Карбонат кальция - осадочная горная порода органического, реже хемогенного происхождения, состоящая почти на 100 % из CaCO3 (известняка) в форме кристаллов кальцита различного размера.
Известняки – осадочные горные породы, состоящие главным образом из кальцита. Известняки могут содержать различные примеси (обломочных частиц, органических соединений и др.) Название известнякам дается в зависимости от особенностей слагающих его компонентов.
Известняки широко применяются в строительстве (как облицовочный камень, для производства извести и т. д.), стекольной промышленности, металлургии (флюсы).
Чистые известняки - белого или светло-серого цвета, примеси органических веществ окрашивают карбонат кальция в чёрный и тёмно-серый цвета, а окислы железа - в жёлтый, коричневый и красный.
Описание объекта
Карбонат кальция
- Соль; белые кристаллы
- ρ= 2.74 г/см³, t п л = 825°C,
- Гигроскопичен
- Растворимость в воде 0.00015 г/100 мл
- K 0 s = 3.8·10⁻⁹
Используется как белый пищевой краситель, для письма на досках, в быту, в строительстве
Электронная теория (донорно –акцепторная) Льюиса 1926 г.
CaCO₃↔ Са 2 ⁺ + CO₃ 2-
Са 2 ⁺ - является кислотой
CO₃ 2- - является основанием
C точки зрения этой теории:
Са 2 ⁺ - акцептор электронной пары для образования общей ковалентной пары.
CO₃ 2- - донор электронной пары для образования общей ковалентной пары.
Выбор методов анализа
Т.к. K 0 s < 10⁻⁸ титрование CaCO₃ кислотой
или щелочью невозможно.
Гравиметрический анализ
Гравиметрический анализ основан на точном измерении массы вещества известного состава, химически связанного с определяемым компонентом и выделенного в виде соединения или виде простого вещества. Классическое название метода – весовой анализ. Гравиметрический анализ основан на законе сохранения массы вещества при химических превращениях и является наиболее точным из химических методов анализа: предел обнаружения составляет 0,10%; правильность (относительная ошибка) - 0,2%.
Методы отгонки. определяемое вещество переводят в летучее состояние, отгоняют и поглощают каким-либо поглотителем, по увеличению массы которого рассчитывают содержание компонента.
- Растворение навески.
- Создание условие осаждения.
- Промывание осадка.
- Расчет результатов анализа
Осажденная форма должна быть:
1. Достаточно малорастворимой, чтобы обеспечить практически полное выделение определяемого вещества из раствора.
2. Полученный осадок должен быть чистым и легко фильтрующимся.
3. Осажденная форма должна легко переходить в гравиметрическую.
Основные требования к гравиметрической форме:
1. Точное соответствие ее состава определенной химической формуле.
2. Химическая устойчивость в достаточно широком интервале температур, отсутствие гигроскопичности.
3. Как можно большая молекулярная масса с наименьшим содержанием в ней определяемого компонента, для уменьшения влияния погрешностей при взвешивании на результат анализа.
Полное осаждение достигается, если K s 0 <10 -8 .
Титриметрический анализ
1.Титриметрический (объемный) анализ – один из разделов количественного анализа, основанный на точном измерении объема раствора реагента (титранта), вступившего в химическую реакцию с определяемым веществом. Концентрация раствора должна быть точно известна. Раствор реагента (титранта) с точно известной концентрацией называют стандартным, или титрованным рабочим раствором.
2.Наиболее важной операцией титриметрического анализа является титрование – процесс постепенного прибавления титрованного рабочего раствора к определяемому веществу. Титрование продолжают до тех пор, пока количество титранта не станет эквивалентным количеству реагирующего с ним определяемого вещества.
Выбор методов анализа
Гравиметрический метод
CaCO₃ твердое вещество можно применить:
- Метод отгонки
- Метод осаждения, предварительно переведя навеску в раствор соляной кислотой.
Титриметрический анализ
Перманганатометрия
- Объектами перманганатометрии являются спирты, сахариды, окислители и ионы не обладающие восстановительной активностью, следовательно метод перманганатометрического титрования подходит для анализа карбоната кальция.
- Сущьность метода: определяемое вещество титруют раствором перманганата калия.
MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5 = Mn 2⁺ + 4H₂O
Т. к. константа высока, мы можем применить этот метод для анализа
- Комплексонометрическое титрование
Основано на реакции образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами).
Из многочисленных аминополикарбоновых кислот наиболее часто используют этилендиаминтетрауксусную кислоту
HOOC H₂C CH₂ COOH
NH⁺ CH₂ CH₂ NH⁺
‾OOC H₂C CH₂ COO‾
Анализ образца
- Гравиметрический метод
- Расчет массы навески анализируемого вещества и ее взвешивание.
- Растворение навески.
- Создание условие осаждения.
- Осаждение (получение осажденной формы).
- Отделение осадка фильтрованием.
- Промывание осадка.
- Получение гравиметрической формы
- Взвешивание гравиметрической формы.
- Расчет результатов анализа
Гравиметрический метод
CaCO₃ - твердое вещество нерастворимое в воде. Для переведения его в раствор воспользуемся HCl.
СaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O
- Гравиметрический метод
Метод отгоники
Определяемое вещество переводят в летучее состояние, отгоняют и поглощают каким- либо поглотителем, по увеличению массы которого рассчитывают содержание компонента.
