Ускоренный анализ силикатных горных пород

и минералов с применением комплексометрии.

Определение двуокиси кремния SiO2.

 

            Для анализа пород навеску берут 0,5г, для минералов – 0,3г. Минералы предварительно тщательно растирают в агатовой ступке. Навеску тонко растёртой пробы 0,3-0,5 г помещают в большие фарфоровые тигли, в др. малые фарфоровые тигли – навеску соды, сплавляют в платиновом тигле с 6-8 кратным количеством растертой безводной соды (для навески 0,3 г берут 2 г соды, для пород – 3 г соды) + 1-2 кристаллика KNO3 (для шпинелей).

            Перед сплавлением соду с навеской смешивают следующим образом: сначала на дно платинового тигля насыпают немного соды (делают “подушечку”), потом в навеску пробы, в фарфоровый тигель насыпают столько соды, чтобы проба тщательно перемешалась, перемешивают шпателем и осторожно пересыпают перемешанную пробу в платиновый тигель, фарфоровый тигель “обмывают” содой, и остатки осторожно сметают кисточкой. Сверху пробу засыпают тонким слоем оставшейся соды. Подготовленные таким образом пробы в платиновых тиглях закрывают платиновыми крышками и ставят в нагретый муфель (температура в муфеле должна быть не очень высокой, примерно 7000С, чтобы пробы сразу не разбрызгивались). Пробы сплавляют при 9000С в течение 45 минут.

            Плав из тигля после охлаждения выщелачивают в широкий стакан (~350мл), заливают его горячей – почти кипящей – водой, чтобы тигель был закрыт водой (около 50мл надо прилить) и в стакан добавляют 25мл конц. соляной кислоты HCl. Стакан надо обязательно закрывать часовым стеклом, дабы не было разбрызгивания раствора. Для холостой пробы берётся 3г соды, насыпается в стакан, заливается горячей водой (50мл), добавляется 25мл конц. соляной кислоты HCl и ставится на плиту со всеми стаканами.

Выщелачивание происходит у разных проб по–разному. Плавы некоторых проб вылетают из тигля очень быстро, в течение 10-20 минут, а некоторые в течение нескольких часов. Для ускорения выщелачивания стаканы вместе с тиглями можно немного подогреть, помешивая тигли (только осторожно) стеклянной палочкой. Лучше оставить до следующего дня.

Тигель достают из стакана палочкой. Тщательно обмывают его горячей водой, остатки плава в тигле оттирают стеклянной палочкой с резиновым наконечником, чтобы не поцарапать платины; не следует намывать большое количество раствора, поскольку затягивается процесс выпаривания. Лучший объём – 150-200 мл.

Стаканы с раствором упаривают сначала на закрытой плитке без часового стекла до ~100мл, затем на водяной бане до влажных солей, потом приливают по 7мл конц. соляной кислоты HCl и тщательно разминают и перемешивают комочки сухих солей стеклянной палочкой с пестиком на конце, осторожно соскребая соли со стенок стакана на дно. Стаканы закрывают часовыми стёклами и оставляют постоять на час, потом прибавляют по 10мл свежеприготовленного раствора желатина (1%), тщательно перемешивают палочкой, опять оставляют на 20-30 минут постоять (для более полного выпадения осадка кремниевой кислоты). Для приготовления 1% раствора желатина 1 г желатина растворяют в 100 мл горячей дистил. воды. Для полного растворения желатина в воде раствор можно подогреть,  постоянно помешивая стеклянной палочкой.

В стаканы приливают по 50 мл горячей воды, перемешивают (для растворения солей), дают полностью остыть и фильтруют осадок кремниевой кислоты через фильтр “белая лента” (“жёлтая лента”) в длинный стакан на 400мл, используя маленькие воронки. Осадки промывают 8-10 раз горячей соляной кислотой HCl (3:100), а потом 2-3 раза горячей дистил. водой. При недостаточном промывании в осадке кремниевой кислоты могут остаться соли железа, титана, а при избытке – вымывается осадок кремниевой кислоты и результат может быть занижен.

Фильтр с осадком помещают в платиновый тигель. Тигли ставят в холодный муфель, осторожно озоляют и прокаливают осадок в муфеле при 10000С в течение полутора – двух часов. Тигли с осадками охлаждают в эксикаторе 30 – 40 минут и взвешивают.

