Контроль качества исходного сырья для производства керамической плитки (глины)

Тема Контроль качества исходного сырья для производства керамической плитки (глины)

Введение

керамическая плитка контроль качество сырье Цель работы: закрепить знания, полученные при изучение химических дисциплин; ознакомиться с типовыми решениями аналитических задач в обстановке промышленного предприятия; ознакомиться с разнообразием методов и методик, применяемых на производстве и в лабораториях; применить приобретенные в процессе обучения знания, навыки и умения при выполнении качественного и количественного анализа исходного сырья; изучить нормативную и информационную литературу и документацию.

Этапы выполнения задания:

1. Пробоподготовка

2. Определение пластичности

3. Определение сводной двуокиси кремния

4. Определения кальция и магния в водной вытяжке

5. Определение тонкодисперсных фракций

6. Определение хлор-ионов в водной вытяжке

7. Определение остатка на сите № 0063

8. Определение сульфат-ионов в водной вытяжке

9. Определение крупнозернистых включений

I.1 Описание технологического процесса производства керамической плитки на Липецком керамическом заводе Сырьевые материалы: отощающие (шлак НЛМК, бой плитки) и пластичные (глина Лукошкинская) привозят на завод автотранспортом и завозят на промежуточное хранение в отсеки (бункера) склада хранения сырья. Из отсеков склада глина и шлак транспортируются грейферным краном на дозирование в приёмные бункера с решёткой.

Шлак НЛМК из приемного бункера по ленточному конвейеру через течку поступает на дозирование (засыпается в кюбели (емкости 700 кг) и ввешивается динамометром). Глина из приемного бункера поступает в глинорыхлитель, а оттуда по наклонному ленточному конвейеру — на дозирование.

Плиточный бой собственного производства из производственного цеха завозится электропогрузчиком и складируется в помещение массозаготовительного отделения (МЗО) в отсеке. Здесь же, на месте бой дробят в щёковой дробилке, вручную загружают в кюбели и взвешивают динамометром. Взвешенные материалы: бой плитки, шлак НЛМК и глина подаются в кюбелях кран-балкой на загрузку в шаровые мельницы для мокрого помола. Туда же (в шаровую мельницу) заливается вода (дозируется мерной расходной емкостью), до влажности суспензии (т.н. шликер) 50%. После того, как лабораторный анализ покажет, что отощающие материалы смололись до заданной крупности, а глина распустилась и шликер готов, готовый шликер сливается насосом через вибросито с ячейкой 04 в приемные бассейны с пропеллерными мешалками. Из приемного бассейна шликер перекачивается поршневым насосом через еще одно вибросито в расходную емкость с пропеллерной мешалкой. Из расходной емкости шликер по трубопроводу насосом подается через фильтры в штангу с накрученными на нее форсунками и распыляется в башенном распылительном сушиле (БРС). Под воздействием высоких температур (250−450°С) капли распыляемого шликера высыхают до влажности 6−8% и становится пресс-порошком, который ссыпается из БРС на конвейерную ленту и по ней движется к виброситу с ячейкой 2 мм.

После прохождения через вибросито, пресс-порошок поступает в элеватор и загружается в бункера запаса на промежуточное хранение. Отходы пресс-порошка из БРС, не прошедшие через вибросито, загружаются в прямоугольные кюбели, дозируются и транспортируются кран-балкой в шаровые мельницы для повторного роспуска и дальнейшего использования вместе с остальным шликером. Из бункером запаса пресс-порошок транспортируется системой передвижных горизонтальных ленточных транспортеров через вибросито с ячейкой 2 мм, через элеватор в бункера прессов через сито с ячейкой 3−4 мм. Из бункера пресса порошок засыпается в пресс-форму гидравлического пресса KD1300A KEDA. Под давлением 240−270 атм. из пресс-порошка прессуется плитка, которая с пресса подается на приемную конвейерную линию и оступает по ней в роликовое горизонтальное сушило для сушки до влажности 0,5%. Из сушила плитка сразу поступает в роликовую печь для обжига при 1100 °C. Обожженная утельная плитка подаётся по конвейеру на глазуровочный участок. Здесь на нее наносится ангоб и глазурь.

Далее плитка на конвейеру подается в печь политого обжига с керамическими роликами. В печи под воздействием высоких температур (до 1070°С) глазурно-ангобное покрытие обжигается и готовая плитка поступает на участок сортировки, где сортируется и укладывается в коробки по сортам на поддоны. Поддоны с плиткой транспортируются электропогрузчиком для хранения на склад готовой продукции.

I.2 Схема технологического процесса производства плиток

Ниже представлена схема технологического процесса производства керамической плитки для пола на Липецком керамическом заводе.