Ход анализа:
При определении карбоната кальция в известняке выделяют CО 2 (действием на СаСО 3 кислоты или прокаливанием), пропускают его через газопоглотительную трубку с натронной известью или аскаритом, по увеличению массы трубки определяют массу поглощенного углекислого газа и рассчитывают массу и массовую долю карбоната кальция в анализируемом образце.
CaCO₃ CaO + CO₂
CO₂ + NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O
m(CO₂) = m(труб. кон) – m(труб. нач.)
По уравнению реакции
n(CO₂) = n (CaCO₃)
m (CaCO₃) = n (CaCO₃) * M (CaCO₃)
- Гравиметрический метод
- Сущность метода: СaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O
Ca 2 ⁺ + C₂O₄ 2 ⁻ + H₂O = CaC₂O₄ * H₂O ↓
Анализируемое соединение (СаСО₃) нерастворимо в воде. Прежде чем приступать к анализу, необходимо навеску его растворить в кислоте:
СaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O
Для количественного определения Са 2+ его осаждают в виде оксалата кальция СаС 2 0 4 *Н 2 0 (соль щавелевой кислоты Н 2 С 2 0 4). Осаждение ведут раствором (NH₄)₂C 2 О₄, реагирующим с СаС1 2:
Склонность CaC 2 О₄*H 2 0 выпадать в виде мелкокристаллического осадка, способного проходить сквозь фильтр, является свойством, очень усложняющим работу. Поэтому соблюдение основного условия образования достаточно крупнокристаллических осадков - ведение осаждения из слабо пересыщенного раствора- приобретает здесь весьма большое значение. Эта цель достигается при осаждении СаС 2 О₄ не из нейтрального, а из кислого раствора
Щавелевая кислота ионизирует по уравнениям:
Константы ионизации ее равны соответственно:
Ионы С 2 О₄⁻ появляются в результате второй ступени ионизации, которая, как показывает величина соответствующей константы (К₂), идет сравнительно слабо. Из этого следует, что при подкислении раствора большая часть С₂О₄⁻ ионов, введенных в него с (NH 4) 2 C 2 О₄, будет связываться в анионы НС₂О₄⁻ и далее - в свободную Н₂С 2 О 4:
Концентрация их будет вследствие этого уменьшаться, и притом тем сильнее, чем больше введено в раствор Н + . При достаточно сильном подкислении раствора концентрация С 2 О 4 ⁻ понизится настолько, что произведение растворимости СаС 2 0 4 , равное
окажется не достигнутым, и осадок выпадать не будет.
Если, однако, к такому сильнокислому раствору прибавлять по каплям NH 4 OH, то концентрация Н + будет постепенно понижаться, а концентрация С₂О₄⁻ - возрастать.
В конце концов произведение концентраций [Са 2+ ] [С₂О₄⁻] превысит величину произведения растворимости и осадок начнет выпадать. Но так как аммиак прибавляют по каплям, концентрация С₂0 4 ⁻ в растворе повышается очень медленно и постепенно. Вследствие этого осаждение происходит все время из слабо пересыщенного относительно СаС₂0 4 раствора, и кристаллы его могут в достаточной степени укрупниться.
По мере понижения концентрации Н⁺ в растворе осаждение Са 2+ будет становиться все более и более полным.
Практически полным осаждение становится уже при рН = 3,3.
Дальнейшее прибавление NH 4 OH бесцельно. Момент, когда рН раствора становится равным 4, можно уловить, ведя осаждение в присутствии индикатора метилового оранжевого, который приблизительно при этом значении рН меняет свою розовую окраску на желтую.
Осадок СаС₂0 4 довольно хорошо растворим в воде, промывание чистой водой вызвало бы заметную потерю его. Поэтому в промывную жидкость необходимо вводить С₂О₄⁻-ионы, понижающие растворимость осадка.
Удаляя Сl⁻ промыванием, предотвращают потерю при прокаливании осадка вследствие образования летучего СаСl 2 .
В качестве весовой формы при рассматриваемом определении получается обычно окись кальция СаО, образующаяся из СаС₂0 4 -Н 2 0 при 900-1200 °С; реакция протекает по уравнению
Недостатком СаО как весовой формы является ее гигроскопичность и способность поглощать из воздуха СО₂, поэтому при взвешивании необходимо соблюдение ряда предосторожностей. Кроме того, процентное содержание Са в СаО (и, следовательно, фактор пересчета) велико, что также невыгодно.
Вследствие этих недостатков СаО как весовой формы иногда предпочитают превращать СаС₂0 4 *Н 2 0 в СаС0 3 прокаливанием при температуре около 500 °С или в CaS0 4 обработкой раствором H 2 S0 4 с последующим удалением избытка кислоты осторожным выпариванием ее и прокаливанием сухого остатка.
Пеманаганатометрический метод
Особенности метода:
- Доступность
- Дешевизна
- Высокий окислительно - восстановительный потенциал
- Вещество нестандартное, требует стандартизации
- В соляно-кислых растворах идет побочная реакция, поэтому используют смесь Рейнгарда-Циммермана
Пеманаганатометрический метод
Сущность метода метод количественного определения веществ с применением титранта – раствора перманганата калия KMnO 4 .
1 .. 189 > .. >> Следующая
NaCl -[-NH3-I-CO2 I-H2O-NaHCO3 [-NH4CI
434"
2NaHCO3 X N а2СО* + CO21 -f H2O
Основными примесями в технической соде являются NaCl1 NH4Cl, NH4HCO3, Na2SO4, CaCO3, MgCO3, соли железа.
