Өзін- өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. 
   Анализге сынама алу;
   
2. 
   Сынаманы ыдырату және оны ерітіндіге өткізу
   

Елімізде бай кен қорларының көп болғандығынан минералды шикізаттарға анализ жұмыстарын жүргізу Қазақстанның химиктері үшін маңызды мәселе. Минералды шикізаттарға анализ негіздерін геологтар, металлург-химиктер, бейорганикалық заттар мен материалдардың технологтары, химик-аналитиктер білу қажет.

Күрделі материалдарға химиялық анализ жүргізгенде көп жағдайда келесі сатылардан тұратын әдістерді қолданады.

Анализге сынама алу.

Сынаманы ыдырату және оны ерітіндіге өткізу.

Химиялық реакциялар жүргізу. Сынаманың белгілі компонентіне А реагентпен R әсер етіп, нәтижесінде реакция өнімі В түзіледі : А+ R→В. Бұл анализдің маңызды сатысы және негізгі көп көңіл оның дұрыс орындалуына бөлініуі қажет.

Анықталатын заттың өзінің не реагенттің, реакция өнімінің қандай да бір физикалық параметрлерін өлшеу. Осы өлшеулер негізінде анализденетін қоспадағы анықталатын компоненттің сандық мөлшері туралы талқылайды.

Сынамаларды анализге дайындау.

Анализге түсетін заттың сынамасын дұрыс алу керек. Алғашқы анализге түсетін заттың физикалық күйі (ірілігі, ылғалдығы, пайдалы не зиянды компоненттердің мөлшері біркелкі болмауы және т.б.) сынаманы алдын ала дайындап алмай бірден анықтауға жағдай жасамайды, сондықтан оларды алдымен дайындайды: ұсатады, массасын анықталатын заттардың мөлшеріне сәйкес келетіндей етіп, азайтады. Сонымен соңғы сынама 20-30 г болу керек, кесектігі 0,1 мм-дей

Сынама алуды 2 жағдайда жүргізеді: 1) минералдың формуласын анықтау үшін; 2) кен орнының құрамын анықтау кезіндегі орташа сынаманы алу.

Орташа сынама алу-алғашқы сынаманы ұсақтау, араластыру, қысқарту арқылы жүреді.

Егер кен темір жолмен келсе, алғашқы орташа сынаманы былай алады: вагонның әр жерінен (кем дегенде 6 орыннан) аздап бөлшекті сынамалар алынады. Бөлшекті сынамалар салмағын Ричардс формуласымен (қысқарту формуласы) анықтайды: q=kd^α , мұндағы q – сынама салмағы, кг; к-пропорционалдық коэффициенті; d – бөлшек диаметрі, мм; α – бөлшек мөлшерінің шамасының дәреже көрсеткіші. k=0,25 (кедей жыныстар үшін); 2,2 – дейін (бай жыныстар үшін) өзгереді. α –1,5-2,7 (осы формула бойынша кестеден алынады, 1 мәні алынады).

1. Сынаманы алдын ала аздап кептіру (подсушка)

Пайдалы қазбалардың алғашқы сынамаларында әр уақытта су болады. Кей жағдайда ылғалдылығы көп болғандықтан сынаманы бөлу қиындайды: құралдар тесіктері бітеліп қалады (баттасып), сондықтан сынаманы аздап кептіру қажет.

Көп (үлкен) сынамаларды бөлу үшін алдымен ауада кептіреді, бетоннан, металдан, ағаштан жасалған орында қалындығы 1-2 үлкен кесектердей етіп жайып қояды да, мезгіл- мезгіл араластырып отырады. Кептіру уақыты сынаманың ылғалдылығына, қоршаған орта температурасына, сынама жайылған орынның ауа алмасу жағдайына да байланысты. Сынаманы кептіру жазғы уақытта тез жүреді. Сынаманы кептіру 100 ⁰-тан жоғары болмай керек, себебі кристаллизациаланған су не сульфидты кендерден күкірт ұшып кетпеуі мүмкін.