Схема 1. Технологический процесс производства плитки

I.3 Структура и комплектация лаборатории Производственная химико-технологическая практика проходила на ЗАО «Керамика», но поскольку данное предприятие заказывает проведение химических анализов в Центральной Научно-Исследовательской лаборатории по строительству и строительным материалам (ЦНИЛ), то вся практическая работа была проделана на базе этой лаборатории. Центральная Научно-Исследовательская лаборатория имеет в своей структуре следующие отделы: отдел неразрушающих методов контроля (осуществляется обследование зданий и сооружений, например, измеряется прочность стен);

— отдел строительных материалов (проводятся испытания на прочность, морозостойкость, водопоглощение, водопроницаемость и т. д.);

— отдел новых материалов (проводятся физико-механические испытания лако-красочных изделий, например, определяют летучесть, прочность, разрыв, укрывистость и т. д.);

— отдел технологии легких бетонов (осуществляется исследовательская работа по подбору состава легких бетонов, проводят определение паропроницаемости пеноблоков);

— отдел технологии строительного производства (осуществляется контроль качества строительных изделий, обследование зданий и сооружений);

— отдел физико-химических методов исследования (проводят определение химического состава материалов, а также их физических параметров).

В отделе физико-химических методов исследования имеется следующее оборудование:

— весы технические;

— весы аналитические;

— фотоэлектроколориметр КФК-2;

— электропечь камерная лабораторная ПКП-1,2−12;

— рН-метр Инфраспак-аналит Анион 4100;

— пневматический поверхностемер Т-3;

— сушильный шкаф;

— прибор Васильева.

Все испытания в лаборатории проводятся по гостированным методикам. В данной лаборатории чаще всего применяют классические методы анализа: титриметрию и гравиметрию. Эти методы анализа не требуют большого количества оборудования, являются достаточно точными, экспрессными и недорогими.

В таблице 1 приведены некоторые объекты и методы анализа проводимые отделом физико-химических исследований.

Таблица 1. Объекты и методы исследования

В производстве любых материалов необходимо осуществлять тщательный контроль качества исходного сырья. Для производства керамической плитки для полов используют глины тугоплавкие или огнеупорные, среднеили умереннопластичные с низким содержанием крупных и средних включений железистых минералов, гипса и органических остатков, высокоили среднеспекающиеся, низкотемпературного спекания, с низким или средним содержанием свободного кремнезема и водорастворимых солей. Поэтому перед началом производства необходимо проводить анализ глины, чтобы убедиться в том, что она соответствует требования предъявляемым к глинам, используемым для производства плитки для полов. Также, определение свободной двуокиси кремния необходимо проводить, для того чтобы подобрать температурный режим производства.

II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

II.1 Характеристика объекта анализа Глина сопутствует человеческой цивилизации от самого зарождения и по сегодняшний день, и умение изготавливать изделия из неё ценились во все времена. Керамические изделия — самые распространённые находки археологов, ведь, в отличие от дерева, глина не горит, не окисляется, подобно металлам. Многочисленные предметы дошли до нас в первозданном виде: посуда, светильники, детские игрушки, культовые статуэтки, литейные формы, рыболовные грузила, катушки для ниток, пряслица для веретён, бусы, пуговицы и др.

Мало кому известно, что жители севера — чукчи и коряки — употребляют глину в пищу. Конечно, не всякую глину, а белую, называемую северянами «земляным жиром». Едят её с оленьим молоком или добавляют в мясной бульон.

Съедобной глиной не брезгуют и европейцы, приготовляющие из неё лакомство наподобие конфет. Глина может использоваться также и в медицине в качестве лекарства, и в косметологии как очищающая маска. У глины есть ещё множество других полезных свойств, но сейчас она интересует нас как материал, пригодный для изготовления керамических изделий. Влияние химического состава глины на её свойства. Цвет глины как в сыром, так и в обожжённом виде зависит от содержания в ней примесей. Чем больше в глине органических веществ, тем темнее её цвет. Содержание в глине соединений железа (Fe) обуславливает её окраску от сине-зелёных до коричнево-красных тонов. Цвет черепка после обжига также колеблется от белого и кремового до коричневого цвета. По цвету черепка (черепком называется неглазурованное керамическое изделие) глины делятся на беложгущиеся (к ним относится каолин — сырьё для изготовления фарфора и фаянса), светложгущиеся (приобретают после обжига светло-серый, светло-жёлтый и светло-розовый цвета) и красножгущиеся (после обжига становятся красными, коричневыми, фиолетово-коричневыми). Соединения железа и серы — пирит (дисульфид железа) в глине встречается в виде бурых или зеленовато-бурых кристаллов с металлическим блеском. При обжиге он образует на изделии выплавки и чёрные точки. Вследствие большой поглотительной способности глина впитывает и удерживает растворённые в воде соли, из которых наиболее распространены гипс (сульфат кальция), хлорид натрия (NaCl) и сульфиты щелочных металлов. Эти соли при сушке изделия отлагаются на поверхности черепка, образуя после обжига белый налёт (что портит цвет готовой керамики, особенно терракоты).