Качество синтетической кальцинированной соды определяется ГОСТ 5100-64.
Содержание карбоната натрия в прокаленной кальцинированной соде составляет не менее 99%, потеря в массе при прокаливании не более 2,2%, содержание хлоридов в пересчете на хлорид натрия не более 0,8%. В зависимости от назначения дополнительно определяют содержание сульфатов, железа, окиси калия и др.
§ 58. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЯКА
Определение карбоната кальция. Известняк - карбонатная горная порода, состоящая на 90-98% из CaCO3. Для определения CaCO3 применяют много методов. Одним из них является метод, основанный на взаимодействии кислоты с углекислым кальцием с выделением CO3:
CaCO3 + 2HCl ¦ > CaCI2 + CO2 f + H2O
Количество CO2 определяют по разности между массой кальциметра до и после реакции. Зная массу CO2, пересчитывают ее на массу CaCO3, выражая результаты в процентах.
Реактивы:
1) серная кислота (пл. 1,84);
2) соляная кислота, 10%-ный раствор.
Выполнение определения. Предварительно вымытый кальциметр 1 (рис 130) высушивают и охлаждают до комнатной температуры. Открывают пробку 6 воронки 4 и осторожно наливают серную кислоту (пл. 1,84), так чтобы носик капилляра 5 был погружен на 3-4 мм в кислоту. Осторожно закрывают притертой пробкой 6, следя за тем, чтобы кислоту не затянуло в нижнюю часть прибора. В воронку 7 при закрытом кране 8 помещают 10 мл 10%-ного раствора соляной кислоты и закрывают пробкой 9, после чего кальциметр взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем в кальциметр через отверстие 2 помещают около 0,5 г известняка, следя за тем, чтобы известняк не оставался на стенках отверстия, закрывают пробкой 3 и снова взвешивают на аналитических весах. По разности между вторым и первым взвешиванием определяют навеску известняка. Осторожно вынимают пробки 6 и 9, открывают кран 8 и понемногу сливают соляную кислоту в нижнюю часть прибора. Прибор выдерживают 15-20 мин для окончания реакции, при этом двуокись углерода выделяется через воронку 4, где происходит поглощение воды сер-
Рис. 130. Кальциметр для анализа известняка
435
ной кислотой. После окончания реакции прибор закрывают пробками 6 и 9 и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. По разности между вторым и третьим взвешиванием находят массу выделившейся CO2.
Процентное содержание CaCO3 д:сасо3 в известняке вычисляют по формуле
¦ gi100"100 ,vir яп
*СаСО, - (V1I.3I)
где gi - масса выделившейся двуокиси углерода, г; g - навеска известняка, г.
Определение двуокиси углерода в известняке можно выполнить газообъеыным методом. Для этого павеску известняка, соответствующую 80-100 мл CO2, помещают в реакционный сосуд 1 {см. рис. 130), обрабатывают 10 мл 10%-ного раствора соляной кислоты. Выделившуюся CO3 измеряют в газоизмерительной бюретке.? и приводят объем ее к нормальным условиям.
По количеству CO2 вычисляют процентное содержание карбоната кальция XCaCo3 в известняке:
PoIOO-100
где V0 - объем сухой двуокиси углерода при нормальных условиях, мл; g - навеска известняка, г.
§ 5». АНАЛИЗ ЖИДКОСТЕЙ СОДОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Жидкости в производстве кальцинированной соды анализируют на содержание хлора, азота, аммиака и двуокиси углерода. В дистил-лерной жидкости определяют избыток окиси кальция. В производстве соды концентрацию растворов принято выражать в так называемых нормальных делениях, т. е. количеством миллилитров точно 1 н. раствора реактива, израсходованным на 20 мл исследуемого раствора. Например, если на титрование 20 мл аммиачной воды затрачено 25 мл 1 н. раствора кислоты, то концентрация аммиачной воды составляет 25 нормальных делений, или сокращенно 25 н. д.
Одно нормальное деление соответствует V20 г-экв вещества віл раствора. Следовательно, если аммиачная вода имеет концентрацию
25 н. д., то это составляет 25^= 1,25 г-жвіл.
Пример. Выразить в нормальных делениях, г-экв!л и г!л концентрацию NH3 в жидкости, если на титрование 26 мл ее израсходовано 28,4 мл 0,5 н. раствора H2SO4 (К == 0,9980).
Решение.
1. Вычисляют количество точно 1 н. раствора H2SO4, которое израсходовано на титрование 25 мл исследуемого раствора по формуле A^f1 = N3V3, 28,4 0,9980 0,5=-1 V2, отсюда
02 = 28,4-0,9980-0,5=14,17 мл.
436
2. Определяют количество точно 1 и, раствора H2SO4, которое было бы израсходовано ка 20 мл исследуемого раствора: на 25 мл исследуемого раствора израсходовано 14,17 мл H2SO4, на 20 мл исследуемого раствора будет израсходовано X мл:
20-14,17
X = -¦-"¦- = 11,34 JHJ или 11,34 н. д. 25
3. Вычисляют концентрацию NH3 в г-зке/л: \ООО мл 1 н. раствора содержат 1 г-экв NH3
11,34 мл 1 н. раствора содержат х г-жа NH3
11,34-1 NHl 1000 в 20 мл исследуемого раствора.
11,34
20 мл содержат ^ г-экв NH3
1000 мл содержат х г-экв NH3
1000-11,34 1
= - 11,34 = 0,567 г-экв/л.
