Глина-современный конструкционный материал
проект по химии (10 класс) на тему

Республиканская научно-практическая конференция школьников

«Первые шаги в науку»

Направление: Химия

Название работы:

«Глина современный конструкционный материал»

Авторы работы: Джачаева Джиргал 

                               Застонова Инжира

Место выполнения работы: МОУ «Чкаловская средняя общеобразовательная школа»

Руководитель: Шевелева В.Б., учитель химии и географии

2011 год

Аннотация

   В научно-исследовательской работе по теме «Глина – современный конструкционный материал» представлена краткая информация происхождения глины и его состав.

   Объектом исследования взяли глину на территории поселка Чкаловский Кетченеровского района.

   В исследовании использовали весовой и объемный методы анализа. Исследование включает определение оксидов: железа, алюминия, кальция, магния, титана. Этих данных достаточно для расчета основных компонентов исследования глины. Анализируя результаты исследования, пришли к выводу: местные глины пригодны для производства кирпича, отсюда следует, что возможно на территории поселка строительство завода по производству красного кирпича. В заключение своей работой мы хотим обратить внимание руководства нашей республики на нашу проблему. У нас в районе есть строительный материал – песок, глина для строительства кирпича. Проблема обеспечения республики красным кирпичом будет решена при строительстве кирпичного завода в Кетченерах.

Содержание

1. Введение …………………………………………………………4
2. Глава I. Глины: происхождение, состав………………………..6
3. Глава II. Сведения о кирпичном сырье Кетченеровского района Республики Калмыкии………………………………………….…...13
4. Глава III. Химический состав местной глины…………….......18
5. Заключение…………………………………………………..….24
6. Список использованной литературы……………………….…26

Введение

    «Знай и люби свой край» - под таким девизом работала поисковая группа МОУ «Чкаловская средняя общеобразовательная школа» Кетченеровского района. Руководила научно-исследовательской группой учитель географии и химии Шевелева Валентина Батлаевна. Мы выяснили, что еще до основания в 1934 году совхоза № 113 имени Юркина (ныне СПК имени Чкалова) на территории села уже работал мини-завод по производству красного кирпича.

   Для выпуска этого ценного строительного материала в восточной части села есть основной компонент – глина, песок. Мини-завод, но скорее это был цех, располагался  в той части села, непосредственно у песчаного карьера. Техника производства кирпича была примитивной и трудоемкой. Формовали кирпич в ручную, сушили только летом, обжигали в напольных печах.

   Бригада состояла из нескольких человек, ее возглавлял Гаря Улюмджиевич Олцаев, рабочими были Хечи и Болдыр Умкеевы, Азд Амтеев, Бата Батнасунов, Джона Лиджиев. В день бригада производила до ста штук кирпичей. На первый и последний кирпичи одной партии выбивали маркировку «Совхоз №113 – Ю» или год открытия мини-цеха (1934 год), доказательством чего, являются наши находки. Размеры были стандартными - 22×12×6 см.

   Мы встречались со старожилами села, нам помогали также дедушки и бабушки. Произвели раскопки на месте старых домов и нашли образцы кирпича мини-цеха. Эти кирпичи не потеряли своего свойства, люди до сих пор используют кирпичи для ремонта и даже закладки новых печей. Этот самый чкаловский кирпич, ныне – историческая ценность для юных краеведов и всех жителей села.

   Однако, по-нашему мнению, химическим методам изучения строительных материалов не уделяется должного внимания, поскольку, имея сырье для строительных материалов, мы не производим у себя в районе, в республике, а завозим их из соседних регионов, что понимается нами как проблема исследования. На сегодня эта проблема актуальна.

Нахождение путей решения этой проблемы и стало целью нашего исследования.

   Объектом нашего исследования стал красный кирпич, местная глина, которую использовали для производства кирпича.        

   В соответствии с вышесказанным, мы определились с задачами своего исследования:

                    1) Определение химического состава местной глины;

                    2)Привлечь внимание руководства Республики Калмыкия для более тщательного изучения сырья для строительных материалов. Так как химический состав глины является их основной составной характеристикой и в значительной мере определяет их промышленное значение в производстве кирпича.