0,5 кг кесектігі көмірдің зертханалық сынамасы кептіргіш шкафтарда 3 сағаттай, қоңыр көмір 5 сағаттай 50+-5⁰ температурада 4 рет араластыру арқылы кептіріледі (МЕСТ 6379-52).

2. Сынаманы ұсақтау және ұсату

Бұл операцияларды сынамадан (проба) анализге қажет үлгі алуға (навеска) дейін қысқарту үшін жасайды.

Кесек 25 мм-дей болатын етіп ұсату үшін көбінесе қолдың көмегімен болат плиткалар үстінде жүргізеді. 0,1 мм кесек жасау үшін фарфор не агат ступкаларда (келі) майдалайды да, елеуіштен өткізеді.

3.Сынаманы араластыру.

Сынаманы араластыру әдістері: перелопачивание (күректеу); сақина және конус әдісі, перекатывание (аунату) және механикалық араластыру.

Араластырып болған соң сынамаларды қысқартуға көшеді. Сынамаларды қысқарту келесі тәсілдермен жүргізіледі:1) бөлшектеу (кварттау); 2) квадраттау; 3) тасымалданатын қысқартқыштар көмегімен; 4) механикалық қысқартқыштар көмегімен.

Кварттау.

қалдық

Бұл әдіс бойынша қате 8-10 % арасында. Одан

кейін сынаманы келіде, шар тәрізді диірменде

ұсақтап, 1 см² 500 саңылауы бар елеуіш көмегімен

сынама

қалдық
елейді. 1 кг, 1 мм алынған сынаманы ыспаланған

тығынды 3 шыны ыдысқа бөледі. Шыны сауыттың

біреуін кен өндіретін зауыттың аналитикалық зертханасына, екіншісін техникалық бақылау бөлімінің тұтынушысына жібереді. Соңғы сынаманы препоратор зертханада дайындайды.

Квадраттау. Сынаманы жылтыр үлкен қағазға салып, жақсылап араластырады да жұқа қабатпен біркелкі тегістеп жаяды, сосын бірдей 20-25 квадраттарға бөледі (5*5 см), ұсақтығы 1 мм-дей, қалындағы ~ 1 см, сынаманы 25г жуықтап бөледі:

с	қ	с	қ	c
қ	с	қ	с	қ
с	қ	с	қ	с
қ	с	қ	с	қ

Сынамаларда әр уақытта өте ұсақтай беруге болмайды, мысалы, Fe²⁺ бар сынаманы өте ұсақтаса, ол Fe³⁺ өтіп кетеді,сондықтан Fe²⁺ бар сынаманы спирт астында ұсақтап, артынан спиртті ұшырады. Кристаллогидраттарды өте ұсатса, суы өзгеруі мүмкін.

Бұл әдісте сақина және конус әдісінің кварттауы сияқты, бірақ құрал қолданылады, әдіс қатесі 2-8 есе азырақ.

Кез келген анализге түскен сынаманың паспорты болады, оған мынадай мәліметтер жазылады: 1. сынама аты; 2.сынама алынған жер; 3.сынама алынған уақыты (күні, сағат).

Минералды ресурстар: кенді пайдалы қазбалар; кенді емес пайдалы қазбалар; жанармай қазбалары; су ресурстары болып бөлінеді.

Кенді пайдалы қазбалар: темір кендері, титан кендері, алюминий кендері, полиметалл кендері, түсті металдар кендері болады.

Кенді емес пайдалы қазбаларға силикатты материалдар мен карбонатты материалдар т.б. жатады.

Силикатты тау жыныстары мен материалдары оксидтер үйлесуіне және олардың мөлшеріне байланысты әр түрлі болады.

Силикатты материалдар негізінен мына компоненттерден тұрады: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃; CaO; MgO; Na₂O; K₂O; H₂O, сонымен бірге аз мөлшерді мына заттар болады: TiO₂; P₂O₅; MnO; Cr₂O₃; MnO; CO₂; SO₂ . Бұл оксидтер мөлшерінің қосылыстары 100 %-ке жуық болады.