В схеме классификации глинистое сырьё делится на:

а)каолины;

б)сухари — огнеупорные, камнеподобные глины;

в)сланцевые — плохо размокающие в воде глины.

Они подразделяются на подгруппы:

1)по содержанию окиси алюминия в прокалённом состоянии:

более 40% - высокоосновные;

от 30 до 40% - основные;

от 15 до 30% - полукислые;

менее 15% - кислые.

2) по огнеупорности:

огнеупорные — плавящиеся при температуре от 1580 °C и выше тугоплавкие — от 1350° до 1580° С легкоплавкие — ниже 1350° С

3) по степени связуемости или пластичности: жирная, средней жирности, тощая. Если размять в руках кусочек влажной глины и скатать колбаску толщиной в палец, а затем согнуть из неё колечко, то проверить по нему жирность материала можно таким образом: если на глине не образовались трещинки, то такая глина считается жирной; на ощупь она мягкая и очень пластичная. Из неё хорошо лепить мелкие изделия, но для крупных она не годится: при сушке и обжиге изделие покоробится, образуются трещины. Чтобы улучшить эту глину, нужны отощающие добавки, которые делятся на естественные (природные вещества, которые являются постоянными спутниками глин и каолинов и не образуют с ними стекловидные фазы при обжиге до 1560 °C, а именно: кварц, кварцевый песок, кремний) и искусственные (промытый песок, измельчённый бой керамических изделий).

— если на колечке трещин мало, а глина не липнет к рукам и легко лепится — она годится для любых изделий. В ней содержится 10 — 15% песка.

Это глина средней жирности.

— если в глине содержится менее 15% песка, такая глина называется тощей. Чем больше песка — тем больше трещин на колечке. Такую глину можно исправить отмучиванием: развести порошок глины водой 1 к 2, дать отстояться сутки, снять с поверхности мусор, слить воду, когда она посветлеет. Слой жидкой глины вычерпать в другую посуду, стараясь не взбаламутить осевшие на дно песок и мелкие камешки.

Существует классификация глин — оценка их по совокупности некоторых признаков: цвет, внешний вид после обжига, интервал спекания, плавления, прочность изделия при ударе, стойкость при резкой смене температур. Они определяют промышленное назначение и название глин: кирпичные, трубочные, кафельные, горшечные, фаянсовые, беложгущиеся и другие.

Цвет глине придают окиси алюминия, железа, титана.

Свойства глин.

1) Способность глиняного теста принимать под влиянием внешнего воздействия любую форму без разрывов и трещин, сохранять её после прекращения воздействия и легко склеивать элементы изделия, называется пластичностью. Очень пластичная глина обладает способностью легко впитывать воду, но при её излишке глина теряет пластичность и становится слишком мягкой и липкой.

2) С пластичностью тесно связана вязкость — связующая способность глины. Так называется способность глины при смешивании её с песком и водой образовывать вязкое пластичное тесто, способное при высыхании сохранять приданную ему форму. Благодаря связующей способности глин существует возможность составлять разнообразные массы с применением для этого непластичного материала и тем самым регулировать их рабочие качества.

3) Пластичность и связующая способность зависят от дисперсности. Если каждая частица будет больших размеров, то связь между ними будет слабее, и наоборот. От этого зависит прочность сырых изделий до обжига. Чтобы увеличить связующую способность материала, нужно добавить пластичной глины.

4) Непосредственно с пластичностью тесно связана усушка глины. По мере того, как изделие сохнет, из черепка выделяется водяной пар, частички глинистого вещества уменьшаются и сближаются, и всё изделие уменьшается в объёме. Это называется усушкой. Чем пластичнее глина, тем больше она поглощает воды, и тем сильнее будет усушка. Тощие глины поглощают меньше воды, и усушка у них меньше.

5) При обжиге при температуре выше 400 °C из глины начинает выделяться химически связанная вода. А при более высоких температурах происходит сплавление легкоплавких примесей. Этот процесс связан с уменьшением пор и сближением частиц, а, следовательно, и с уменьшением в объёме. Он называется огневой усадкой. Совместное уменьшение при сушке и обжиге называется общей усадкой.