1000-20 20
4. Вычисляют концентрацию NH3 в г/л:
Известняки (в широком понимании) имеют чрезвычайно многообразные области применения. Они используются в виде кускового известняка, щебня, дробленого песка, минерального порошка, минеральной ваты, известняковой муки. Основные потребители – цементная промышленность (известняк, мел и мергель), строительство (получение строительной извести, бетонов, штукатурки, строительных растворов; кладка стен и фундаментов, металлургия (известняк и доломит – флюсы и огнеупоры, переработка нефелиновых руд на глинозем, цемент и соду), сельское хозяйство (известняковая мука в агротехнике и животноводстве), пищевая (особенно сахарная). В Янтиковском районе известняк добывается карьерами в с. Янтиково, с. Можарки.
Район известен обилием известковых камней, обжиг извести здесь проводился с незапамятных времен. В 1982 году на левой стороне реки Соломинка, был открыт известковый карьер. Эту используют для удобрения почвы колхозов и совхозов нашего и других соседних районов республики. На карьере ежегодно добывают 45 тыс. тон извести.
По подсчетам геологов в Можарском карьере залежи известняка составляют около 15 млн. тонн, а в Янтиковском карьере – 5 млн. тонн.
В программе социально-экономического развития Янтиковского района на 2007-2010 года указаны основные задачи по повышению эффективности использования природных ресурсов района. Также приведены ожидаемые результаты реализации программы: бюджетная обеспеченность на душу населения возрастет, увеличится уровень среднемесячной заработной платы работающих в отраслях экономики, появятся дополнительные рабочие места обеспечивающие эффективную занятость населения, увеличится объем выпуска производства промышленной продукции.
Янтиковский район входит в зону, где средне-прожиточный уровень населения считается ниже нормы, 66,7% населения района не трудоустроено. Основной проблемой в трудоустройстве безработных и незанятых граждан в районе является недостаток рабочих мест на предприятиях и в организациях района. В связи с этим мы предлагаем уделять внимание к развитию промышленного производства, в частности производства щебня, цемента, сахара. А для производства цемента и сахара, природное сырье должно иметь высокое качество. Поэтому целью нашей работы является: 1 Изучить качественный и количественный состав известняка 2-х карьеров на территории Янтиковского района.
Известняк, осадочная порода, сложенная преимущественно карбонатом кальция – кальцитом. Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям. Известняки бывают разных цветов, включая черный, но чаще всего встречаются породы белого, серого цвета или имеющие коричневатый оттенок. Объемная плотность 2,2–2,7. Это мягкая порода, легко царапающаяся лезвием ножа. Известняки бурно вскипают при взаимодействии с разбавленной кислотой. В соответствии со своим осадочным происхождением имеют слоистое строение. Чистый известняк состоит только из кальцита (редко с небольшим содержанием другой формы карбоната кальция – арагонита). Присутствуют и примеси. Двойной карбонат кальция и магния – доломит – обычно содержится в переменных количествах, и возможны все переходы между известняком, доломитовым известняком и горной породой доломитом.
Хотя известняки могут образовываться в любых пресноводных и морских бассейнах, преобладающее большинство этих пород имеет морское происхождение. Иногда они осаждаются, подобно соли и гипсу, из воды испаряющихся озер и морских лагун, но, по-видимому, большая часть известняков отложилась в морях, не испытавших интенсивного высыхания. По всей вероятности, формирование большинства известняков начиналось с извлечения живыми организмами карбоната кальция из морской воды (для построения раковин и скелетов). Эти остатки отмерших организмов в изобилии накапливаются на морском дне. Самым ярким примером аккумуляции карбоната кальция служат коралловые рифы. В некоторых случаях в известняке различимы и узнаваемы отдельные раковины. В результате волно-прибойной деятельности и под влиянием морских течений рифы разрушаются. К известковым обломкам на морском дне добавляется карбонат кальция, осаждающийся из насыщенной им воды. В образовании более молодых известняков участвует также кальцит, поступающий из разрушенных более древних известняков.
Известняки встречаются почти на всех материках, за исключением Австралии. В России известняки обычны в центральных районах европейской части, а также распространены на Кавказе, Урале и в Сибири.
1. 2 Цемент
Цемент – это вяжущий порошкообразный материал, который образует пластическую массу, способную постепенно затвердевать в камень. Он состоит в основном из трикальциевого силиката 3 CaO SiO2.
В состав цемента могут входить разные добавки, массовое отношение оксидов определяет техническую пригодность цемента. Кремнезем входящий в его состав, связывает оксиды кальция, алюминия; при этом образуются следующие соединения силикаты – 3CaO SiO2 nH2O, 2CaO SiO2 nH2O; гидроалюминаты - 3CaO X AI2 O3 6H2O; алюмоферриты - 4CaO AI2 O3 Fe2O3.
Наиболее распространенной разновидностью цемента является портландцемент. Он обладает большой механической прочностью, устойчивостью в воздухе и под водой, морозостойкостью. Основным сырьем для производства портландцемента являются известняк и глина, содержащие оксид кремния (IV).
Известняк и глину тщательно перемешивают и их смесь обжигают в наклонных цилиндрических печах, длина которых достигает более 200 м, а в поперечнике – около 5 м. В процессе обжига печь медленно вращается и исходные материалы постепенно движутся к нижней ее части на встречу раскаленных газов – продуктов сгорания поступающего газообразного или твердого пылевидного топлива.