Местные глины – доступное и дешевое силикатное сырье, используемое для производства кирпича, художественной керамики, керамзита, облицовочной плитки и электротехнического фарфора.

Глава I. Глина: происхождение и состав

Слово «глина» имеет два значения. Глинами называют определенные виды горных пород и тонкодисперсные фракции глинистой породы. Во втором случае проводят различие между собственно глинистой частью породы и включениями, которые входят в состав глинистой горной породы. Глинистым сырьем служат тонкообломочные горные породы в рыхлом, пастообразном или уплотненном состоянии.

Советский ученый профессор П.А. Земятченский, работы которого сыграли видную роль в изучении глин как исходного продукта для получения кирпича, керамических изделии, дал следующее определение глины: «Глиной называется землистые минеральные массы или землистые обломочные горные породы, способные водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющие приданную ему форму, после обжига получающее твердость камня»

При обжиге до соответствующей температуры они теряют химически связанную воду и при дальнейшем повышении температуры приобретают механическую прочность, свойственную камню.

На формирование глины оказали влияние как и внешние, так и внутренние процессы.

Образовавшиеся глинистые минералы в зависимости от местных условий либо оставались на месте образования, либо  переносились водой, льдом или ветром в другие места. В первом случае глины называют остаточными или первичными, во втором – осадочном или вторичными.

Остаточными (первичные) глины обычно характеризуют непостоянством состава. Осадочные (вторичные) глины обычно более равномерно по составу и свойствам. Различают делювиальные, ледниковые, лёссовидные осадочные глины.

По отношению к высоким температурам различают глины трех групп: огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

Огнеупорные глины обладают высокой огнеупорностью (1580С).

Тугоплавкие глины обладают огнеупорностью от 1350С до 1580С.

(канализационных труб, облицовочного кирпича)

Легкоплавкие глины – ниже 1350С. Эти глины наиболее разнообразные по составу: они имеют примеси песка, известняка, оксида железа, органических веществ. Их применяют для производства кирпича, блоков, черепиц.

   Республика Калмыкия расположена между 44°40’  и 47°35’ северной широты и 40°10’ и 44°50’ восточной долготы. Наибольшая протяженность ее с севера на юг 448 км, с запада на восток – 423 км, а общая площадь – 75900 км². По природно-геологическим условиям территория Калмыкии разделяется на три района:

1. Ергенинская возвышенность;
2. Прикаспийская низменность;
3. Долина Маныча.

   Ергенинская возвышенность занимает западную окраину республики. Ергени представляют собой самую древнюю сушу на территории Калмыкии. Она образовалась в середине третичного периода. Высота Ергеней 150-200 метров над уровнем моря. Водораздельный гребень плоский, а склон к Прикаспийской низменности изрезан глубокими и широкими балками. Имеются здесь и долины небольших речек, наиболее значительной из которых является река Яшкуль.

   Ергени сложены различными горными породами третичного возраста, перекрытые слоем более молодых, четвертичных отложений. Эти отложения представлены лессовидными суглинками, которые являются почвообразующей породой, а третичные отложения выходят на поверхность только на склонах балок. Наиболее распространенные из третичных отложений – соленосные глины, известняки и богатые пресной водой пески.

Наша республика богата песками. Это так называемые ергенинские пески, которые распространены на значительной площади Ергенинской возвышенности в западной части республики.

   Специальному изучению пески подвергали редко и все месторождения песков были выявлены в процессе геологического картирования и поисков других полезных ископаемых.                                                                                                        

   Учитывая довольно однообразный состав ергенинских песков, можно предполагать, что пески аналогичного состава могут быть выявлены и в других районах. Пески для стекольного производства не изучались, но представляют интерес, так как содержание кремнезема довольно высокое, достигающее 97-98%, а окиси железа – не превышает 0,32-0,4%. Сырьевые ресурсы республики позволяют созданию заводов по производству кирпича.

Однако в настоящее время эксплуатируется только 4 месторождения – Башатинское, Сарпинское, Элистинское I и Каспийское. Остальные месторождения пока не используются и являются резервными.

