bài giảng phân tích xi măng

Bài 2 PHÁ MẪU XIMĂNG VÀ XÁC ĐỊNH SiO2 Phương pháp khối lượng Trong ximăng thành phần SiO2 qui định từ 20-22% ximăng Poolăng là thành phần dễ hút ẩm, tăng độ dẻo và khả năng dính kết của

Phần III PHÂN TÍCH XIMĂNG

Ximăng là một loại silicát nhân tạo, là chất dính kết dùng làm vật liệu xây dựng, theo phương pháp ướt Xi măng được điều chế từ hai thành phần chủ yếu là đất sét và đá vôi, được nghiền và trộn thành tít bùn theo tỷ lệ thích hợp và nung với than cốc ở 14500C trong lò quay, bán thành phẩm glinke này, sau một tuần ủ để rã hơi vôi, được nghiền với thạch cao CaSO4 với pizơlan và 1 số phụ gia khác

Ximăng có nhiều loại nhưng phổ biến là ximăng pooclăng do nhà máy ximăng Hải Phòng sản xuất

Thành phần hóa học của ximăng pooclăng Hải Phòng :

- Độ ẩm: 0.3-1%

- Lượng MKN: 1-3,5%

- SiO2 : 20-22%

- CaO : 62-68%

- Al2O3:6-8%

…

Trong phần này trình bày cách phân tích các chỉ tiêu trong mẫu Ximăng theo đường lối phân tích hệ thống

Bài 1 XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM VÀ LƯỢNG MẤT KHI NUNG

(Phương pháp khối lượng)

I XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM:

Độ ẩm là hàm lượng nước có trong mẫu hay còn gọi là thuỷ phần

1 Qui trình xác định:

Cân chính xác 1±0,0002g mẫu Ximăng (đã được nghiền mịn) trong chén cân thuỷ tinh (đã biết trước khối lượng) Đem sấy mẫu ở 1050C trong khoảng 2 giờ, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi cân Sấy lại mẫu trên ở cùng nhiệt độ trong khỏang 15 phút, để nguội rồi đem cân Sai số giữa hai lần cân không quá 0,1%

2 Tính kết quả

%W G1 G2 100

G

−

Trong đó:

G1(g): Khối lượng chén và mẫu trước khi nung

G2(g) : Khối lượng chén và mẫu sau khi nung

G(g) : Khối lượng mẫu cân đem xác định

3 Dụng cụ:

- Các dụng cụ thông thường của phòng thí nghiệm

II XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN MẤT KHI NUNG (MKN)

Thành phần mất khi nung trong ximăng chủ yếu là các dạng muối cabonat và sulfat, khi nung ở nhiệt độ cao chúng bị phân hủy Trong kỹ thuật chúng được qui định trong giới hạn 1-3,5%

1 Qui trình xác định :

Cân chính xác 1±0,0002g mẫu Ximăng trong chén nung (mẫu đã được nghiền mịn, sấy ở 1050C trong 1 giờ và để nguội trong bình hút ẩm), đem nung ở 9500C trong thời gian 1 giờ Lấy ra để nguội trong bình hút ẩm tới nhiệt độ phòng rồi đem cân Nung

lại mẫu ở nhiệt độ trên trong khoảng 15 phút và cân lại, sai số giữa hai lần cân không vượt quá 0,1%

2 Tính kết quả

Dựa vào khối lượng mẫu hao hụt trước và sau khi nung ta tính được lượng mất khi nung:

% MKN G1 G2 100

G

−

Trong đó:

G1(g): Khối lượng chén và mẫu trước khi nung

G2(g) : Khối lượng chén và mẫu sau khi nung

G(g) : Khối lượng mẫu cân đem xác định

3 Dụng cụ:

- Các dụng cụ thông thường của phòng thí nghiệm như: tủ sấy, lò nung, chén nung Kết quả được tính theo công thức đã nêu

Bài 2 PHÁ MẪU XIMĂNG VÀ XÁC ĐỊNH SiO2

(Phương pháp khối lượng)