При повышенной температуре между глиной и известняком происходят сложные химические реакции. Простейшие из них являются обезвоживание каолинита, разложение известняка и образование силикатов и алюминатов кальция:
Al2O3 2SiO2 2H2O → Al2O3 2SiO2 + 2H2O
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + SiO2 → CaSiO3
Образовавшиеся в результате реакций вещества спекаются в виде отдельных кусков. После охлаждения их размалывают до тонкого порошка.
Процесс затвердевания цементного теста объясняется тем, что различные силикаты и алюминаты, входящие в состав цемента, реагируют с водой с образованием каменистой массы. В зависимости от состава изготавливают различные сорта цемента.
1. 3 Гашенная известь. Гидроксид кальция используется для производства сахара
Сахарная свекла подается на завод гидравлическим транспортером и с помощью насосов подается в свекломойку. Промытая свекла поднимается элеватором 15-17 м и подает с в свеклорезку, где она измельчается, превращается в тонкую стружку. Свекловичная стружка поступает в диффузионные аппараты. Первейшая задача производства заключается в том, чтобы а полнее выделить сахар из свеклы. С этой целью через диффузоры пропускают горячую воду на встречу движущейся стружке (свекловидный жом) массовая доля сахарозы не превышает 0,5%. Диффузионный сок представляет собой непрозрачную темную жидкость. Темный цвет придают пигменты, которые относятся несасарам.
И задачей другой стадии производства заключается в том, чтобы освободить раствор сахарозы от примесей. Чтобы освободить раствор сахарозы от примесей сверху в него заливают известковое молоко из расчета 20-30 кг гидроксида кальция Cu(OH)2 на 1 кг свеклы. Под действием гидроксида кальция происходит нейтрализация диффузионного сока.
Глава 2. Экспериментальная часть работы
2. 1 Определение CaCO3 в известняке.
Наиболее простой способ определения CaCO3 в известняке заключается в том, что определенную навеску образца средней пробы известняка обрабатывают избытком титрованного раствора соляной кислоты и не вошедшей в реакцию c CaCO3 избыток HCl подвергают обратному титрованию раствором едкой щелочи. По количеству HCl, пошедшей на разложение известняка вычисляют содержание CaCO3 в известняке.
Для анализа образец средней пробы известняк (200 г) растирали в ступке, пропускали через сито в 0,5 мм отсюда отбирали новую среднюю пробу в количестве 40 г. Затем из этой средней пробы брали навеску около 2 г, поместили ее в мерную колбу емкостью на 500 мл, смачивали 5 миллитрами дистиллированной воды и осторожно приливали 50 мл 1,0-нормалного раствора соляной кислоты. После выделения углекислоты в колбу приливали 300 мл дистиллированной воды и содержимое колбы в течение 15 мин. кипятили (до полного прекращения выделения CO2). По окончании кипячения раствору дали остыть, долили в колбу до метки дистиллированной водой, перемешали и дали осадку осесть на дно колбы. После этого отобрали отсюда пипеткой 100 мл прозрачного раствора, перенесли их в коническую колбу емкостью на 250 мл и титровали 0,1-нормальным раствором едкой щелочи в присутствии 2 – 3 капель метилоранжа до появления слабо – желтой окраски раствора.
(a KHCl – bKщ) 0,005*500*100
Где a – количество миллилитров раствора, взятого для титрования; в данном случае а = 100 мл; b – количество миллиметров 0,1- нормального раствора едкой щелочи, пошедшей на титрование избытка HCl;
KHCl и Kщ - поправки на нормальность кислоты (KHCl)и щелочности,(Kщ);
0,005 – количество граммов CaCO3 , отвечающих 1 мл 1,0 – нормального раствора кислоты;
Р – навеска известняка.
CaCO3+2HCl → CaCl2+CO2+H2O
2. 2 Характерные и специфические реакции катионов магния
Общедоступных специфических реакций на катионы магния в настоящее время не имеется. Из общеаналитических реакций наиболее характерными для них являются: взаимодействие с кислым фосфорнокислым натрием.
Образование двойной фосфорнокислой магний - аммонийной соли.
К воде, где содержались соли магния приливают NH4OH до прекращения образования осадка гидрата окиси магния:
MgCl2 + 2NH4OH = ↓Mg(OH)2 + 2NH4Cl2
Затем сюда же приливают раствор хлористого аммония до полного растворения полученного гидрата окиси магния:
Mg(OH)2 + 2NH4Cl = Mg Cl2 + 2NH4OH
К полученному аммонийному раствору магниевой соли осторожно, по каплям приливают разбавленный раствор Na2HPO4. При этом из раствора выпадают мелкие белые кристаллы MgNH4PO4, часть которых в виде едва заметной пленки как бы «ползет» вверх по стенкам пробирки. Если при действии Na2HPO4 осадок образовался аморфный, для его растворения добавляют несколько капель HCl, после чего приливают раствора Na2OH и снова производят осаждение MgNH4PO4. Предельная открываемая концентрация катионов этой реакцией равна 1,2 мг/л.
Так как образование белых кристалликов MgNH4PO4 не наблюдались, значит концентрация катионов магнии
2. 3 Определение pH
Для характеристики водных растворов электролитов условно принято использовать концентрацию ионов H+. При этом для удобства величину этой концентрации выражают через так называемый водородный показатель – pH.
Водородный показатель – это отрицательный логарифм молярной концентрации ионов водорода в растворе: pH = -1g
В чистой воде, очевидно, pH = 7. Если pH 7, то раствор щелочной.
pH водных растворов определяли универсальным индикатором. В таблице приведены значения pH водных растворов известняка.