6) При повышенных температурах обжига начинается уплотнение глиняных масс, то есть спекание. Спекание глины вызывается частичным сплавлением её составных частей и зависит от химического состава и температуры обжига. Чем больше в глине содержится глинозёма, тем выше температура её спекания и плавления; чем больше в ней примесей (полевой шпат, слюды, известь, соединения железа), тем ниже температура спекания и плавления глины. С повышением температуры спекание усиливается по мере того, как увеличивается количество составных частей глины, принимающих участие в плавлении. Плотность изделий увеличивается, а пористость сокращается. Разница между температурами начала спекания и плавления называется интервалом спекания. Чем больше интервал спекания, тем меньше брака при обжиге.

7) Обожжённую плитку взвешивают, помещают в кастрюлю, ставя на рёбра, заливают водой до 1/3 плитки. Через час заливают водой полностью и кипятят два часа. Потом ставят остывать до комнатной температуры, обтирают тряпкой и взвешивают с точностью до 0,01 грамма. Разница в весе до и после кипячения, выраженная в процентах, характеризует открытую пористость черепка[2,3].

II.2 Оборудование и реактивы Оборудование и материалы Весы лабораторные 4-го класса точности, шкаф сушильный с терморегулятором, обеспечивающий температуру 105−110 °С, эксикатор по ГОСТ 23 932, набор сит с сетками № 05, 1, 2 по ГОСТ 6613, сита с сетками № 3 и 5, чашки выпарительные, емкость для замачивания глины, линейка металлическая длиной 100 мм, печь муфельная с терморегулятором, обеспечивающая температуру до 1000 °C, стаканы вместимостью 300 см³, стеклянная палочка, тигли фарфоровые по ГОСТ 9147, стаканчики (бюксы) по или фарфоровые чашки по ГОСТ 9147, конические колбы вместимостью 300, 1000 см³, колба Бунзена, воронка Бюхнера, сито с сеткой № 0063 по ГОСТ 6613, чашки выпарительные по ГОСТ 9147, стаканчики для взвешивания (бюксы) по ГОСТ 23 932, цилиндр мерный стеклянный вместимостью 1000 см³, диаметром (60 ± 2) мм, термометр с точностью до 0,5 °С, секундомер, тигель платиновый по ГОСТ 6563, тигель кварцевый по ГОСТ 19 908, стакан вместимостью 800−1000 см³, баня водяная или песчаная, прибор конструкции Васильева.

Реактивы Кислота соляная по ГОСТ 3118, вода дистиллированная ГОСТ 6709, барий хлористый по ГОСТ 4108, серебро азотнокислое по ГОСТ 1277, метиловый оранжевый раствор, калия гидроксид по ТУ 6−09−50−2322−77, флуорексон, сухая смесь с хлористым калием в соотношении 1:50, аммиак водный по ГОСТ 3760, аммоний хлористый по ГОСТ 3773, индикатор эриохром черный Т, трилон Б по ГОСТ 10 652, натрий пирофосфорно-кислый по ГОСТ 342, калий хромовокислый по ГОСТ 4459, кислота азотная по ГОСТ 4461, серебро азотнокислое по ГОСТ 1277, кислота ортофосфорная по ГОСТ 10 678, кислота серная по ГОСТ 4204, кислота плавиковая по ГОСТ 10 484.

II.3 Пробоподготовка Проба для физико-технических и химических анализов должна быть не менее 10 кг. Пробу массой 10 кг высушивают до воздушно-сухого состояния. Затем методом квартования для определения крупнозернистых включений отбирают навеску массой 2 кг. Оставшиеся 8 кг пробы измельчают и просеивают без остатка через сито № 1, затем методом квартования отбирают для химических анализов навеску массой 500 г. Остальное используют для физико-химических анализов.

Способ кольца и конуса является наиболее распространенным способом ручного перемешивания проб.

Рис. 1 Перемешивание по способу кольца и конуса

1 — кольцо; 2 — образование конуса; 3 — конус; 4 — разворачивание конуса на диск; 5- диск; 6 — образование кольца; 7- кольцо.