Trong ximăng thành phần SiO2 qui định từ 20-22% (ximăng Poolăng) là thành phần dễ hút ẩm, tăng độ dẻo và khả năng dính kết của ximăng với vật liệu xây dựng Hàm lượng tạp chất không tan thường nhỏ so với hàm lượng SiO2 nên thường gộp chung để xác định

1 Qui trình xác định :

Cân chính xác 1±0,0002 g mẫu bột ximăng (đã được nghiền mịn sấy khô) chuyển vào bát sứ 250ml, tẩm ướt bằng một lượng nước cất thêm 1g NH4Cl tinh thể, 5ml HCl đậm đặc, khuấy đều, đậy nắp cô khô mẫu trên bếp cách thuỷ hoặc cách cát

Khi mẫu đã khô trắng, để nguội thêm 5ml HCl 1/1,7÷8 giọt Gielatin 1%, lắc đều, thêm nước cất sôi rồi đem lọc qua giấy lọc định lượng

Rửa kết tủa vài lần bằng HCl 1% nóng, sau rửa bằng nước cất sôi cho sạch Cl- (thử bằng AgNO3 1%) Dung dịch lọc và nước rửa để nguội, gộp chung và định mức thành

250 ml (dung dịch 1, dùng để xác định Fe3+,Al3+…)

Chuyển giấy lọc chứa kết tủa vào chén nung đã biết trước khối lượng, đem hoá tro trên bếp điện và nung ở 8500C khỏang 1 giờ lấy ra để nguội đem cân nhanh trên cân phân tích

2 Tính kết quả

% SiO2 f a 100

G

= × ×

Trong đó :f=1

a(g)= KL chén và mẫu sau khi nung-KL chén nung (khối lượng dạng cân SiO2) G(g) : Khối lượng mẫu cân

3 Hoá chất:

- HCl đặc, 1%

- NH4Cl tinh thể

- AgNO3 1%

- Keo dịch Gelatin 1% (pha bằng nước cất nóng 700C)

Bài 3 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN R2O3

(Phương pháp khối lượng)

Thành phần R2O3 còn gọi là ôxit tam nhị bao gồm Fe2O3, Al2O3 và TiO2 Trong mẫu ximăng hàm lượng TiO2 thấp nên chủ yếu là Fe2O3 và Al2O3 Ta xác định tổng 2 lượng Oxit này theo phương pháp khối lượng

1 Qui trình xác định

Hút 50ml dung dịch 1 (dung dịch sau khi loại bỏ keo silic) chuyển vào cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 250ml, thêm 5-6 giọt HNO3 đậm đặc, đun sôi nhẹ trong vài phút

Thêm nuớc cất tới thể tích chung khoảng 100ml và 1g NH4Cl Đun nóng già dung dịch, cho thêm 1-2 giọt chỉ thị MR 0,1%, trung hoà dung dịch bằng NH4OH 10% tới khi dung dịch có màu vàng nhạt, cho dư 1ml NH4OH 10% nữa Đun nóng già dung dịch, đem lọc nóng kết tủa trên giấy lọc định lượng băng xanh vào bình định mức 250ml

Rửa sơ bộ kết tủa vài lần bằng dung dịch NH4NO3 1%, nóng (có thêm vài giọt

NH4OH), sau rửa lại bằng nước cất nóng cho sạch Cl- (thử bằng AgNO3) Định mức dung dịch lọc thành 250ml (dung dịch 2), dung dịch này dùng để xác định Ca2+, Mg2+ …

Chuyển giấy lọc chứa kết tủa vào chén nung, hoá tro trên bếp điện rồi nung ở

8500C khoảng 2h, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm tới nhiệt độ phòng rồi đem cân

2 Tính kết quả

% 2 3 đm 100

xđ

V a

R O f

G V

Trong đó: f= 1

a(g): khối lượng dạng cân R2O3

G(g): khối lượng mẫu cân

Vđm(ml): Thể tích định mức của dung dịch mẫu sau khi loại bỏ keo silic

Vxđ (ml): Thể tích dung dịch mẫu đem xác định

3 Hóa chất

- HNO3 đặc

- NH4OH 10%

- NH4Cl tinh thể

- Uretropin 10%

- MR 0,1% trong cồn 600

Bài 4 XÁC ĐỊNH THÀNH Fe2O3

(Phương pháp oxy hoá khử, kỹ thuật chuẩn độ trực tiếp)