   Проверка качества пород путем изготовления и испытания продукции в производственных и полупроизводственных условиях показала пригодность суглинков и глин для изготовления кирпича марок от «75» до «150» при соблюдении следующих условий:

а) составлении сырьевой смеси по рекомендации предприятия, проводившего полузаводские или заводские испытания;

б) проведении тщательной обработки сырья на бегунах мокрого помола и вальцах тонкого помола;

в) изготовлении кирпича методом пластического формования;

г) проведении сушки сырца в естественных условиях;

д) соблюдении оптимальной температуры обжига 950-980°С.

    В некоторых случаях (Бурунное месторождение) кирпич после обжига рекомендуется подвергать замачиванию в течение 5-10 мин.

   Прикаспийская низменность  представлена на территории Калмыкии своей северо-западной окраиной. Она занимает большую часть площади республики. Суша начала опускаться здесь в середине третичного периода. За это время низменность неоднократно затапливалась морскими водами во время трансгрессий, а во время регрессий уровень моря понижался, низменность освобождалась от воды. В настоящее время Прикаспийская низменность представляет собой очень плоскую равнину без долин и балок, так как во время трансгрессий морские осадки постепенно заполнили,       сгладили все неровности. Равнина имеет очень слабый наклон на юго-восток. Самые высокие части ее поднимаются на 15-20 метров над уровнем океана, а большая часть лежит ниже этого уровня.

   Однако при кажущемся однообразии, рельеф отдельных участков низменности сильно различается, что связано с неодинаковым геологическим возрастом этих участков. Последняя трансгрессия, при которой была затоплена вся низменность и море доходило до подножья Ергеней, была в нижнехвалынское время четвертичного периода. Море, отступая, оставило отложения тяжелых глин шоколадного цвета. Они встречаются на всем протяжении низменности, но на поверхность выходят только в северо-западном районе Калмыкии, на территории нынешних Малодербетовского и Приозерного районов.

   На всей остальной части низменности они перекрыты отложениями следующей, верхневалынской трансгрессии, при которой море доходило не до подножья Ергеней, а только до линии, имеющей сейчас высотные отметки не более 3 метров над уровнем океана. Отложения верхневалынского моря имеют гораздо более легкий механический состав, главным образом песчаный.

   Тяжелые нижнехвалынские глины образовали на северо-западе Калмыкии очень плоскую равнину с большим количеством замкнутых понижений разной величины и формы  - от незначительных «блюдец» до обширных лиманов. «Блюдца» имеют диаметр в несколько метров и глубину в несколько сантиметров, площадь же лиманов достигает нескольких сот гектаров при глубине до 1-1,5 метра. Все эти понижения имеют осадочное происхождение – они образовались от оседания грунта в результате выщелачивания солей дождевыми и талыми водами.

   Другой характер рельефа сформировался на участках равнины, покрытых песчаными отложениями верхневалынского моря. Пески переносились ветром и образовывали длинные гряды, вытянутые в соответствии с направлением господствующих ветров. Помимо осадочных понижений на Прикаспийской низменности имеются многочисленные бессточные понижения другого происхождения. Это большие лиманы и озера, вытянутые цепочкой вдоль Ергеней и в Сарпинско-Даванской ложбине, пересекающей северную и среднюю часть низменности. Сюда же относится группа Состинских соленых озер на юго-западе.

   Происхождение всех этих понижений различно. Одни из них представляют собой бывшие заливы и лагуны отступавшего моря, а другие являются остатками рукава Волги, в который превращалась временами Сарпинско-Даванская ложбина. Самая восточная, непосредственно прилегающая  к Каспию полоса низменности пережила еще одну, новокаспийскую трансгрессию. Эта полоса имеет самые низкие абсолютные отметки и характеризуется засоленностью песков и близостью грунтовых вод. В настоящее время происходит формирование еще одного участка низменности – новой суши, появившейся в результате быстрого понижения уровня Каспийского моря. Местами море отступило 10-15 км от берега, обнажив полосу песчаной суши.

