СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ В СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ Российский патент 2010 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к области производства теплоизоляционных пеностеклокристаллических материалов и других пористых заполнителей для строительных работ и может быть использовано для определения содержания кристаллической фазы в стеклокристаллических материалах.

Стеклокристаллический материал получают путем термообработки шихты соответствующего состава, компонентами которой являются природные или техногенные сырьевые материалы, например такие, как кремнеземсодержащие - кварцевый песок, маршаллит, диатомит, опока, промышленные отходы - золы и шлаки ТЭС. Стеклокристаллический материал представляет собой промежуточный продукт, на основе которого можно получать различные пеностекольные материалы, плотность и прочность которых зависит от наличия остаточной кристаллической фазы. Определение содержания кристаллической, а соответственно, и аморфной фаз является важным в технологии получения пеностекольных материалов.

Известен способ определения стеклофазы в золе (RU 2052818, МПК G01N 33/38, 1996), состоящий в том, что навеску золы обрабатывают раствором красителя, измеряют по поглощению красителя удельную поверхность золы. Содержание стеклофазы в золе определяют по предварительно установленной зависимости между стеклофазой и удельной поверхностью золы.

Недостатком способа является трудоемкость, сложность специальной подготовки образца и недостаточная точность результатов, т.к. измерение удельной поверхности золы по поглощению ею органического красителя является недостаточно точным. Кроме того, данный способ не применим для стеклокристаллических материалов вследствие ограниченной способности красителя адсорбироваться на поверхности стеклофазы. Погрешность способа увеличивается с ростом стеклофазы в стеклокристаллическом материале.

Известен способ определения количества стеклофазы (прототип) в пористых заполнителях неорганических (ГОСТ 9758-86. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний). В основу этого способа положен процесс травления приготовленной пробы 2%-ным раствором фтористо-водородной кислоты с выдержкой в течение 4 ч при температуре 50°С при периодическом перемешивании с последующим добавлением 2%-ного раствора серной кислоты. После непродолжительного перемешивания осадок раствора отфильтровывают через плотный фильтр «синяя лента» на воронке. Осадок па фильтре многократно промывают малыми порциями дистиллированной воды до нейтральной реакции (по универсальному индикатору), после чего помещают вместе с фильтром в фарфоровый тигель и прокаливают в печи при температуре 600°С до постоянной массы.

Основной недостаток способа - длительность и трудоемкость, хотя способ и обеспечивает необходимую точность результатов.

Задача изобретения - ускорение и упрощение процесса определения содержания кристаллической фазы в стеклокристаллическом материале при сохранении его точности.

Поставленная задача достигается тем, что анализируемую пробу с 10% раствором фтористо-водородной кислоты обрабатывают в ультразвуковой ванне лабораторного типа с водой, подогретой до 50°С, в течение 5 мин с последующим добавлением 2%-ного раствора серной кислоты и обработкой ультразвуком еще 5 мин.

Известно, что использование ультразвука интенсифицирует процесс растворения стекла (Н.И.Чуркина, В.В.Метюшкин, А.П.Сивко. Основы технологии электрических источников света. Саранск: Мордовское кн. из-во, 2003, 344 с.). Влияние ультразвуковых колебаний на эффективность растворения обусловлено двумя причинами:

1. Под действием ультразвуковых колебаний в микрообъемах жидкости возникают нарушения «сплошности» среды с образованием кавитационных пузырьков, которые захлопываются под действием молекулярных сил, создавая сильные гидродинамические удары, эквивалентные действию давлений в несколько десятков тысяч ньютон на сантиметр. При таком механическом воздействии постепенно разрыхляется поверхностный слой.

2. Кавитация сопровождается проявлением электрических явлений, приводящих к тому, что нейтральная жидкость - вода, превращается в химически активную среду. Наблюдается возникновение местных электрических зарядов, приводящих к тому, что стенки пузырьков заряжаются отрицательно, а капельки в них - положительно. При разрядах в пузырьках происходит диссоциация воды, сопровождающаяся рядом цепных реакций. В итоге этих реакций образуются радикалы воды ОН, перекись Н₂O₂. Таким образом, при «облучении» ультразвуком обычная вода оказывает окислительное действие.