Trong ximăng hàm lượng sắt thường chiếm khoảng 2,5-4%, được đưa vào từ nguyên liệu đầu (đất sét, đá vôi)

Nếu hàm lượng Fe2O3 lớn sẽ làm giảm độ bền cơ học cho ximăng, làm cho ximăng đóng rắn chậm

Trong phân tích hệ thống, thường xác định bằng phương pháp phức chất hay phương pháp oxy hoá khử KMnO4 hoặc K2Cr2O7

I XÁC ĐỊNH Fe2O3 THEO PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA KHỬ KMNO4

1 Qui trình xác định:

Hút 25-50ml dung dịch 1 chuyển vào cốc thuỷ tinh 250ml, thêm 7-8 giọt HNO3

đun sôi nhẹ vài phút Để dung dịch nguội bớt thêm 1-2 giọt MR 0,1%, dùng NaOH 1N

trung hòa tới màu vàng, đun sôi nhẹ vài phút rồi lọc nóng qua giấy lọc dày Rửa kết tủa cho sạch Cl-

Hoà tan kết tủa trên giấy lọc vào bình tam giác 250ml bằng 10ml HCl 1/1, nóng Rửa kết tủa bằng nước cất nóng cho hết màu vàng

Chuyển bình mẫu lên nền trắng, cho từ từ từng giọt SnCl2 10% lắc tới khi mất màu vàng, cho thêm 2-3 giọt SnCl2 nữa dung dịch phải trong suốt không màu, làm nguội dung dịch trong chậu nước lạnh, thêm nước cất tới thể tích chung 150ml Thêm nhanh 10ml HgCl2 bão hoà (6%), dung dịch xuất hiện vân lụa trắng

Cho thêm vào dung dịch 20ml hỗn hợp bảo vệ, đem chuẩn bằng KMnO4 đến xuất hiện màu hồng nhạt

2 Tính kết quả

2 3

2 3

.

xđ

Fe O

Trong đó:

N: Nồng độ dung dịch KMnO4 tiêu chuẩn V(ml): thể tích dung dịch KMnO4 tiêu tốn

G(g): khối lượng mẫu cân

Vđm(ml): thể tích định mức của dung dịch mẫu sau khi loại SiO2

Vxđ(ml): thể tích dung dịch mẫu đem đi xác định

3 Hoá chất:

- HNO3 đặc

- HCl đặc

- NH4Cl tinh thể

- NH4NO3 3%

- SnCl2 10%

- KMnO4 0,02-0,05N

- Hỗn hợp bảo vệ MnSO4+H2SO4+ H3PO4: Cân 30g MnSO4 pha trong 350ml nước cất thêm 65ml H3PO4 và 65ml H2SO4

-H2C2O4 hiệu chuẩn nồng độ KMnO4

II XÁC ĐỊNH Fe2O3 THEO PHƯƠNG PHÁP PHỨC CHẤT

1 Qui trình xác định:

Hút chính xác 20-25ml dung dịch 1 chuyển vào bình nón 250ml, thêm 7-8 giọt HNO3 đặc, đun sôi nhẹ dung dịch khoảng 5 phút Để nguội dung dịch, dùng NaOH 2N trung hòa tới khi vừa xuất hiện vẫn đục, dùng HCl 1N axit hóa tới trong suốt, thêm nước cất đến thể tích chung 100ml

Thêm 7-8 giọt chỉ thị H2SSal 10%, đun nóng dung dịch 70-800C rồi đem chuẩn bằng EDTA 0,02N tới khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang màu vàng nhạt (hoặc không màu nếu hàm lượng sắt thấp)

Ghi thể tích EDTA tiêu tốn, tính kết quả theo công thức đã nêu

Dung dịch chuẩn xong giữ lại để xác định Al3+ theo phương pháp phức chất, chuẩn

độ đồng thời với Fe3+

2 Tính kết quả

2 3

2 3

.

