МEТОД  КОЛИЧЕСТВЕННОГО  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ДИОКСИДА  КРЕМНИЯ  В  ХРОМСОДЕРЖАЩИХ  РУДАХ  И  ХРОМОВЫХ  КОНЦЕНТРАТАХ

Манукян  Алла  Вагановна

соискатель  кафедры  неорганической  химии 

Ереванского  государственного  университета

E-mail:  alla-man@mail.ru

Известны  ряд  методов  количественного  определения  диоксида  кремния  в  хромсодержащих  рудах  и  хромовых  концентратах.

Широко  известным  методом  является  фотометрический  метод  определения  диоксида  кремния  в  хромсодержащих  рудах  и  хромовых  концентратах  [5].  Метод  основан  на  взаимодействии  кремниевой  кислоты  и  молибдата  аммония  с  образованием  окрашенной  в  желтый  цвет  кремнемолибденовой  гетерополикислоты,  которую  восстанав­ливают  аскорбиновой  кислотой  до  окрашенного  в  синий  цвет  кремнемолибденового  комплексного  соединения.

Следующим  наиболее  известным  методом  количественного  определения  диоксида  кремния  в  хромсодержащих  рудах  и  хромовых  концентратах,  является  метод  гравиметрического  определения.  Метод  заключается  в  разложении  навески  хромовой  руды  или  концентрата  в  азотной,  серной  и  хлорной  кислотах  или  сплавлении  навески  с  пероксидом  натрия,  выщелачивании  плава  водой  и  выделении  кремниевой  кислоты  в  осадок  выпариванием  раствора  с  серной  кислотой  до  появления  ее  паров  или  до  появления  серной  и  хлорной  кислот  при  разложении  навески  смесью  кислот.  Осадок  кремниевой  кислоты  прокалывают  и  обрабатывают  фтористоводородной  кислотой.  Массовую  долю  диоксида  кремния  находят  по  разности  в  массе  осадка  до  и  после  его  обработки  фтористоводородной  кислотой  [3].

Процентную  концентрацию  диоксида  кремния  также  определяют  гравиметрическим  методом,  после  удаления  хрома  в  виде  хлористого  хромила  [4].

Вышеупомянутые  методы  имеют  ряд  недостатков  —  трудоемкость,  необходимость  применения  множества  реактивов,  длительность  процесса,  а  при  множестве  анализов  пары  фтористоводородной  и  серной  кислоты  загрязняют  окружающую  среду.

Нами  предлагается  новый  метод  количественного  определения  диоксида  кремния  в  хромсодержащих  рудах  и  хромовых  концентратах,  позволяющий  одним  процессом  разложения  практически  100  %-й  переход  хрома  и  ряд  других  химических  элементов  (медь,  железо,  никель,  аллюминий,  кальций,  магний  и  т.  д.)  в  раствор  и  их  количественное  определение  на  атомно-абсорбционной  спектро­фотометре,  а  в  осадке  —  диоксид  кремния.

Аппаратура  и  реактивы

Микроволновая  печь,  печь  муфельная  с  терморегулятором,  обеспечивающая  температуру  нагрева  не  ниже  1100°C,  тигли  платиновые  и  фарфоровые,  применяемые  кислоты-  серная  (93,5—98  %)  и  перхлорная  (50—60  %).

В  качестве  образцов  хромовой  руды  и  хромового  концентрата,  взяты  образцы  из  Шоржинского  рудного  месторождения  (Армения)  [1],  химический  состав  которых  заранее  определен  известными  классическими  методами,  и  в  таблице  1  приведены  процентные  содержания  интересующих  нас  химических  элементов.

Таблица  1.

Процентное  содержание  некоторых  химических  элементов  Шоржинского  рудного  месторождения

Получение  результатов

Надо  учесть,  что  для  количественного  определения  диоксида  кремния  необходимо,  чтоб  в  конечном  продукте  (в  осадке)  практически  отсутствовал  хром.  Поэтому  первостепенная  задача  количественно  обеспечить  полный  переход  хрома  в  раствор.

Эксперименты  проводились  следующим  образом.  Навеску  хромовой  руды  (или  хромового  концентрата)  весом  0,1—0,5  г  помещали  в  специальные  фторопластовые  автоклавы  предусмотренные  для  микроволновой  печи,  добавляли  серную  и  перхлорную  кислоту,  объемное  соотношение  которых  приведено  в  таблице  2,  после  чего  герметично  закрывали  автоклавы  и  помещали  в  микроволновую  печь. 

Таблица  2.

Объёмное  соотношение  кислот

Для  каждого  соотношения  кислот  проведены  эксперименты,  изменяя  температуру  системы  (50—250⁰С),  мощность  микроволновой  печи  (300-800W)  и  время  процесса  (10—40  мин.).  Исследования  показали,  что  когда  мощность  микроволновой  печи  ниже  700  W,  то  в  заданном  времени  в  системе  не  можем  обеспечить  температуру  выше  150⁰С,  поэтому  все  опыты  были  проведены  при  мощности  700  W.  Полученные  данные  приведены  на  рис.  1и  2. 