   Таким образом, район Прикаспийской низменности может быть разделен на пять подрайонов:

1. Северо-западный плоскоравнинный с просадочными лиманами, сложенный тяжелыми глинами.
2. Приергенинско-Сарпинско-Даванский, сложенный легкими суглинками и характеризуемый наличием больших озер и лиманов.
3. Юго-восточный подрайон волнистых и гривистых равнин, сложенных песками и супесями, и отдельных массивов развеянных бугристых песков.
4. Прикаспийский – с засоленными грядовыми и бугристыми песками и близким уровнем залегания грунтовых вод.
5. Плоскоравнинный подрайон «Новой суши».

Долина Маныча расположена на юго-западе Калмыкии и образует как бы отросток, заходящий далеко на запад. Манычская впадина с середины третичного периода много раз заливалась морскими водами и становилась проливом, соединяющим Каспийское море с Черным. В периоды регрессий, когда впадина освобождалась от воды, в  ней формировались две речные долины западного и восточного Маныча. Первый – впадает в Дон и относится к бассейну Черного моря, а второй сливается с Кумой и принадлежит бассейну Каспия. На территории Калмыкии находится левый берег восточного Маныча, небольшой участок правого берега западного Маныча, и длинная полоса на левом его берегу. В долине западного Маныча имеются пойменная терраса, заполненная в настоящее время водами Пролетарского водохранилища, и три надпойменные террасы, из которых вторая сохранилась на обоих берегах, а первая и третья в значительной степени разрушены. Вторая надпойменная терраса представляет собой равнину с ясно выраженной продольной волнистостью. На восточном Маныче надпойменные террасы неясно отграничены друг от друга, а часть пойменной террасы занята водами Чограйского водохранилища. Берега водохранилища представляют собой плоскую равнину с очень пологой волнистостью. На гребнях гряд часто встречаются цепочки курганов. Надпойменные террасы восточного и западного Маныча сложены главным образом суглинками. Породы с более легким и более тяжелым механическим составом встречаются редко.

Содержание важнейших окислов, входящих в состав легкоплавких глин, находятся в следующих пределах (в %): оксид кремния – 60-80%, глинозема вместе с оксидом титана – 5-20%, окиси железа – 3-10%, оксид кальция – 0-2,5%, оксид магния – 0-3%, оксиды щелочных металлов –

1-5%.

Кремнезем – окись кремния находится в глинах в связанном и свободном состояниях. Связанный кремнезем входит в состав глинообразующих минералов. В свободном виде кварцевого песка и тонких пылевидных частиц (шлюфа).

Глинозем – оксид алюминия, находится в глине в связанном состоянии, участвуя в составе глинообразующих минералов и слюдестых примесей. Он тугоплавок из окислов. С повышением содержания глинозема, как правило, повышает пластичность глины, возраст, прочность сформировавших сухих и обожженных изделий.

Окислы щелочных металлов ослабляют красящие действия оксида железа и оксида титана. Химический состав глины является их основной характеристикой и в значительной мере определяет их промышленное значение  в производстве кирпича.

Глава II. Сведения о кирпичном сырье Кетченеровского района Республики Калмыкия

   Первые сведения геологического характера о районе залежей кирпично-черепичного сырья в Кетченеровском (ранее Приозерном) районе относятся ко второй половине XIX и началу XX века.  Они носили в основном  региональный характер и связаны с именами И.В. Мушкетова, Н.Л. Архангельского, Н.И. Андрусова и др. В 20-30-х годах прошлого столетия исследованиями  Н.А. Православлева, М.М. Жукова, Ф.Ф. Голицина и др. было положено начало изучения третичных и четвертичных отложений описываемого района.

   Планомерное изучение геологического строения данной территории было начато в 1948году. Ергенинской гидрогеологической экспедицией, которая проводила геолого-геоморфологическую съемку масштаба 1:200 000. Материалы этой экспедиции (П.Г. Германов, В.М. Каклюшина, Г.М. Богарсукова) не потеряли своего значения до настоящего времени и являются основными  при проектировании специализированных геологических и гидрогеологических работ.

   Учитывая  опыт местного населения по изготовлению кирпича глиняного  в условиях естественной сушки,  обжига  его в примитивных напольных печах и получения высоко прочного кирпича, работы по изучению кирпичного сырья данного района было продолжены в 50-60-е годы.

