Способы качественного анализа сырья, материалов
Особенностью физического, физико-химического и химического методов, применяемых в гибридных схемах анализа сырья, - не только взаимодополнение друг друга, но и постоянное совершенствование.
Многоцелевые направления анализа должны обеспечить полную безопасность СМиК для человека.
Следует отметить, что в таких средствах анализа как пробоотбор, подготовка проб, способствующая разложению сырья, заключены большие возможности точности (правильности) всего аналитического анализа химического состава сырья. Метод анализа химического состава минерального сырья (природного и техногенного) состоит из нескольких взаимосвязанных этапов, проходящих в следующей последовательности:
1. проба – подготовка
2. химическое вскрытие вещества и разложение его на составные части
3. выделение целевых компонентов
4. отделение или маскирование сопутствующих, мешающих элементов;
5. собственно переведение определяемого химического элемента в соединение, генерирующие аналитический сигнал под действием физического и физико-химического факторов
6. последующие измерения этого сигнала
7. вычисление содержания определяемого компонента.
Подготовка проб к анализу
Одним из важнейших этапов анализа материала – подготовка пробы. Процесс подготовки материала к анализу достаточно сложен и трудоемок, именно он закладывает степень правильности результатов последующего метода химической обработки пробы и определение состава.
|
|
|
Рассматриваемый этап анализа сырьевых объектов включает в себя процедуру отбора начальной пробы и изготовления из нее аналитической пробы.
Масса начальной пробы должна составлять небольшую часть и в тоже время отражать все существенные признаки и соответствовать среднему его составу.
Главная цель процесса подготовки проб – измельчение и уменьшение начальной массы взятого материала до лабораторной пробы. Примерная масса лабораторной пробы в момент до номинального измельчения – в пределах 0,5-1 мм; следующая рядовая проба – 0,1-1 мм; проба для пробирочного анализа – 0,8-4 мм; проба горной породы 0,5-0,6; проба жидкого техногенного отхода 5-10л.
Аналитическая или лабораторная проба – это проба, измельченная до требуемого размера частиц 0,05-0,08 мм и сокращенная до массы, из которой берутся навески для анализа и контроля.
Масса аналитической пробы рассчитывается по таблице 7.
Степень соответствия подготовленной к анализу массы материала (начальной массы) по конкретному существенному признаку принято называть представительной материала. Удовлетворяющую этому условию, конечную пробу (массу) материала называют представительной пробой.
|
|
|
Таблица 7 – Примеры массы навесок и аналитических проб для различных методов анализа
| Наименование метода | Масса | |
| Единичная навеска | Аналитическая проба | |
| полуколичественный спектральный | 0,05 – 0,1 | 5 – 10 в сумме |
| количественный спектральный | 0,05 – 0,1 | |
| рентгеноспектральный | 0,1 – 1 | |
| химико-аналитический | 0,5 – 3 | |
| ядерно-физический | 3 – 5 | 5 – 10 |
| пробирочно-комбинированный | 15 – 20 | 100 – 500 |
| полный химический | 10 – 15 | 50 – 80 |
Схемы пробоприготовления всегда содержат по одной или несколько операций:
- дробление
- промывание
- перемешивание (усреднение)
- сокращение (деление материала)
Решение практических вопросов пробоприготовления требует обязательного контроля представительной пробы на всех этапах приготовления и конкретного учета наличного оборудования и его характеристик.
При истирании пробы должна быть обеспечена заданной схемой приготовления степень измельчения материала, которая контролируется просеиванием через сито 0,07 мм.
При тонком истирании часто осуществляется контрольное промывание частиц материала (10-15г). Часто просеивание сочетают с ситовым анализом (второй по значимости пробоотбор).
|
|
|
Важнейший объект контроля тонкого истирания – исключение факторов, изменяющих состав и свойства пробы.
Источником внешних ошибок может быть внесение внешних загрязнителей, потеря компонентов пробы, изменение химического и фазового состава в процессе обработки.
Загружение лигирующего компонента может достигать 100 или 10 долей %.
Заслуживают внимание избирательные потери, наблюдаемые при истирании пробы для особо летучих компонентов воды, ртути, серы, кадмия, рения, которое обуславливается не только диспергированностью, но и разогреванием порошков материала при мелком истирании.
Потеря ртути при истирании наиболее значительна до 60% содержащихся в пробе, причем установлено, что величина потерь более связана с конструкциями и режимом работы истирателя.