Рисунок  1.  Процентное  содержание  хрома  в  зависимости  от  времени  процесса,  при  различных  объемных  соотношениях  серной  и  перхлорной  кислот,  которые  указаны  в  правом  столбце,  E=700  W,  P=7—8  атм,  T=  50⁰C

Рисунок  2.  Процентное  содержание  хрома  в  зависимости  от  времени  процесса  при  температуре  230⁰C,  а  остальные  условия  как  на  рис.  1

Эксперименты  показали,  что  с  повышением  температуры  до  230°C  процентное  содержание  хрома  в  растворе  увеличивается  (рис.  1  и  2).

Дальнейшие  эксперименты  были  проведены  при  условиях  (T=230⁰C,  t=40  мин,  E=700  W,  P=7—8  атм.)  и  имели  цель  снизить  расход  используемых  кислот. 

Таблица  3.

Объемное  соотношение  кислот

Из  данных  табл.  3  следует,  что  снижение  объема  кислот  до  2  мл,  обеспечивает  полное  разложение  проб,  следовательно,  объем  применяемых  кислот  уменьшается  примерно  на  60  %.

Таким  образом,  оптимальными  условиями  для  разложения  проб  являются  параметры  —  соотношение  объема  кислот  2:2,  T=230°C,  E=700  W,  Р=7—8  атм,  t=40  мин.

После  полного  разложения  пробы  автоклавы  открываются,  стенки  и  крышки  промываются  дистиллированной  водой,  и  кислотный  раствор  фильтруется  фильтровальной  бумагой  «белая  лента»  в  мерную  колбу,  объемом  250  мл.  Осадок  и  фильтровальную  бумагу  промывают  несколько  раз  теплой  дистиллированной  водой,  до  обесцвечивания  фильтровальной  бумаги  (когда  фильтруем  кислотный  раствор,  фильтр  окрашивается  в  оранжево-зеленый  цвет).  Раствор  дистиллированной  водой  доводят  до  метки,  хорошо  взбалтывают  и  атомно-абсорбционным  методом  определяют  процентную  концентрацию  хрома  и  ряда  других  химических  элементов  (медь,  никель,  железо,  аллюминий,  магний,  кальций  и  т.  д.).  Фильтровальную  бумагу  вместе  с  осадком  помещают  в  заранее  взвешенный  фарфоровый  тигель  и  прокалывают  в  муфельной  печи  при  температуре  1000—1100°С.  После  прокалывания  взвешивают  тигель  и  разностью  веса  (после  прокалывания  осадок  из  себя  должен  представить  только  чистый  диоксид  кремния)  определяют  процентное  содержание  диоксида  кремния  согласно  формуле:

m_1-m₂

%SiO₂  =                                                              100

n

где:    m₁  —  навеска  тигеля  с  осадком  после  прокалывания, 

m₂  —  навеска  пустого  тигеля, 

n  —  навеска  пробы.

Чтобы  убедиться,  что  после  прокалывания  в  тигле  остается  чистый  диоксид  кремния,  осадок  обрабатывают  10  мл  фтористоводородной  кислотой  с  несколькими  каплями  серной  кислоты  (разбавленная  с  дистиллированной  водой  1:1).  После  удаления  диоксида  кремния  тигель  снова  пракалывают  и  по  разности  определяют  содержание  диоксида  кремния  по  формуле:

          (m_1-m₂)-m₃

%SiO₂  =                                                          100

      n

где:  m₃  —  навеска  тигеля  с  осадком  диоксида  кремния  после  обработки  фтористоводородной  кислотой.

Таким  образом,  мы  предлагаем  новый  метод  количественного  определения  диоксида  кремния  в  хромовых  рудах  и  хромовых  концентратах,  который  имеет  ряд  преимуществ:  сокращается  время  проведения  процесса,  уменьшается  трудоемкость  и  количество  применяемых  реактивов,  практически  обеспечивается  100  %-й  количественный  переход  хрома  и  ряд  других  химических  элементов  в  раствор,  а  диоксид  кремния  в  осадок.  Так  как  предварительное  разложение  происходит  в  герметически  закрытых  автоклавах,  и  количество  применяемых  кислот  доводится  до  минимума,  выбросы  в  окружающую  среду  практически  отсутствуют.  Следовательно,  данный  метод  является  экологически  более  приемлимым.

В  конце  надо  добавить,  что  определение  диоксида  кремния  в  хромовых  концентратах  происходит  по  такой  же  схеме,  как  в  рудах. 

Список  литературы:

1. Алоян  П.Г.,  Алоян  Гайк  П.,  Давтян  А.А.,  Маркосян  А.А.,  Арутунян  Т.М.,  Степанян  И.Г.,  Металлы  черные,  цветные,  благородные,  редкие  металлы  и  редкие  земли(Краткое  пособие),Ереван  ГЕОИД  2006,  —  250  с.
2. Карпов  Ю.А.  Современные  методы  автоклавной  пробоподготовки  в  химическом  анализе  веществ  и  материалов.//Заводская  лаборатория.  Диагностика  материалов//  —  2007.  —  Т.  73.  —  №  1.  —  С.  4—11. 
3. Книпович  Ю.Н.,  Морачевский  Ю.В.,  Анализ  минерального  сырья.  Ленинград,  1959,  —  1055  с.
4. Пономарев  А.И.,  Методы  химического  анализа  железных,  титаномагнетитовых  и  хромовых  руд.  Москва,  1966,  —  405  с.
5. Руды  хромовые  и  концентраты.  Метод  определения  диоксида  кремния.  ГОСТ  15848.12-90  (ИСО  5997-84)  —  15  с.