xđ

Fe O

Trong đó :

2 3

3

2.10

Fe O

M mĐg =

Fe 2 O 3

3 10 4

3

2O Fe

M mĐg =

Fe 2 O 3

N: Nồng độ dung dịch EDTA tiêu chuẩn V(ml): thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn

G(g): khối lượng mẫu cân

Vđm(ml): thể tích định mức của dung dịch mẫu sau khi loại SiO2

Vxđ(ml): thể tích dung dịch mẫu đem đi xác định

3 Hoá chất:

-EDTA 0,02N

-HNO3 đặc

-NaOH 2N

-HCl 1N -H2SSal 10%

-CaCO3 để hiệu chuẩn nồng độ EDTA

Bài 5 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN Al2O3

I XÁC ĐỊNH %AL 2 O 3 THEO PHƯƠNG PHÁP HIỆU SỐ:

Trong phân tích hệ thống Al2O3 được tính sau khi đã xác định Fe2O3 như sau :

%Al2O3 = %R2O3 - %Fe2O3

Phương pháp này cho kết quả đánh tin cậy, hàm lượng TiO2 chỉ là vết nên không ảnh hưởng đến kết quả tính toán nhiều

II XÁC ĐỊNH Al 2 O 3 THEO PHƯƠNG PHÁP PHỨC CHẤT:

Phương pháp này chỉ dùng khi hàm lượng Al203 < 3%

1 Chuẩn dộ đồng thời với Fe 3+ :

a Qui trình xác định

Dung dịch mẫu sau khi đã xác định Fe3+ theo phương pháp phức chất, cho dư chính xác 10ml EDTA 0,05N, thêm 1 giọt MO 0,2% rồi dùng NH4OH 1% trung hoà tới màu vàng

Thêm 10ml đệm acetat, đun sôi nhẹ vài phút rồi để nguội đến nhiệt độ phòng, thêm 3-4 giọt chỉ thị Xylenon da cam 1%, chuẩn bằng Zn(Ac)2 0,05N đến khi xuất hiện màu hồng nhạt (hoặc thêm mỗi loại từ 6-7 giọt chỉ thị Feri 0,2%, Fero 0,1%, Bezidin 1%

và chuẩn đến khi dung dịch xuất hiện màu xanh thẫm)

b Tính kết quả

2 3

xđ

Al O

−

2 3 4.1000

Al O

Al O

M mÐg =

N1: Nồng độ dung dịch EDTA tiêu chuẩn

V1(ml): Thể tích dung dịch EDTA cho dư

N2 : Nồng độ dung dịch Zn2+ tiêu chuẩn

V2(ml): Thể tích dung dịch Zn2+ chuẩn phần dư EDTA

G(g): Khối lượng mẫu cân

Vđm(ml): Thể tích định mức của dung dịch mẫu

Vxđ(ml): Thể tích dung dịch mẫu đem đi xác định

c Hoá chất:

- EDTA 0,05N (1000ml)

- Zn(Ac) 0,05N(1000ml)

- NH4OH 1%

- MO 0,2%

- Xylenon da cam 1%

2 Chuẩn riêng phần có NaF tham gia:

a Qui trình xác định:

Hút chính xác 25ml dung dịch 1 chuyển vào bình nón 250ml, thêm 3-4 giọt HNO3

đặc, đun sôi nhẹ vài phút, thêm 10ml EDTA 1% và 1 giọt MO 0,2% dùng NH4OH 10% trung hòa tới màu vàng, thêm 15ml đệm acetat, đun sôi nhẹ dung dịch vài phút rồi để nguội tới nhiệt độ phòng

Thêm 3-4 gịot Xylenol da cam 1%, dùng Zn(Ac)2 0,05N loại trừ chính xác lượng EDTA dư tới khi dung dịch có màu hồng nhạt

Thêm 10ml NaF bão hòa, đun sôi nhẹ vài phút, để nguội dung dịch tới nhiệt độ phòng, thêm lượng chỉ thị Xylenol da cam như trên rồi chuẩn bằng Zn(Ac)2 0,05N tới khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt Ghi thể tích Zn(Ac)2 dùng để chuẩn độ

b Tính kết quả

2 3

2 3

.