С потерей летучих соединений необходимо считаться и при хранении проб и, особенно, контрольных и стандартных образцов.
Ситовый анализ
Информация о качестве измельчения, полную характеристику по фракциям измельчения сырьевого материала получают с помощью ситового анализа, который предусматривает использование для этой цели набора сит и приспособлений для просеивания тонкого порошка материала на сито.
|
|
|
Ситовый анализ при аналитическом отборе проб проводится в следующем порядке: навеску материала, предварительно высушенную в течение 1 часа при температуре 
(50-100г) высыпают на сито, закрывают его крышкой и просеивают, встряхивая прибор в наклонном положении и постепенно поворачивая его на полный оборот по кругу.
Контрольное просеивание считается законченным, когда в течение 60 секунд сквозь сито проходит не более 0,05 г первоначальной массы материала.
Тонкость помола материала, выражается в % от массы взвешенного остатка материала на сите, оценивая ее с допуском +0,01%.
При определении тонкости помола сырьевого материала и других продуктов мокрого помола навеску материала промывают сквозь сито водой до тех пор, пока вода, проходящая через сито не станет прозрачной. Для ускорения опыта навеску материала взмучивают на сите с помощью кисти.
После окончания просеивания сито вместе с остатком просушивают в сушильном шкафу при температуре 100 – 110ºС до полного удаления влажности. Сухой остаток взвешивают и массу его выражают % по отношению к массе навески материала.
Методы испытаний и исследований
Анализ удельной эффективной активности радионуклидов в строительных материалах с использованием техногенного сырья.
Природное и естественное сырье и особенно техногенное сырье, а также строительные материалы из них должны быть тщательно изучены и проверены в первую очередь на радиоактивность и наличие радиоактивных веществ (уран, торий, радий и др.).
Из техногенного сырья, особенно золам и шлакам, должна быть дана радиационно-гигиеническая оценка, по результатам которой устанавливается их принадлежность к применению в строительных материалах.
Естественные радионуклиды уран-радиевого ряда подразделены на несколько групп, в пределах которых в природных условиях, в большинстве случаев, сохраняется радиоактивное равновесие.
При содержании урана в техногенном сырье, превышающем концентрацию 10-3, 10-4%, следует обязательно учитывать при использовании этих техногенных продуктов. Соединения тория, встречающиеся в техногенных отходах промышленности (горнодобывающая и металлургическая) являются опасными и должны быть ограничены в сырье для производства строительных материалов.
Радионуклиды в уран-радиевом ряду разделены на пять групп.
В первой группе долгоживущие с полураспадом от 30 лет до 1 года, их активность за один месяц не меняется.
Во второй группе с периодом полураспада от 250 до 30 дней, их активность за неделю практически не меняется.
В третьей группе радионуклиду, имеющие период полураспада от 15 до 3 дней, и за неделю их активность меняется в 2-4 раза.
В четвертой группе короткоживущие продукты распада радона, равновесие устанавливается практически за 2,5 часа.
В пятой группе долгоживущие продукты распада радона, время установления радиоактивного равновесия – 130 суток.
В актиноурановом ряду установившееся радиоактивное равновесие определяется актинием-227 и составляет 130 лет.
В ряду тория радиоактивное равновесие устанавливается через 40 лет.
Для определения удельной эффективной активности естественных радионуклидов (ЕРН) используется 
-спектрометрический метод измерения.
Основными радиоактивными нуклидами природного происхождения, содержащимися в строительных материалах, считаются: радий 
.
Удельная эффективная активность 
радионуклидов определяется отношением радиоактивности нуклидов природных (естественные) к массе материала их биологического воздействия на организм человека по формуле:
.
А – удельная активность радия, тория, калия, Бк/кг.
Анализ техногенного сырья
Для техногенного сырья в лабораторных условиях для аналитических целей могут быть выделены в радиохимическом чистом виде радиоактивные изотопы, у которых продолжительность жизни значительно превышает время необходимое для операции, связанной с анализом.
Для определения техногенных радионуклидов используют нейтронно-активационный метод. Сущность метода основана на измерении -активности элемента, облучаемого потоком тепловых нейтронов. После облучения образца его помещают в специальный контейнер и выдерживают 5 суток. Далее образец сплавляют с пероксидом натрия и плав помещают в прибор для измерения интенсивности излучения по спектрометру. Проводят измерения интенсивности излучения на многоканальном -спектрометре с использованием полупроводниковых детекторов.