1. 
   Жалпы мағлуматтар
   

Жүйелі химиялық анализді бір сынамадан орындайды, яғни біртіндеп кедергі келтіретін оксидтерді бөле отырып, бір сынамадан оны құрайтын оксидтерді анықтайды.

Бөлшекті химиялық анализді өз алдына бөлек сынамалардан жасайды, яғни әр оксидті анықтауға жеке сынама алады.

Қысқартылған химиялық анализ тапсырыс беруші сұрауы бойынша орындалады, көбінесе силикат материалдарында мына оксидтер SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃; CaO; MgO анықталады.

Толық химиялық анализ зерттелетін материал құрамына кіретін барлық оксидтерді анықтайды.

2. 
   Жалпы нұсқаулар
   

• 
  Сынаманы химиялық анализге дайындау: орташа сынама алудан; оны ұсақтаудан және мұқият (жебе) араластырудан тұрады;
  
• 
  Орташа сынаманы 2-3 рет квартау арқылы 10 г материалды мына кесте бойынша алады: (2-1) кг →(200-100)г →(20-25)г →10 г;
  
• 
  Орташа 10 г сынаманы ұлпа тәрізді етіп майдалап ұнтақтайды (саусақ арасында ұқалағанда тырнайтын кесектер болмауы қажет) немесе №006 елеуіш (қалбыр) арқылы толық өткенге дейін майдалайды (№006 (10000 тесік/см²)). Сынаманы ұсақтауды агат, ешма, корундтан жасалған келіде қолмен жүргізеді (фарфор келіде силикат жыныстарын ұсақтауға болмайды);
  
• 
  Сынаманы тек аналитикалық таразыда 0,0002 г дәлдікпен өлшейді;
  
• 
  Анализ жүргізгенде стандартты химиялық реактивтер тек «х.т.» «т.а.». Маркалы болу керек, фильтрлер «қызыл», «көк», «ақ» жолақты болулары керек, дистильденген суды қолданады;
  
• 
  Химиялық анализді әр уақытта зерттелетін материалдың 3-6 параллель сынамаларымен жүргізеді.
  
• 
  Анализ нәтижесі 0,01% дәлдікпен есептеледі;
  
• 
  Параллель анықтаулар арасындағы алшақтық МЕСТ Р 50418-92 бойынша реттеледі.
  

3. 
   Силикатты материалдарды химиялық анализін жүргізудің әдістемесі
   
   1. 
      Химиялық анализ орындалуының кестемесі
      

• 
  суда еритін (мысалы, еритін шынылар - Na₂O-n SiO₂, K₂O-n SiO₂ );
  
• 
  қышқылдарда еритін (мысалы, клингер, цементтер, нефелин);
  
• 
  қышқылдарда ерімейтін (мысалы, саздар, шикізаттар қоспасы және цемент өндірісі үшін шламдар, құмдар, силикатты шынылар, керамикалық материалдар);
  

2. 
   Силикатты материалдардың (қышқылдарда ерімейтін) химиялық жеделдетілген анализінің әдісі
   

1 күн – сынаманы дайындау; қақтаған кездегі массаның жоғалуын және гигроскопиялық ылғалдықты анықтау; сынаманы балқыту және сілтілендіру;

2 күн – кремний оксидін, бір жарым (жартылай) оксидтер қоспасын, темір оксидін анықтау;

3 күн – алюминий, кальций, магний оксидтерін анықтау.

Материалдың барлық партиясының мөлшерінің химиялық құрамына физикалық және химиялық қасиеттеріне толық жауап беретін материалдың аз мөлшерін орташа сынама деп атайды.

Орташа сынама дұрыс алынбаса, өндірісте ақау болады, себебі шикізат материалына дұрыс сипаттама берілмейді. Орташа сынама анализге керек мәнге дейін кварттау әдісімен қысқартады (азайтады).