Проба раскладывается в кольцо диаметром примерно в двое большим, чем диаметр конической кучи сокращаемого материала. Затем один или несколько пробщиков с лопатами, продвигаясь по кругу вдоль внешней или внутренней линии кольца, перебрасывают материал из кольца в конус, образуемый в центре кольца. При этом материал с каждой лопаты должен ссыпаться точно на вершину конуса. По мере увеличения конуса крупные куски скатываются к его основанию. Задача состоит в том, чтобы ось конуса не смещалась от вертикали, а крупные куски скатывались равномерно по всей его периферии. После того как весь материал из кольца переброшен в конус, подметают оставшуюся мелочь и ссыпают ее точно на вершину конуса. Когда конус образован, его слегка сплющивают нажимом сверху лопатой или широкой доской, а затем разворачивают в диск с помощью доски поставленной на ребро и проходящей через центр конуса. Далее лопатами преобразуют диск в кольцо, после чего операция насыпания конуса повторяется снова. Перемешивание по способу кольца и конуса проводится до трех раз. Квартование применяют после перемешивания проб по способу кольца и конуса. Развернутую в диск пробу с помощью доски или металлической крестовины делят на 4 квадранта. Далее 2 противолежащих квадранта, составляющих половину пробы, отбрасывают, а два других объединяют, смешивая по методу кольца и конуса и снова квартуют.

Рис. 2 Квартование пробы Операцию квартования повторяют до тех пор, пока размер оставшейся пробы не достигнет минимального веса.

Ошибки при сокращении проб по методу квартования происходят главным образом за счет неправильного насыпания пробы на конус и неправильного деления диска на квадранты.

Особенностью метода квартования является возможность сравнительно точного сокращения проб при наличие соответствующей площадки, лопатки, щетки и одной-двух досок. Однако ошибки при квартовании могут достигать 8−10% [4

II.4 Определение пластичности Метод основан на определении разности значений влажностей глинистой массы, соответствующих нижней границе текучести и границе раскатывания. Пробу массой 100−150 г измельчают вручную до полного прохождения через сито с сеткой 0,5. Отбирают пробу массой 50 г.

Определение нижней границы текучести.

Навеску помещают в фарфоровую чашку, куда при непрерывном перемешивании добавляют воду до образования густой однородной пластической массы. Массу равномерно распределяют в чашке. Чашку устанавливают на верхний диск прибора Васильева. Стержень с металлическими шариками по обеим сторонам ставят в середину чашки. Смотря войдет ли стержень в массу до метки за 5с. Измерения производят 3 раза. Если стержень слишком быстро погружает в массу, то к густой массе добавляют немного сухого вещества. Если же стержень не погружается в массу за 5с, то в массу добавляют немного воды. Измерения повторяют.

После окончания испытания отбирают навеску массой 25 г и помещают в бюкс, высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105−110°С. Затем бюкс охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Полученная влажность, выраженная в процентах, является нижней границей текучести.

Рис. 3 Прибор Васильева Определение границы раскатывания Оставшуюся массу раскатывают на стеклянной пластине до образования жгута диаметром 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет целостность и пластичность, его собирают в комок, добавляют глину, перемешивают, проминают и вновь раскатывают. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут начнет делиться поперечными трещинами на куски 3−10 мм. От полученных кусков отбирают навеску массой не менее 10 г, помещают в бюкс и определяют влажность, как указано выше.

Влажность (W) в процентах вычисляют:

m — масса сухой навески, г

m₁ — масса бюкса с навеской до высушивания, г

m₂ — масса бюкса с навеской после высушивания, г Пластичность (П) в процентах вычисляют по формуле:

П = W₁ — W₂,

W₁ — влажность, соответствующая нижней границе текучести, %

W₂ — влажность, соответствующая границе раскатывания, %

II.5 Определение сводной двуокиси кремния Метод основан на выделении нерастворимого диоксида кремния горячей ортофосфорной кислотой и последующем прокаливании его до постоянной массы. Пробу для анализа высушивают до постоянной массы, растирают до частиц проходящих в сито с сеткой № 0063. Масса навески 0,1−0,2 г. Навеску помещают в платиновый тигель и при помешивании добавляют 15 мл ортофосфорной кислоты. Тигель помещают в сушильный шкаф и нагревают быстро до 250 °C и оставляют на 15 минут, периодически перемешивая. После окончания разложения и охлаждения материала остаток переносят в стакан вместимостью 800−1000 мл, в который предварительно наливают нагретой до кипения воды 450 мл.

Горячий раствор фильтруют через фильтр «синяя лента». Осадок на фильтре промывают 100мл разбавленной 1:9 соляной кислотой и 5−10 раз горячей водой до нейтральной реакции фильтрата по индикаторной бумаге.

Фильтр с остатком переносят в платиновый фильтр, высушивают, озоляют и прокаливают при температуре 950−1000°С в течение 30 минут. Затем тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и высушивают. Прокаливание повторяют по 10 минут до достижения постоянной массы.

К остатку в тигле после прокаливания прибавляют несколько капель серной кислоты, 10 мл фтористоводородной кислоты и выпаривают до полного испарения паров серной кислоты. Затем тигель с осадком прокаливают в муфельной печи при температуре 950−1000°С 15 минут. Остаток в тигле охлаждают и взвешивают. Прокаливание повторяют по 10 минут до достижения постоянной массы.