Результаты исследования двух карьеров
Месторождение карьера Содержание CaCO3 Содержание MgCO3 pH
С. Янтиково 87% >9% 8,0-8,5
С. Можарки 94,81%
1. Исследования показывают, что известняк из Можарского известкового карьера содержит 94,81% CaCO3 и 5,19% примесей.
2. Процентное содержание CaCO3 в известняке из Можарского карьера оказалась выше, чем в известняке из Янтиковского.
3. Так как по качеству и составу известняк из Можарского карьера лучше, он соответствует технологическим стандартам для производства цемента.
4. В Янтиковском районе в перспективе можно построить завод по производству сахара.
Ожидаемые результаты
Бюджетная обеспеченность на душу населения возрастет, увеличится уровень среднемесячной заработной платы работающих в отраслях экономики, появятся дополнительные рабочие места обеспечивающие эффективную занятость населения, увеличится объем выпуска производства промышленной продукции.
Известняк принадлежит к группе мономbнеральных пород. Его основной составной частью является минерал кальцит, представляющий собой как химическое соединение карбонат кальция (СаСО3).
В природе некоторые известняки действительно состоят исключительно из одного кальцита, другие же содержат, помимо него, различные количества магнезита и другие примеси. Эти примеси чаще всего состоят из окислов железа, глинистых минералов, зерен песка, включений аморфного кремнезема, битума и т. д. В так называемом чистом известняке общее содержание добавок и примесей редко когда превышает 1%, в то время как в сильно загрязненных известняках оно может достигать 15 и более весовых процентов. Такие известняки называются песчаными, глинистыми (мергелистыми), кремнистыми, доломитовыми и т. д. Если некальцитовые компоненты достигают верхнего предела, можно говорить об известковом песчанике, мергеле, известковом доломите и т. д.
Добавки и примеси оказывают значительное влияние на поведение известняка при коррозии. Поэтому покомпонентный анализ известняка может дать весьма полезную информацию о некоторых процессах при выяснении генезиса карста. Часто бывает необходимо установить:
1) соотношение карбоната и примесей в известковой породе,
2) распределение катионов (отношение Ca:Mg) ее карбонатных минералов,
3) состав и минералогический характер примесей. Карбонатная масса известняка растворяется без остатка в разбавленной соляной кислоте:
Следовательно, в целях изучения любой осадок, состоящий из некарбонатных примесей, легко может быть выделен этим простым способом.
В табл. 6 представлены химические составы некоторых типов известняка, и в частности соотношения в них добавок и примесей.
Идеально чистый известняк (кальцит) содержит 56% СаО и 44% СО2, однако известняк такого состава в природе встречается чрезвычайно редко.
Примеси в известняке, нерастворимые в разбавленной соляной кислоте, как правило, не растворяются и в грунтовых и в карстовых водах и могут поэтому аккумулироваться в виде значительных масс осадков в процессе эволюции известнякового рельефа, играя тем самым решающую контролирующую роль в процессе карстования. Различные отложения, выполняющие пещеры, также сложены в основном этими нерастворимыми осадками (Boglt, 1963/2; Lais, 1941; Kukla - Lozek, 1958).
Самым распространенным инородным включением в известняке, как видно из табл. 6. является карбонат магния, присутствия которого следует ожидать в большинстве известняков. Его количество весьма изменчиво, и в природе наблюдается постепенный переход от химически чистого известняка к химически чистому доломиту, в котором молярное отношение СаСО3 к MgCO3 равно 1:1, что соответствует в весовых процентах отношению 54,35:45,65. Следующими по распространенности компонентами являются SiO2, А12О3 и Fe2O3, но их концентрации ниже, чем концентрации MgCO3. Остальные компоненты встречаются в меньших количествах и реже.
Теоретическое предположение относительно влияния минерального состава на растворимость известняка дает двойственные результаты, как это видно из противоречивых выводов соответствующих расчетов (Ganti, 1957; Marko, 1961). Причина, по-видимому, заключается в том, что различия в составе не всегда сопровождаются различиями в особенностях кристаллического строения и структуры решетки, которые также влияют на динамику растворения. Вот почему первостепенную важность должны приобрести экспериментальные исследования, направленные на сравнение скоростей растворения известных типов известняка в близких условиях.
Из венгерских авторов следует упомянуть Т. Манди и его интересные исследования по сравнительной растворимости известняков разного геологического возраста и верхнетриасового «главного доломита» в водных растворах, насыщенных СО2 при парциальном давлении атмосферы и стекающих по поверхности породы с разным уклоном. Его экспериментальные выводы подтвердили и пролили новый свет на древний догмат практики и теории о том, что растворимость доломита намного меньше, чем растворимость любого известняка. В частности, это несоответствие тем больше, чем длительнее контакт между породой и растворителем (рис. 6).
Скорость растворения триасового «главного доломита» и различных известняков водопроводной водой, насыщенной углекислотой
Далее Т. Манди зарегистрировал большую разбросанность показателей растворимости доломитов из разных мест. К сожалению, он не опубликовал геохимические характеристики образцов известняка я доломита и тем самым затруднил какую-либо оценку причинной связи между растворимостью и составом породы.