При использовании в качестве травильного раствора 10%-ной фтористо-водородной кислоты происходит образование нерастворимых солей Na₂SiF₆, CaF₂, (SiF6)^2-, для перевода которых в растворимые соединения добавляют раствор серной кислоты.

Таким образом, для определения количества кристаллической фазы рекомендуется использовать 10%-ный раствор фтористо-водородной кислоты и 2%-ный раствор серной кислоты.

Для проведения анализа отбирают среднюю пробу материала в воздушно-сухом состоянии массой 100 г и измельчают в фарфоровой ступке до полного прохождения через сито с отверстиями 0,09 мм. От приготовленной пробы отбирают навеску массой 0,3 г, помещают в полиэтиленовый стакан вместимостью 500 мл, заливают 60 мл 10% раствора фтористо-водородной кислоты и обрабатывают в ультразвуковой ванне лабораторного типа (например, УЗУ-0,25) с водой, подогретой до 50°С, в течение 5 мин с последующим добавлением 2%-ного раствора серной кислоты и обработкой ультразвуком еще 5 мин.

Фильтрация полученного раствора проводится под вакуумом с помощью водоструйного насоса. При фильтровании под вакуумом воронку с помощью резиновой пробки присоединяют к колбе для фильтрования под вакуумом, соединенной с насосом, создающим разрежение. Беззольный бумажный фильтр смачивают растворителем и помещают в воронку так, чтобы фильтр плотно прилегал к стенкам воронки.

Отфильтровывают осадок через плотный фильтр «синяя лента» на воронке. Осадок на фильтре многократно промывают малыми порциями дистиллированной воды до нейтральной реакции (по универсальному индикатору), после чего помещают вместе с фильтром в фарфоровый тигель и прокаливают в печи при температуре 600°С до постоянной массы.

Содержание кристаллической фазы в навеске пробы (Ск) в процентах вычисляют по формуле

Ск=(А/В)·100,

где А - масса осадка после прокаливания, г;

В - масса навески пробы, г.

Содержание кристаллической фазы в стеклокристаллическом материале вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений. Если расхождение между результатами двух параллельных определений превышает 1,5%, то анализ повторяют. Содержание фазы в этом случае вычисляют как среднее арифметическое значение результатов трех параллельных определений.

Оценка достоверности предложенного способа, проведенная на специально приготовленных эталонных смесях с известным количеством кристаллической фазы, поясняется таблицей. Полученные результаты определения кристаллической фазы показали, что погрешность измерений не превышает 1,5%, как и в случае ГОСТа 9758-86.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ В СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ №состава Содержание кристаллической фазы, мас.%   в пробе эталона результат измерений 1 5 5,5 2 10 11 3 20 21,5

Использование: для определения кристаллической фазы в стеклокристаллических материалах. Сущность заключается в том, что осуществляют обработку пробы растворами фтористо-водородной и серной кислот с последующим фильтрованием и прокаливанием осадка, при этом анализируемую пробу с 10% раствором фтористо-водородной кислоты обрабатывают в ультразвуковой ванне лабораторного типа с водой, подогретой до 50°С, в течение 5 мин с последующим добавлением 2%-ного раствора серной кислоты и обработкой ультразвуком еще 5 мин. Технический результат: ускорение и упрощение процесса определения содержания кристаллической фазы в стеклокристаллическом материале при сохранении его точности. 1 табл.

Способ определения кристаллической фазы в стеклокристаллическом материале, включающий обработку пробы растворами фтористо-водородной и серной кислот с последующим фильтрованием и прокаливанием осадка, отличающийся тем, что анализируемую пробу с 10%-ным раствором фтористо-водородной кислоты обрабатывают в ультразвуковой ванне лабораторного типа с водой, подогретой до 50°С, в течение 5 мин с последующим добавлением 2%-ного раствора серной кислоты и обработкой ультразвуком еще 5 мин.