Массовую долю свободного диоксида кремния (Х) в процентах вычисляют по формуле:

m — масса сухой навески, г

m₁ — масса тигля с остатком после прокаливания до обработки плавиковой кислотой, г m₂ — масса тигля с остатком после прокаливания после обработки плавиковой кислотой, г

II.6 Определения кальция и магния в водной вытяжке Метод основан на титровании кальция раствором трилона Б в присутствии индикатора флуорексона в щелочной среде при рН 12−13 и магния в сумме с кальцием в присутствии индикатора эриохром черного Т в щелочной среде при рН 10. Для проведения анализа берут навеску глинистого сырья в расчете 100 г на 1000мл воды. Навеску глинистого сырья помещают в мерную колбу вместимостью 1000 мл, приливают свежекипяченую воду, перемешивают и взбалтывают на магнитной мешалке 15 минут. Раствор оставляют для отстаивания на 24 часа. Фильтруют, осадок отбрасывают. Раствор используют для определения кальция и магния, хлорид-ионов, сульфат-ионов. Для определения кальция отбирают аликвотную часть, помещают в колбу на 250 мл, доливают 50 мл воды, 10 мл раствора гидроксида калия, флуорексона на кончике шпателя и титруют раствором трилона Б до изменения раствора от зеленой флуоресцирующей до розовой.

Для определения суммы кальция и магния отбирают аликвотную часть от основного раствора в коническую колбу вместимостью 300 мл, приливают 50 мл воды, 5 мл аммиачного буферного раствора, индикатора эриохром черного Т на кончике шпателя и титруют трилоном Б до изменения окраски от вино-красного до синего. Концентрацию кальция (Х), мг-экв/л или мг-экв/100 г сухого вещества, вычисляют по формуле:

Х= V₁*K*N,

V₁ — объем трилона Б, израсходованный на титрование, мл

К — коэффициент пересчета на 1 л воды,

N — нормальность раствора трилона Б.

Концентрацию магния (Х), мг-экв/л или мг-экв/100 г сухого вещества, вычисляют по формуле:

Х = (V₂ — V₁) * K*N,

V₁ — объем трилона Б, израсходованный на титрование кальция, мл

V₂ — объем трилона Б, израсходованный на титрование суммы кальция и магния, мл К — коэффициент пересчета на 1 л воды,

N — нормальность раствора трилона Б.

II.7 Определение тонкодисперсных фракций Метод основан на количественном распределении частиц материала по крупности в зависимости от времени их оседания в жидкой среде и последующем весовом определении полученных фракций по крупности.

От пробы отбирают навеску глинистого сырья массой не менее 50 г, сушат до постоянной массы в сушильном шкафу и охлаждают в эксикаторе. От пробы берут навеску массой 10 г. Подготовленную для анализа навеску помещают в коническую колбу с обратным холодильником вместимостью 500 мл, приливают 150 мл дистиллированной воды, 10 мл пирофосфатно-кислого натрия, применяемого в качестве диспергатора, и кипетят в течение 1ч, считая с момента закипания (кипение не должно быть бурым).

Суспензию охлаждают до комнатной температуры, переносят на сито с сеткой № 0063. Сито помещают в стеклянную воронку, а последнюю в цилиндр вместимостью 1000 мл.

На сите глину промывают струей воды из промывалки, слегка растирая пальцем с резиновым наконечником, до тех пор, пока вода, проходящая через сито, не станет прозрачной. Остаток на сите смывают водой из промывалки в чистую, предварительно высушенную до постоянной массы выпарительную чашку, сушат до постоянной массы в сушильном шкафу.

В цилиндр с суспензией приливают дистиллированную воду до метки, перемешивают мешалкой, измеряют температуру суспензии и оставляют для отстаивания.

Таблица 2. Интервалы времени, через которые отбирают пробы.

Пробы отбирают пипеткой в количестве 25 мл. Продолжительность отбора суспензии в зависимости от размера фракции должна быть:

менее 0,01 мм — 30 сек,

менее 0,005 мм — 25 сек, менее 0,001 мм — 30 сек.

Каждую взятую пробу переносят количественно высушенный для постоянной массы и взвешенный стаканчик.

Стаканчик с осадком высушивают до постоянной массы и взвешивают.

