100 / 226,63) = 6,63.

Na2O = 32,86 Ч (100 / 226,63) = 14,49.

У = 100,00 мас.%.