Осадок в тигле смачивают несколькими каплями дистиллированной воды, приливают по 1мл H2SO4 (1:1) и до 1/3 тигля – плавиковой кислоты HF. Тигли нагревают на плитке до удаления паров серного ангидрида (если остался осадок, то добавить ещё несколько мл плавиковой кислоты и нагревать на плитке до удаления паров серного ангидрида) и ставят в нагретый муфель. Прокаливают в муфеле при температуре 900-10000С в течение 20-30 минут, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Содержание SiO2 находят по формуле:

 

SiO2% =,

 

где а – разность весов до отгонки и после отгонки (г),

      100 – проценты,

      нав. – навеска пробы (г).

 

Далее к остатку в тигле добавляют примерно (кончик шпателя) 0,5 г соды и доплавляют без крышки на горелке или в муфеле 2-3 минуты. В муфель ставят по 4-5 штук, чтобы сода не переплавилась. После тигли ставят на часовые стёкла, которыми закрыты стаканы. Плав выщелачивают водой и соляной кислотой HCl (1:1), приливают в тигли по 4-5 мл, промывные воды присоединяют к фильтрату от кремниевой кислоты.

К фильтрату прибавляют несколько капель перекиси водорода Н2О2 (30%) – 4-5 капель. Перекись добавляют для окисления двухвалентного железа и одновременно визуально отмечают содержание TiO2 в пробе. Интенсивный жёлтый цвет говорит о высоком содержании титана в пробе. Избыток перекиси водорода разрушают кипячением в течение двух часов. Для более полного разрушения желатины и окисления железа почти перед концом кипячения добавляют по 3мл конц. азотной кислоты HNO3. Надо, чтобы растворы покипели с азотной кислотой хотя бы полчаса. Объём растворов после кипячения должен быть примерно около 150мл.

 

Отделение полуторных окислов от Са и Мg.

 

Охладив фильтрат после кипячения с перекисью, его нейтрализуют конц. аммиаком до появления лёгкой мути. Можно прилить 7-8 мл аммиака, а потом, по каплям, приливают аммиак (1:1), нейтрализуя каждый раствор до появления мути. Лёгкую муть растворяют в 1-2 каплях соляной кислоты (1:1), проверяют рН и приливают 15мл 25%-ного раствора уротропина. Растворы легче нейтрализовать, если в них содержится железа более 6-7%. Такие растворы перед появлением лёгкой мути приобретают цвет крепко заваренного чая, только аммиак нужно приливать по каплям и тщательно перемешивать палочкой. рН должен быть 2-3 (по универсальной индикаторной бумаге). Если в растворе мало железа (бесцветный раствор), то рН доводят до 5 и приливают 7,5 мл уротропина 25%. После приливания уротропина растворы нагревают до начала закипания (но не кипятить!, т.к. осадок становится более мелким и будет проходить сквозь поры фильтра) и для лучшей коагуляции осадка растворы с осадками оставляют на тёплой плитке ещё на 30-40 минут. Раствор холостого опыта нейтрализуют аммиаком по универсальной индикаторной бумаге до рН=2-3 или до побурения индикаторной бумаги “конго”.

Выпавший осадок гидроокисей отфильтровывают в мерные колбы на 250мл через фильтр  “красная лента”. Осадок промывают 8-10 раз тёплым 0,5%-ным раствором уротропина (20мл 25%-ного уротропина добавляют к 1л дистиллированной воды). Стаканы, в которых велось осаждение, тоже обмывают 3-4 раза таким же раствором. Воронки с осадками положить на стакан, в котором велось осаждение, осадок смывают с фильтра тёплой водой в стакан, а фильтр промывают 5-6 раз горячей соляной кислотой HCl (1:6) и обмывают 2 раза тёплой водой, поставив на подставки в стаканы. Затем в растворы добавляют по 10 мл конц.соляной кислоты HCl, закрывают часовым стеклом, предварительно вынув и обмыв ею стеклянные палочки.

Растворы в стаканах нагревают и кипятят около получаса (с крышками) для растворения осадка до ~150мл, потом охлаждают и переносят в мерные колбы на 250мл.

Уротропиновые фильтры доводят до метки в колбочках на 250 мл дистил. водой. Эти растворы служат для определения в них Ca, Mg, Mn.

Солянокислые растворы в колбочках на 250 мл тоже доводят до метки водой и перемешивают. В этих растворах определяют Fe2O3, Al2O3, TiO2, остаточную SiO2, берут из них аликвоты на определение Р2О5.

Для проб, содержащих медь, после отделения полуторных взять в стакан аликвоту V=100 мл (пипеткой), высадить медь Na2S (можно подогреть, но не до кипения). Добавлять сульфид, пока фильтрат не будет прозрачным. Отфильтровать. Если объём фильтрата больше 100мл, то упарить и перевести в мерную колбу на 100мл, довести до метки и уже оттуда брать аликвоты для определения Ca, Mg, Mn.