Массовую долю частиц размером более 0,06 мм (Х) в процентах вычисляют по формуле:

m — масса фракции размером более 0,06 мм, г

m₁ — масса сухой навески, г Массовую долю определяемой крупности материала (Х₁) в процентах вычисляют по формуле:

m₁— масса высушенной пробы суспензии, г

0,006 — масса диспергатора, г

V — объем суспензии в цилиндре, мл

V₁ — объем суспензии в пипетке, мл

m — масса сухой навески пробы, г

II.8 Определение хлорид-ионов в водной вытяжке Метод основан на титровании хлорид-ионов в водной вытяжке глинистого сырья азотнокислым серебром в присутствии хромовокислого калия. От основного раствора, полученного при определении кальция и магния в водной вытяжке, отбирают аликвотную часть 100 мл в коническую колбу вместимостью 250 мл. Если раствор имеет щелочную среду, то его нейтрализуют разбавленной азотной кислотой до нейтральной реакции по индикаторной бумаге. К раствору приливают 0,5 мл раствора хромовокислого калия и титруют раствором азотнокислого серебра до появления неисчезающей красновато-бурой окраски. Концентрацию хлорид-ионов (Х), мг-экв/л, вычисляют по формуле:

Х = V*М*К,

V — объем 0,01 раствора азотнокислого серебра, израсходованный на титрование, мл М — молярность раствора азотнокислого серебра, моль/л К — коэффициент пересчета на 1 л воды.

II.9 Определение остатка на сите № 0063

Метод основан на промывании навески глины через сито № 0063 с последующим высушиванием полученного остатка до постоянной массы.

От пробы для испытания отбирают навеску массой не менее 100 г, помещают в емкость и заливают водой в объеме, превышающем в 3−4 раза объем глины и оставляют на 1ч набухать.

Глинистую суспензию перемешивают лопаточкой, выливают в сито и остаток на сите промывают под сильной струей воды без разбрызгивания. Промывают остаток до тех пор, пока вода, прошедшая через сито не станет прозрачной. Остаток на сите смывают водой в чистый предварительно высушенный до постоянной массы и взвешенный бюкс и сушат до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105−110°С. Высушенный остаток охлаждают и взвешивают. Остаток глины на сите № 0063 (Х) в процентах вычисляют по формуле:

m — масса навески, г

m₁ — масса бюкса, г

m₂ — масса бюкса с сухим остатком, г

II.10 Определение сульфат-ионов в водной вытяжке Метод основан на осаждении в водной вытяжке сульфат-ионов в виде сульфата бария и определении его массы после прокаливания при температуре 850−900°С в пересчете на сульфат-ион.

От основного раствора, полученного при определении кальция и магния в водной вытяжке, отбирают аликвотную часть 100 мл в стакан вместимостью 300 мл, добавляют 1−2 капли метилового оранжевого и приливают 2 мл соляной кислоты. Нагревают до кипения и при постоянном помешивании приливают 10−15 мл хлористого бария, нагретого до кипения. Оставляют для отстаивания на 10−12 часов.

Остаток сульфата бария отфильтровывают на фильтре «синяя лента» и промывают водой до удаления хлорид-ионов (отсутствие реакции с азотнокислым серебром). Фильтр с осадком помещают во взвешенный фарфоровый тигель и прокаливают при температуре 900 °C до постоянной массы. Концентрацию сульфат-ионов (Х), мг-экв/л вычисляют по формуле:

mмасса осадка сульфата бария, г;

К — коэффициент пересчета на 1 л ;

0,412 — фактор пересчета сульфата бария на сульфат-ион;

0,048 — коэффициент пересчета весовой единицы мг-экв/л.

II.11 Определение крупнозернистых включений Метод основан на количественном определении распределении зерен по крупности рассевом на ситах с последующей оценкой их вещественного состава. Для проведения испытания отбирают навеску массой 1 кг. Приготовленную навеску помещают в емкость для замачивания и заливают водой, в объеме в 3−4 раза превышающем объем глины. Полученную суспензию перемешивают и оставляют на 1 ч. Затем суспензию перемешивают и пропускают через сито № 0,5. Сито с остатком помещают под струю воды. Остаток промывают до тех пор, пока вода, прошедшая через сетку не станет прозрачной. Остаток на сите с сеткой № 0,5 смывают из промывалки в чистую, предварительно высушенную до постоянной массы и взвешенную чашку, сушат до постоянной массы в сушильном шкафу, охлаждают и взвешивают. Остаток на сите № 0,5 массой более 5% от навески просеивают через набор сит с сетками № 1, 2, 3 и 5 и остатки на каждом сите взвешивают.

Массовую долю крупнозернистых включений (Х) на каждом сите в процентах вычисляют по формуле:

m — масса исходной навески, г

m₁ — масса чашки, г

m₂ — масса чашки с сухим остатком, г

II.12 Статистическая обработка результатов Воспроизводимость результатов химического анализа определяли с помощью стандартного отклонения S и относительного стандартного отклонения s_r:

,

где Х_i — значение результата,

— среднее значение результатов,

n — число измерений.