Значительно больше по этому вопросу можно узнать у немецких исследователей А. Герштенхауэра и Д. Пфеффера (Gerstenhauer - Pfeffer, 1966), которые правели серию испытаний в лаборатории Института географии университета во Франкфурте-на-Майне с целью окончательного решения данной проблемы. На 46 образцах известняка различного возраста, отобранных в большом числе мест, они впервые провели количественный анализ содержания СаСО3 и MgCO3; затем после измельчения минимум до 2 мм они выдержали образцы в течение 28 часов в воде комнатной температуры, насыщенной СО2 из атмосферного воздуха, и после этого определили скорости растворения. Результаты, полученные со служащей примером тщательностью и с помощью самых современных химических и технических средств, приведены в табл. 7.
Для некоторых образцов А. Герштенхауэр и Д. Пфеффер построили также весьма поучительные диаграммы скорости растворения, охватывающие промежутки времени свыше 28 часов; они представлены на рис. 7.
Как из табл. 7, так и из рис. 7 видно, что контрасты в величине растворимости для разных известняков могут достигать одного порядка величины. Другое интересное наблюдение состоит в том, что сам процесс растворения, видимо, характеризуется специфическими различиями, так как перегибы на диаграммах скоростей растворения для разных образцов не коррелируются.
Чтобы внести ясность во взаимоотношение между составом породы и режимом растворения, А. Герштенхауэром была построена диаграмма зависимости количества СаСО3, находящегося в растворе в течение 28 часов, от процентного содержания СаСО3 в породе (рис. 8). Однако расположение точек, нанесенных таким способом, не обнаружило никакой скрытой закономерности:. Поэтому один из основных выводов данной серии опытов можно сформулировать следующим образом: даже если скорости растворения известняков различного состава действительно проявляют некоторую слабую зависимость от содержания СаСО3 в породе, этот факт сам по себе не способен объяснить разницу в степени растворимости.
Если же рассмотреть приведенные выше скорости растворения в зависимости от содержания в породе MgCО3, а не СаСО3 (рис. 5), то получится гораздо более правильное распределение со сравнительно узкой зоной растворения, охватывающей подавляющее большинство точек. Эта особенность еще более отчетливо видна на диаграмме, где молярное отношение СаСО3 к MgCO3 нанесено по оси абсцисс. Она позволяет сформулировать второй основной вывод из данных опытов: на растворимость известняка решающее влияние оказывает содержание в нем MgCO3, что справедливо даже при низких значениях молярного отношения.
Рис. 9 позволяет также видеть еще одну особенность, а именно то, что растворимость представляет собой обратноэкспоненциальную, а не линейную функцию содержания MgCO3. Другими словами, если при растворении в течение 28 часов концентрация раствора, находящегося в контакте с известняком, содержащим около 1% MgCO3, достигла 40 мг/л, то при содержании MgCO3 от 2 до 5% растворимость упала на половину этой величины; более высокие концентрации MgCO3 не вызывают дальнейшего значительного падения растворимости.
Для того чтобы в приведенных выше экспериментах исключить влияние на растворимость других широко распространенных химических компонентов известняков или по крайней мере объяснить это влияние, с тем чтобы однозначно определить воздействие на растворимость только карбоната магния, А. Герштенхауэр и Д. Пфеффер (Gerstenhauer - Pfeffer, 1966) провели аналогичные опыты по растворению различных смесей химически чистых порошков карбонатов кальция и магния. Заслуживающие внимания результаты этих опытов иллюстрируются рис. 10 и 11; на рис. 10 охвачен диапазон всех возможных концентраций MgCO3, а на рис. 11 более детально показан диапазон от 0 до 10%: именно такое количество MgCO3 входит в состав большей части известняков, встречающихся в природе.
Эти опыты показывают с несомненностью, что растворимость СаСО3, пли, что почти одно и то же, известняка, заметно уменьшается даже при минимальном содержании MgCO3, но что дальнейшее, более значительное, увеличение содержания MgCO3 вызывает непропорционально меньшее уменьшение растворимости.
Сравнение абсолютных значений растворимости, показанных на рис. 10 и 11, с таковыми на рис. 8 и 9 обнаруживает интересную закономерность: растворимость природных известняков, как чистых, так и тех, которые содержат магний, гораздо выше, чем растворимость порошка карбоната кальция или смеси химически чистых порошков карбонатов кальция и магния. Этот, до некоторой степени неожиданный, вывод может быть следствием одной из двух причин: либо некарбонатные примеси в природном известняке способствуют растворимости, либо результаты отражают влияние особенностей кристаллического строения и текстуры природного известняка.
Растворимость в воде при комнатной температуре и атмосферном рСО2 — CaCO3 и MgCO3
Поскольку речь идет об объективной оценке карстовых явлений, мы настоятельно заинтересованы в решении этой проблемы. Поэтому мы использовали аналитические данные А. Герштенхауэра и Д. Пфеффера, приведенные в табл. 7, с тем чтобы вычислить содержание некарбонатных примесей в 46 образцах известняка, внесли их в соответствующую колонку табл. 7 и затем изобразили зависимость растворимости (за 28 часов) от содержания примесей в форме диаграммы (рис. 12).
Значительный разброс точек на рис. 12 свидетельствует о том, что зависимость растворимости от концентрации некарбонатных составных частей не является определяющей. Очевидно, что любое изменение растворимости или каких-либо других связанных с процессом растворения характерных явлений, не обусловленное отношением Ca:Mg, нужно относить за счет другого единственно возможного фактора - влияния специфики текстуры и кристаллической структуры породы.