   В 1958году отрядом Ростовской комплексной геологической экспедиции под руководством геолога Е.Н. Юнкина были проведены поиски и предварительная разведка месторождения кирпичного сырья в районе с. Сухотинское (ныне Кетченеры). В 1959г. отрядом Элистинской КГРП была выполнена детальная разведка   на Сухотинском-II   месторождении кирпичного сырья.

   Залежи кирпичного сырья в районе поселка Чкаловский, расположенного на незначительном расстоянии от Сухотинского-II   месторождения, имеет  одинаковое  геологическое строение с кирпичным сырьем данного месторождения.  Так как представления о геологическом строении описываемого района не претерпели существенных изменений, то геологическую характеристику изученного Сухотинского-II месторождения можно принять идентичной кирпичному сырью в районе пос. Чкаловский Кетченеровского района. В геологическом строении района принимают участие палеогеновые и четвертичные отложения. Стратиграфически  Сухотинское-II  месторождение приурочено к эллювиально-деллювиальным суглинкам четвертичного возраста. Отложения третичного возраста обнажаются лишь на восточном склоне Ергеней глубоковрезанными балками и оврагами. Четвертичные отложения имеют повсеместное распространение, покрывая чехлом палеогеновые образования.

   Полезная толща месторождения представлена желто-бурыми легкими и средними  суглинками с мучнистыми включениями карбонатов, кристаллов гипса и обломков известняка и песчаника. Мощность суглинков колеблется от 3,5м до 9,9м, в среднем составляя 7м. По петрографическому определению суглинки относятся к типу полиминеральных известковистых  алевритистых глин.Микроскопически основная глиняная масса  неоднородна: хлопьевидные скопления глинистого вещества местами дисперсно пронизаны  бурым микрозернистым карбонатом, имеют место также скопления пачек бесцветного бурого каолинита. Алевритисто-песчаный материал представлен зернами кварца, а также полевых шпатов, роговой обманки, циркона. Текстура породы струйчато-беспорядочная, участками пятнистая. Описанные покровно-делювиальные суглинки явились объектом разведки на кирпичное сырье. Перекрываются суглинки почвенно-растительным  слоем мощностью 0,1-0,3м.

   По своему составу и свойствам полезная толща представлена сравнительно однородными суглинками рыхлой структуры. По пластичности сырье – умеренно и мало пластичное. При этом, в разрезе        скважин верхняя половина полезной толщи обычно представлена мало пластичными суглинками, а нижняя часть толщи – умеренно пластичная.  При разработке сырья одним уступом (в 8 метров) будет происходить  перемешивание всей полезной толщи, в результате,  суглинки в общем становятся умеренно пластичными.

   По гранулометрическому составу  суглинки Сухотинского-II месторождения  представляют собой преимущественно  грубодисперсное  сырье. По количеству крупнозернистых включений  большая часть проб суглинков относится к группе сырья с низким содержанием включений. Остаток на сите 0,5мм содержит, в основном, гипс, редко–известковые включения и обломки ракуши. Размеры включений 2-4мм. Эти включения мало повлияют на качество кирпича, так как на современных заводах предусматриваются помольные установки.

   Учитывая, что залежи кирпичного сырья в районе пос. Чкаловский близко расположены к Сухотинскому-II  месторождению,  полезные толщи имеют одинаковый возраст, генезис, геоморфологическое положение,  химический состав данного месторождения мало отличается от залежей в районе пос. Чкаловский.

   Сырье однородно по химическому составу, содержание окислов следующее, %:

   Лабораторные технологические исследования и полузаводские испытания суглинков Сухотинского-II месторождения были выполнены  Киевским экспериментальным заводом. По данным лабораторных исследований суглинки с добавкой опилок могут быть рекомендованы для производства кирпича при сушке в искусственных условиях с получением кирпича марки «75», без добавок опилок – для производства кирпича при сушке в естественных условиях. Повышение марочности кирпича возможно за счет пластифицирующих добавок и четкого соблюдения технологических регламентов. Температура обжига кирпича 1020-10500. Технологией производства необходимо предусмотреть измельчение включений гипса до размера не более 2-х мм.