Кварттау процесін былай жүргізеді: барлық алғашқы сынаманы бірқалыпты (біркелкі) араластырады да конус тәрізді үйінді (үйме) жасайды, сосын күрекпен не шпателмен төбесі кесілген конус сияқты етіп тегістейді. Сосын жоғары жағынан қайтадан 4 бірдей бөлікке бөледі. Екі қарама-қарсы бөлігін лақтырып тастап, қалған 2 бөлігінен қайтадан конус жасап, алдыңғы жасаған операцияны қайталады, яғни тегістеп, кесілген конус жасап, қайта кварттап, яғни төртке бөліп, 2 бөлігін лақтырады, 2 бөлігін қайтадан конусқа айналдырады... Бұл операцияны сынама массасы 10 г болғанға дейін қайталайды.

Алынған орташа сынаманы ұсақтап, мұқият араластырыап, қақпағын жақсы жабылатын бюксте не арнайы қағаз пакетте жұмыс аяқталғанша сақтайды.
3.2.1. Гигроскопиялық ылғaлдықты анықтау

Гигроскопиялық ылғалдықты бөлек көрсетеді, яғни оның мәні қорытынды анализ нәтижесіне кіргізілмейді. Анализ нәтижесінің қосындысын құрайтын барлық басқа бөлімдерінің мөлшері абсолютті құрғақ затқа қатысты мына формуламен есептейді:

М_о – зерттелетін материалдың ауада турған уақыттағы құрғақ массасы, г

W – гигроскопиялық ылғалдылықтың мөлшері; %

М – сынаманың абсолютті құрғақ массасы, г.

Анализді жүргізу:

1-2г ауада тұрған уақыттағы құрғақ сынаманы бюкске салып, кептіргіш шкафқа қойып (бюкс қақпағын аздап ашып қояды) 1-3 сағат тұрақты массаға дейін 105-110⁰С температурада кептіреді. Эксикаторда суытқан соң, аналитикалық таразыда өлшейді. Гигроскопиялық ылғалдылықтың мөлшерін мына формуламен есептейді:

W = 100• (M₀-M)/М₀,% , мундағы М₀ – сынаманың кептіргенге дейінгі

массасы, г; М-сынаманың кептіргеннен соң массасы, г.

Балқытылған кезде жоғалатын масса (∆^m балқ.) деген – 1000⁰С температураға дейін сынаманы қыздырғанда жоғалатын зат мөлшері.

Қақтаған кезде шикізат материалдарындағы көптеген заттардың ыдырауы әсерінен газ тәріздес заттар бөлінеді: органикалық заттардың тотығуы, сульфидтердің сульфаттарға дейін тотығуы, гигроскопиялық және химиялық байланысқан судың жоғалуы, сульфаттар күкірт (VІ) оксидін бөліп айрылады, аздап сублимация жүреді, яғни хлоридтердің возгонкасы жүреді.

Қақтаған кезде алдымен химиялық байланысқан су ұшады, гидросиликаттар мен карбонаттар мына теңдеулер бойынша айрылады:

Al₂O₃ •2SiO₂ •2H₂O→ ^400-6000C Al₂O₃ •2SiO₂+ 2H₂O↑

CaCO₃ → ^950-1000C CaO + CO₂ ↑

Сосын сульфаттар айрылады: CaSO₄ → ^1200C CaO + SO₃ ↑

Сульфидтердің сульфаттарға және пириттің сульфаттарға тотығуы да SO₃-тің ұшуынан байланысты сынама массасының азаюына әкеледі.

Темір (II) оксидінің темір (III) оксидіне (FeO → Fe₂O₃) тотығуы сынама массасының көбеюіне әкеледі.

Анализді жүргізу:

Қақтаған кезде сынама массасының азаюын анықтау үшін, оның 0,5-1г массасын платина немесе фарфор тигеліне салып суық муфель пешке қояды, температураны біртіндеп көтеріп 1000⁰С температурада 40 минут қақтайды. Эксикаторда суытып, өлшеп, қайтадан 20-30 мин. 1000⁰С-та қақтайды,тұрақты масса алғанға дейін

мұндағы М₀- қақтағанға дейінгі сынама массасы, г

М- қақтағаннан соңғы сынама массасы, г.