В качестве результатов измерения удельных активностей техногенных радионуклидов (ТРН) принимают среднеарифметическое значение удельных активностей каждого радионуклида по 5 навескам.
i = 1, 2,…,n – номер навески.
Селективное разложение сырья
Выщелачивание и кислотное разложение сырья
Получение достоверного результата анализа тем или иным физико-химическим методом предусматривает на определенном этапе разложение, т.е. переведение в раствор анализируемой пробы сырья. Стадия химической подготовки проб заключается в их обработке реагентами или сплавами реагентов. В зависимости от состава, строения кристаллической решетки, плотности упаковки атомов и другие свойства минерального вещества различны относительно к реагентам, применяемым для разложения.
Процесс может идти при температуре окружающей среды и нормальном давлении, однако, чаще всего его проводят при нагреве, а иногда при повышенном давлении.
1.Разложение сырья сплавлением
взаимодействие анализируемого сырья с плавнями протекает при постоянном нагревании до высокой температуры и является энергичным средством воздействия на структуру материала. В зависимости от применения плавня сплавление может быть щелочным, кислым; окислительным.
Процесс вскрытия проб сплавлением приводит к разрушению структуры всех видов минерала с образованием соединений растворимых в воде, кислотах, щелочах и растворах комплексообразующих веществ. Кроме сплавления проб минерального сырья в ряде случаев используют спекание.
Наиболее употребляемые плавни и их смеси: натрий углекислый безводный, щелочной плавен (едкий натр, пероксид натрия и др.).
2.Кислотное разложение сырья
из наиболее часто применяемых реагентов для разложения используют сильные кислоты и их водные растворы (фтористо-водородную, хлористо-водородную, азотную, серную, хлорную, фосфорную кислоты, а также их смеси).
Преимущество кислотного разложения проб минерального сырья – в составе раствора получаем при разложении пробы не водные катионы металла.
Фтористо-водородная (плавиковая) кислота (HF). Эта кислота широко используется для удаления кремния из анализируемой системы.
Хлористо-водородная кислота (HCl) – широко применяется для разложения карбонатов, сульфатов, фосфатов, кислоторастворимых силикатов и др. видов сырья.
Азотная кислота HNO3 – является сильным окислителем, усиливает растворяющее действие соляной и фтористо-водородной кислот. Смесь соляной кислоты с азотной в соотношении 3к1 – один из самых агрессивных растворителей.
Серная кислота H2SO4 – в растворах с высокой концентрацией является слабым окислителем и применяется для разложения минеральных веществ.
Среди селективных растворителей большое значение имеют слабые водные растворы сильных кислот, слабые кислоты и кислоты средней силы.
Селективность и пути её повышения в методах анализа
3.Вода и водные растворы растворителей.
Вода широко распространена в природе растворителей, оказывая сильное влияние на вещества самих растворителей. Если расположить все вещества, способные отдавать протоны в водном растворе в порядке уменьшения константы диссоциации, то самым сильным донором протона является ион 
, а слабой диссоциирующей кислотой – молекула 
. Вода как растворитель чаще всего используется в анализах. Предположим, что вода в жидком состоянии диссоциирует
Вода является уникальным растворителем. В ней растворяются практически все известные в природе вещества, хотя степень их растворения различна.
4.Основные показатели и критерии органических аналитических реагентов.
Органические вещества благодаря своему структурному многообразованию находят широкое применение для идентификации определяемых ионов элементов.
Такое обширное проникновение органических соединений в практику анализа связано прежде всего:
- с возможностью повышения селективности, чувствительности определений химических элементов по интенсивным окраскам, образующих продукт взаимодействий
- с возможностью выбора органического реактива из большого разнообразия их числа
- с наличием относительно небольшого содержания определяемого вещества в конечном продукте взаимодействия
- с малой растворимостью продуктов взаимодействия органических реактивов и ионов элемента, позволяя экстрагировать их отдельно от основной массы других
- с большими молекулярными массами соединений.
Главные характеристики конкретного органического реактива – селективность его действия, чувствительность, простота синтеза и безвредность.
В настоящее время накоплен большой опыт применения органических реагентов. Имеется более пяти тысяч реактивов различного строения.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 249; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!