% Al O đm 100 0, 638

xđ

Al O

Trong đó: 2 3

2 3 4.1000

Al O

Al O

M mÐg =

N: nồng độ đương lượng của Zn(Ac)2 V(ml): thể tích dung dịch Zn(Ac)2 G(g): khối lượng mẫu cân

Vđm(ml): Thể tích định mức của dung dịch mẫu

Vxđ(ml): Thể tích dung dịch mẫu đem đi xác định

0,638: hàm lượng TiO2 được tính đổi từ Al2O3 bằng công thức: 2 3

2

Al O TiO

M M

c Hóa chất.

- Dung dịch EDTA 0,0N

- Dung dịch NaF bão hoà

- Dung dịch NH4OH 10%

- Dung dịch Đệm Acetat

- Dung dịch dung dịch Zn(Ac)2 0,05N

- Chỉ thị Xylenol da cam 1%

- Chỉ thị MO 0,2%

Bài 6 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CaO

(Phương pháp phức chất)

Trong ximăng Pooclang CaO 62-68% là thành phần oxyt chủ yếu quyết định độ cứng của xi măng khi sử dụng CaO tăng tính bền cơ học cho ximăng Trong ximăng CaO có thể tồn tại ở 2 dạng: tự do và kết hợp

Đối với CaO tự do: có thể xác đinh thành phần này bằng cách hoà tan mẫu trong glycerin sạch để tạo thành canxi glyxerat Rồi chuẩn thành phần này bằng axit benzoic theo chỉ thị PP

Để xác định CaO chung người ta dùng phương pháp thể tích oxalat họăc phương pháp phức chất ở đây ta dùng phương pháp phức chất

1 Qui trình xác định

Hút chính xác 50ml dung dịch 2 (sau khi loại bỏ R2O3) chuyển vào bình nón 250ml, dùng NaOH 2N điều chỉnh môi trường đến pH=12, thêm một ít chỉ thị Murexit

1%, lắc đều đem chuẩn bằng EDTA 0,02N đến khi dung dịch chuyển từ màu đỏ tím sang tím hoa cà Ghi thể tích EDTA tiêu tốn (V1)

2 Tính kết quả

1 2

.

CaO

Trong đó:

2.1000

CaO CaO

M mÐg =

N: Nồng độ dung dịch EDTA tiêu chuẩn V(ml): Thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn G(g): Khối lượng mẫu cân

Vđm1(ml): Thể tích định mức của dung dịch mẫu sau khi loại bỏ keo silic

Vxđ1(ml): Thể tích dung dịch mẫu đem đi kết tủa R2O3

Vđm2(ml): Thể tích định mức của dung dịch mẫu sau khi kết tủa R2O3

Vxđ2(ml): Thể tích dung dịch mẫu đem đi xác định

3 Hóa chất

-EDTA 0,02N

-NaOH 2N -Murexit 1% (pha trong KCl hoặc khan)-CaCO3 thiết lập nồng độ EDTA

Bài 7 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN MgO

(Phương pháp phức chất)

Hàm lượng MgO trong ximăng từ 1-4% Khi nung glinke có mặt MgO các phản ứng phân huỷ diễn ra chậm Nhưng khi sử dụng ximăng MgO hút nước tạo thành Mg(OH)2 làm thể tích ximăng tăng, quá trình trộn ximăng với vôi sữa sẽ đồng đều

1 Qui trình xác định

Hút chính xác 50ml dung dịch 2 (sau khi loại bỏ R2O3) chuyển vào bình nón 250ml, thêm 5ml đệm amôn và một ít chỉ thị ETOO 1%, lắc đều đem chuẩn bằng EDTA 0,02N đến khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang màu xanh lục Ghi thể tích EDTA tiêu tốn (V2)

2 Tính kết quả

MgO

−

Trong đó:

2.1000

MgO MgO

M mÐg =

N: Nồng độ dung dịch EDTA tiêu chuẩn

V1(ml): Thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn cho mẫu chuẩn độ Ca2+ riêng phần (bài 6)