Имеется и другой аргумент в пользу сказанного, по крайней мере в качестве хотя бы приблизительного объяснения явления. Образцы А. Герштенхауера и Д. Пфеффера № 1, 34, 35 и 45 состоят только из СаСО3 и малого количества MgCO3. Следовательно, способность к растворению этих четырех образцов должна целиком зависеть от отношения Са: Mg, если не брать во внимание текстурные различия. Иными словами, кривые зависимости для этих образцов должны в этом случае совпадать с графиком рис. 11. Истинная ситуация показана для сравнения на рис. 13, составленном авторам настоящей книги.
Расположение четырех точек на рис. 13 ни в коем случае не может быть отнесено за счет химического состава пород, и можно лишь повторить, что, по всей видимости, специфика растворимости обусловлена исключительно воздействиями литоструктуры.
Состав известняка
Химический состав чистых известняков близок к кальциту, где CaO 56% и CO 2 44%. Известняк в ряде случаев включает примеси глинистых минералов , доломита , кварца , реже гипса , пирита и органических остатков, которые определяют название известняков. Доломитизированный известняк содержит от 4 до 17% MgO, мергелистый известняк — от 6 до 21% SiO 2 +R 2 О 3 . Известняк песчанистый и окремнелый имеет примеси кварца, опала и халцедона . Принято отражать в названии известняков также преобладающее присутствие органогенных остатков (мшанковый, водорослевый), либо его структуру (кристаллический, сгустковый, детритусовый), или форму породообразующих частиц (оолитовый, брекчиевидный).
Описание и виды
По структуре выделяют известняки кристаллический, органогенно-обломочный, обломочно-кристаллический (смешанной структуры) и натёчный (травертин). Среди кристаллических известняков по величине зёрен различают крупно-, мелко- и скрытокристаллический (афанитовый), по блеску на изломе — перекристаллизованный (мраморовидный) и кавернозный (травертиновый). Кристаллический известняк — массивный и плотный , слабопористый; травертиновый — кавернозный и сильнопористый. Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк. К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. пишущий) . Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной , малой объёмной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов , линз кремней . Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением . Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.
По макротекстуре и условиям залегания среди известняков различают массивные, горизонтально- и наклоннослоистые, толсто- и тонкоплитчатые, кавернозные, трещиноватые , пятнистые, комковатые, рифовые, фунтиковые, стилолитовые, подводно-оползневые и др. По происхождению выделяют органогенные (биогенные), хемогенные, обломочные и смешанные известняки. Органогенные (биогенные) известняки представляют собой скопления карбонатных остатков или целых скелетных форм морских, реже пресноводных организмов, с небольшой примесью преимущественно карбонатного цемента. Хемогенные известняки возникают в результате осаждения извести с последующей перекристаллизацией карбонатной массы осадков, преимущественно из морской воды (кристаллический известняк) или от натёков из минерализованных (травертин). Обломочные известняки образуются в результате раздробления, смыва и переотложения угловато-окатанных обломков карбонатных и других пород и скелетных остатков, преимущественно в морских бассейнах и на побережьях. Известняки смешанного происхождения представляют собой комплекс отложений, возникших в результате последовательного или параллельного наложения различных процессов образования карбонатных осадков.
Цвет известняков преимущественно белый, светло-серый, желтоватый; присутствие органических, железистых, марганцовистых и других примесей обусловливает тёмно-серую, чёрную, бурую, красноватую и зеленоватую окраску.
Известняк — одна из самых широко распространённых осадочных горных пород; она слагает различные формы рельефа Земли . Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем — от докембрийских до четвертичной; наиболее интенсивное образование известняков происходило в силуре, карбоне, юре и верхнему мелу; составляют 19-22% от всей массы осадочных пород. Мощность толщ известняков чрезвычайно изменчива: от первых сантиметров (в отдельных прослоях отложений) до 5000 м.
Свойства известняка
Физико-механические свойства известняков чрезвычайно неоднородны, но имеют прямую зависимость от их структуры и текстуры. Плотность известняков 2700-2900 кг/м 3 , колеблется в зависимости от содержания примесей доломита, кварца и других минералов. Объёмная масса известняков изменяется от 800 кг/м 3 (у ракушечников и травертина) до 2800 кг/м 3 (у кристаллических известняков). Предел прочности при сжатии известняков колеблется от 0,4 МПа (для ракушечника) до 300 МПа (для кристаллического и афанитового известняка). Во влажном состоянии прочность известняков часто снижается. Для большей части месторождений характерно наличие известняков, не однородных по прочности. Потери на износ, истирание и дробимость увеличиваются, как правило, с уменьшением объёмной массы известняков. Морозостойкость для кристаллических известняков достигает 300-400 циклов, но резко изменяется у известняков иной структуры и зависит от формы и связи пор и трещин в нём. Обрабатываемость известняков имеет прямую связь с их структурой и текстурой. Ракушечник и пористые известняки легко распиливаются и обтёсываются; кристаллические известняки хорошо полируются.
Применение известняка
Известняк имеет универсальное применение в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве. В металлургии известняк служит флюсом. В производстве извести и цемента известняк — главный компонент. Известняк используется в химической и пищевой промышленности: как вспомогательный материал в производстве соды, карбида кальция , минеральных удобрений, стекла, сахара, бумаги. Применяется при очистке нефтепродуктов, сухой перегонке угля, в изготовлении красок, замазок, резины, пластмасс, мыла, лекарств, минеральной ваты, для очистки тканей и обработки кожи, известкования почв.
Известняк — важнейший строительный материал , из него изготовляются облицовочные
Загрузка...