Для расчета доверительного интервала ДХ, в который при имеющейся выборке в п результатов с заданной вероятностью Р попадает результат химического анализа, применяли тест Стьюдента:

где t (P, f) — коэффициент Стьюдента (P=0,95, f=n-1). [13]

Значение вероятности брали равное P=0,95, т.к. эту величину наиболее часто используют в аналитической химии, из таблиц нашли значение коэффициента Стьюдента равное f=2,31.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ Целью индивидуального задания производственной химико-технологической практики было проверка качества глины в соответствии с требованиями предъявляемыми к глине для производства керамической плитки. Глина должна удовлетворять следующим требованиям: быть среднеили умереннопластичной с низким содержанием крупных и средних включений железистых минералов, гипса и органических остатков, с низким или средним содержанием свободного кремнезема и водорастворимых солей.

В результате проделанной работы были получены результаты, представленные в таблицах.

Таблица 3. Результату определения крупнозернистых включений

Согласно ГОСТ 9169–75 глина № 1 и глина № 2 классифицируются как глины с низким содержанием крупных и средних включений. Полученные данные согласуются с требованиями, предъявляемыми к глинам для производства керамической плитки.

Таблица 4. Результаты определения химического состава глины.

Согласно ГОСТ 9169–75 глина № 1 и глина № 2 классифицируются как глины с низким содержанием водорастворимых солей и высоким содержанием свободного кремнезема. Содержание водорастворимых солей удовлетворяет требованиям, предъявляемым к глинам для производства керамической плитки. Содержание кремния выше, чем указано в требованиях. Но данным превышением можно пренебречь, если правильно подобрать температурный режим обработки плитки.

Таблица 5. Результаты определения пластичности и остатка на сите № 0063

Согласно ГОСТ 9169–75 глина № 1 и глина № 2 классифицируются как глины средней пластичности. Полученный результат хорошо согласуется с требованиями, предъявляемыми к глинам для производства керамической плитки.

Таблица 6. Результаты определения тонкодисперсных фракций

Согласно ГОСТ 9169–75 глина № 1 и глина № 2 классифицируются как низкодисперсные. Глина с такими характеристиками подходит для производства керамической плитки.

IV.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе производственной химико-технологической практики был изучен технологический процесс производства керамической плитки для полов, произведен химический анализ сырья (глины), определена пластичность, крупнозернистые включения и тонкодисперсные фракции.

По результатам проделанного анализа сырья можно сделать заключение о том, что глина № 1 и глина № 2 практически полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к глинам для изготовления керамической плитки для полов (Гост 9169−75).

Однако стоит обратить внимание на то, что содержание свободного кремнезема в анализируемых пробах выше, чем заявлено в требованиях к глинам для изготовления керамической плитки. Данные образцы глины можно использовать для производства плитки, скорректировав температурный режим обжига и охлаждения плитки.

V. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Химическая технология керамики. Учеб. для вузов [Текст] / Под ред. И. Я. Гузмана. — М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2003. — 497 с., ил.

2. Уоррел, У. Глины и керамическое сырье. Учеб. для вузов [Текст] / Под ред. В. П. Петрова. — М.: «Мир», 1978. — 240 с.

3. Общая технология силикатов. Учеб. для вузов [Текст] / Под ред. А. А. Пащенко. — Киев: Высш. шк., 1983. — 408 с.

4. Анализ минерального сырья. [Текст] / Под ред. Ю. Н. Книпович, Ю. Н. Морачевский. — Л.: Госхимиздат, 1959. — 1055 с.

5. ГОСТ 21 216.1−93. Сырье глинистое. Метод определения пластичности.

6. ГОСТ 21 216.3−93. Сырье глинистое. Метод определения свободного диоксида кремния.

7. ГОСТ 21 216.6−93. Сырье глинистое. Метод определения кальция и магния в водной вытяжке.

8. ГОСТ 21 216.2−93. Сырье глинистое. Метод определения тонкодисперсных фракций.

9. ГОСТ 21 216.7 -93. Сырье глинистое. Метод определения хлор-ионов в водной вытяжке.

10.ГОСТ 21 216.8−93. Сырье глинистое. Метод определения сульфат-ионов в водной вытяжке.

11. Золотов, Ю. А. Основы аналитической химии. Учеб. для вузов [Текст] / Под ред. Ю. А. Золотова. — М.: Высш. шк., 2004. — 503 с. — ISBN 5−06−004−732−6.