Ескерту: егер сынамада карбонаттардың (CaCO₃) бар екені белгілі болса,

сынаманы 950⁰С температурадан төмен температурада қақтауға болмайды, ал егер карбонаттар болмаса – 900⁰С-тан төмен температурада қақтауға болмайды;

сынаманы қақтағанда 900⁰ не 950⁰С температураға жеткен соң ғана уақытты есепке алу керек.

Қышқылдарда ерімейтін силикаттарды қышқылдарда еритін силикаттарға айналдыру үшін оларды күшті негіздермен қақтау арқылы байытады (қанықтырады, яғни сілтілердің артық мөлшерін алады).

Силикаттар анализ практикасында балқыту үшін әдетте соды Na₂CO₃, поташ K₂CO₃ немесе олардың қоспасын (Na₂CO₃ •K₂CO₃) молекулалық қатынастары (1:2) етіп алады.

Содының артық мөлшері сілтілегенде NaCl қосылысына айналды, бірақ оның артық мөлшері SiO₂ оксидінің тұнбаға түсуіне кедергі жасайды.

Алынған алғашқы материалдар қасиеттеріне байланысты балқытылған кезде жүретін процестер әртүрлі болады, бірақ қай жағдай болса да, сілтілік металдар силикаттары және алюминаттары түзіледі.

Мысалы, саз ыдырағанда:

Al₂O₃ •2SiO₂•2H₂O+3Na₂CO₃=2Na₂O•SiO₂+Na₂O•Al₂O₃+3CO₂↑+2H₂O ↑

Дала шпатының ыдырауы:

K₂O•Al₂O₃•6SiO₂+7Na₂CO₃=K₂CO₃+Na₂O• Al₂O₃+6Na₂O•SiO₂+6CO₂ ↑.

Анализді жүргізу:

Платина тигелінде не калькада қақтайтын сынаманы 0,5-1,0г өлшеп алып, оған 4-6г сусыз соды не поташ, не олардың қоспасын қосады. Содының біраз бөлігін тигель түбіне салып, сынама үлгісін қосады да, қалған соды бөлігін үстіне салып, платина сыммен араластырады, жақсылап араластырған соң қалған содыны үстіне салып, 500⁰С қыздырылған муфель пешке қойып, пешті 800-900⁰С-қа дейін қыздырып, 40-60 минуттай қақтайды.

Егер поташ пен соды қоспасымен сынаманы қақтаса, муфель пешті алдын ала 600-700⁰С-ға дейін қыздырып алу керек. Сынаманы қақтаған кезде соды не поташ ыдырауы әсерінен СО₂ бөлінеді, сондықтан балқыма шашырамауы тиіс. СО₂ бөлінуі тоқтаған соң, қақтауды тағы да 10 минуттай жүргізеді. Тигельді балқымамен қышқыш көмегімен алып, балқыманы бір қалыпты болатындай етіп тигельдің ішкі қабатына жайады да, тез суық суға салады, су тигель ішіне кіріп кетпеуі керек. Суық судағы тигель тез суыйды, балқыған масса сынады, қатады және тигель қабырғасынан бөлінеді ары қарай SiO₂-ні қалай анықтауға байланысты, балқыманы ерітеді.

Кремний оксидінің мөлшерін анықтау

Химиялық анализдің практикасыңда көп тараған екі жедел әдістер бар.

Сынаманы сусыз содымен балқытуға және ары қарай кремний қышқылын концентрлі желатина ерітіндісімен тұнбаға түсіруге негізделген.

Балқыманы (I) ерітіндіге айналдыру үшін оған 20-25мл концентрлі тұз қышқылын құяды, реакция былай жүреді: Na₂O•SiO₂ + 2HCl =H₂SiO₃ ↓ +2NaCl ақ түсті.

Кремний қышқылын бірден фильтрлеу мүмкін емес, себебі ол бір уақытта үш түрлі жағдайда болады: золь-гель-аморфты тұнба. Сондықтан кремний қышқылын бөліп алу үшін зольді гельге айналдырып, сосын аморфты тұнбаға айналдырады, себебі бұл тұнба тез фильтрленеді.