V2(ml): Thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn cho mẫu chuẩn độ tổng lượng Ca2+ và Mg2+

G(g): Khối lượng mẫu cân

Vđm1(ml): Thể tích định mức của dung dịch mẫu sau khi loại bỏ keo silic

Vxđ1(ml): Thể tích dung dịch mẫu đem đi kết tủa R2O3

Vđm2(ml): Thể tích định mức của dung dịch mẫu sau khi kết tủa R2O3

Vxđ2(ml): Thể tích dung dịch mẫu đem đi xác định

3 Hóa chất

-EDTA 0,02N

-Đệm amôn

-ETOO 1% (pha trong KCl hoặc khan) -CaCO3 thiết lập nồng độ EDTA

Bài 8 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN SO3

(Phương pháp chuẩn độ Iôt)

Trong sản xuất ximăng người ta thường cho thêm vào một lượng thạch cao CaSO4

vào bán thành phẩm Glinke Sự có mặt của thạch cao làm cho ximăng trong xây dựng không bị nứt mạch xây, trát chống khô, giảm độ đông quánh, lượng thạch cao thêm vào khoảng 3-4%, tính ra theo SO3 khoảng 1,4-1,8% Trong phân tích công nghiệp người ta xác định thành phần này bằng phương pháp chuẩn độ Iôt

1 Qui trình xác định.

Cân chính xác 0,2g mẫu Ximăng (mẫu đã được nghiền mịn, sấy kỹ ở 1050C), chuyển vào cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 250ml, thêm 10ml nước cất và 2ml HCl 1/1, đun sôi mẫu trong 5 phút, thêm 2ml HNO3 đặc, đun sôi tiếp dung dịch 2 phút nữa

Lấy dung dịch ra cho từng giọt huyền phù BaCrO4 0,05N tới khi dung dịch có màu

da cam ( khoảng 2ml ), đun sôi nhẹ dung dịch khoảng vài phút, khuấy kỹ

Để nguội bớt cốc mẫu, dùng NH4OH 10% trung hòa tới khi dung dịch có màu vàng chanh (pH=6), cho dư 2-3 giọt NH4OH nữa, đun nhẹ dung dịch

Lọc kết tủa qua giấy lọc dày, rửa kết tủa bằng NH4OH 1% cho sạch ion CrO4- (thử bằng AgNO3)

Dung dịch lọc và rửa gộp chung vào bình nón nút mài, thêm 10ml HCl 1/1 và 10ml KI 5%, lắc đều để trong bóng tối 5 phút

Chuẩn dung dịch bằng Na2S2O3 0,02N tới khi có màu vàng rơm của dung dịch thì thêm 1ml hồ tinh bột tiếp tục chuẩn đến mất màu xanh

2 Tính kết quả

3

3

.

G

3 3.1000

SO SO

M mÐg =

N: nồng đồ dung dịch Na2S2O3 tiêu chuẩn

V(ml): Thể tích dung dịch Na2S2O3 tiêu tốn

G(g): Khối lượng mẫu cân

3 Hóa chất

-HNO3 đặc

-HCl đặc 1/1

-NH4OH 10%

-Huyền phù BaCrO4:

Cân 24,4g BaCl2.2H2Opha thành 500ml (dung dịch có nồng độ 0,2M)

Cân 19,4g K2CrO4 pha thành 500ml (dung dịch có nồng độ0,2M)

Đun nóng hai dung dịch sau đó cho từ từ dung dịch K2CrO4 vào dung dịch BaCl2

không được cho ngược lại, vừa cho vừa khuấy mạnh, để lắng 1 giờ lọc, rửa lắng gạn cho đến khi dung dịch lọc không còn màu vàng Chuyển kết tủa vào chai nâu đổ nước cất ngập kết tủa 1cm Khi dùng phải khuấy đều và lấy cả phần nước lẫn phần kết tủa

-Na2S2O3 0,02N

-KI 5%

-Hồ tinh bột 1%

-K2Cr2O7 0,02N để hiệu chuẩn nồng độ Na2S2O3