Кремний қышқылы золінің формуласы- n • H₂SiO₃, гель формуласы m• H₂SiO₃, мундағы n »m. Зольдің гельден айырмашылығы: зольдің сыртында су қабаты (гидрофильді) көп, сондықтан сыртқы қабаттағы суды жоғалту үшін тұз қышқылында еріген балқыманы (I) ылғалды тұзға дейін қыздырады (упаривают), сол кезде ерітіндіден жартылай азеотроп- HCl•H₂O ұшады (мұнда HCl дигидратирлейтің агент ролін атқарады, тұз қышқылынсыз золь сыртындағы су қабатының ұшуы қиындайды).

Кремний қышқылының бөлшектері теріс зарядталған, сондықтан олардың коагуляциясы (жабысуы) жүрмейді, сондықтан кремний қышқылының бөлшектерін ірілендіру үшін 1% желатиннің жанадан жасалған ерітіндісімен коагуляция тәсілін қолданады. Желатиннің қышқыл ортадағы бөлшектері оң зарядталған. Кремний қышқылының бөлшектері (теріс зарядты) және желатинге бөлшектері (оң зарядты) әрекеттескенде өзара бір-біріннің зарядтарын жояды да, іріленеді.

Реактивтер мен ерітінділер:

1.тұз қышқылы концентрлі;

2.су мен тұз қышқылының қатынасы 5:95;

3.жанадан жасалған 1% желатин ерітіндісі (70⁰С температураға дейін қыздырылған 100 мл суда 1г желатин ерітіледі);

4. 1% - күміс нитратының ерітіндісі.

Анализді жүргізу:

Тигельдегі балқыманы 200 мл көлемдей стақанға ауыстырады. Тигельді алдымен мұқият тұз қышқылымен жуып (шайқап ерітінділерді стақанға құйып отырады), сосын ыстық сумен тигельдің ішкі жағын жақсылап жуып, стақанға құяды. Стақанды шынымен жауып, сақтықпен 10-20 мл концентрлі тұз қышқылын құяды. Стақанды құмды мөншаға қойып, ылғалды тұз түзілгенге дейін буландырады, 10 мл 1% - желатин ерітіндісін құйып, су моншасына қойып, 5 минуттай шайқайды. 10 минуттай қойып қояды, „ақ” немесе ”көк„ таспалы фильтр қағазы арқылы 250 мл-лік өлшегіш колбаға фильтрлейді – алынған фильтратты Ф1 деп белгілеп қояды. Фильтрден тұнбаны 5:95 қатысындағы тұз қышқылымен тұнба түссізденгенге дейін жуады, сол кезде тұнбадағы адсорбцияланған Fe³⁺-ионы жуылады, сосын ыстық сумен хлор-ионы жуылып біткенше жуылады (оны AgNO₃ ерітіндісімен тексереді). Кремний қышқылы тұнбасы бар фильтрді платинадан жасалған тигельге салады да сақтықпен кептіреді, құм моншасыңда күлге айналдырады, фильтр жанбауы керек. Сосын тұнбаны 1000⁰С температурада 1 сағаттай қақтайды, суытып, өлшейді. Тұрақты масса алғанға дейін 10 минуттан бірнеше рет қақтайды. Егер тұнба жақсы жуылған болса, қақталған тұнба қар сияқты ақ болады, тұнба борпылдақ (рыхлый), сусымалы (сыпучим);

Егер тұнба дұрыс жуылмаса, тұнба сұр түсті, қақтаған кезде қатып қалады.

Кремний оксидінің мөлшерін мына формуламен есептейді:

m(SiO₂)=M₁-M/М₀ •100,%, мұндағы М₁- тұнбасымен тигель массасы, г;

М – бос тигель массасы, г; М₀ – алғашқы сынама массасы, г.

Кремний қышқылының тұнбасын бөліп алғаннан соңғы фильтратты (Ф1) суық дистильденген сумен өлшегіш колбаның белгісіне дейін жеткізеді; мұқият араластырып, тығынмен жауып, жұмыс алғына дейін сақтайды.