   Суглинки прошли стадию предварительных испытаний на аглопорит по сокращенной программе. В результате проведенных испытаний сделаны следующие выводы:

1.Объединенные пробы суглинков пригодны для получения аглопорита.

2.Лучшие результаты аглопорирования получены по шихтам следующего состава:

Суглинки- 73%,

Уголь АРШ – 10%,

Возврат – 15%,

Опилки – 2%.

3.Оптимальная влажность шихты – 10%..

4.Оптимальное количество топлива в шихте – 10%.

5.Аглопоритовый щебень, полученный при оптимальных условиях аглопорирования, имеет объемно-насыпной вес в пределах:

                            Фракция 20-10мм   - 410-450кг/м3,

                            Фракция  10-5мм    - 440-490 кг/м3,

                             Песок            -   720-810 кг/м3

   Суглинки необходимо подвергнуть  дальнейшим испытаниям по полной программе и после этого можно сделать выводы о пригодности сырья для производства аглопорита.

Глава III. Химический состав местной глины

   Глины образуются в результате выветривания магматических горных пород и относятся к алюмосиликатам. В их состав входят два основных минерала: каолинит Al203 · 2SiO2 · 2H2O и монтмориллонит (Al203 · SiO2 · H2O) · n H2O, а также примеси кварца, полевого шпата, карбонатов, оксидов железа и титана, слюды и органических соединений.

   От химического состава зависят свойства глины (огнеупорность, температура спекания) и качество керамических изделий. Поэтому природное сырье подвергают химическому анализу перед тем, как его использовать в производстве. Местные глины можно также использовать для получения реактивов – солей алюминия и железа.

   Анализ глины проводили на факультативных занятиях в кабинете химии, в котором есть все необходимое для работы: вытяжной шкаф, муфельная печь, дистиллятор, химическое оборудование и реактивы. Объектом исследования был образец местной глины.

   В эксперименте использовали весовой и объемный методы анализа. Содержания катионов металлов определяли методом комплексонометрического титрования. В качестве титранта применяли раствор трилона Б (комплексона III), который готовили из фиксанала. Это вещество наиболее используют в практике объемного анализа, так как оно образует со многими катионами металлов устойчивые и растворимые в воде внутрикомплексные соединения.

   Определение ионов Fe3+ проводили прямым титрованием исследуемого раствора трилоном Б в присутствии сульфосалициловой кислоты в качестве индикатора. Ионы Fe3+ образует с этой кислотой в кислом растворе красно-фиолетовый комплекс, устойчивость которого значительно ниже устойчивости комплекса с трилоном Б. Поэтому в конце титрования, когда практически все ионы Fe3+ связаны с титрантом, красная окраска переходит в желтую, характерную для комплесоната железа(III).

   Определение ионов Al3+ осуществляли методом обратного титрования. Это связано  тем, что аквакомплекс алюминия кинетически инертен, т.е. медленно взаимодействует с трилоном Б, добавляемым в избытке. Для увеличения скорости реакции раствор нагревают до кипения, и после кипячения избыток комплексона оттитровывают раствором соли цинка в присутствии индикатора ксиленового оранжевого. Ионы щелочноземельных металлов определению не мешают.

   Из кислого раствора (фильтрата), полученного после разложения глины, аммиаком осаждали ионы Fe3+, Al3+ и Ti4+ в виде гидроксидов. Их аморфные осадки легко пептизируются, поэтому для увеличения размера частиц осаждение проводят при нагревании. Этому способствуют электролиты – коагулянты NH4Cl и  NH4NO3, которые образуются в процессе осаждения. Прокаливание осадков лучше проводить при возможно более высокой температуре (1000-1200°С), так как в этих условиях образуется негигроскопичный оксид алюминия. Массу осадка определяли взвешиванием на технохимических весах с точностью до 0,01г.

   Чтобы сделать вывод о наличии в исследуемой породе титана, сравнивали суммарную массовую долю оксидов Al2O3, Fe2O3 и TiO2 с суммой массовых долей Al2O3 и Fe2O3, полученных комплексонометрическим методом. Если w(Al2O3 + Fe2O3 + TiO2 ) превышает сумму w(Al2O3) и ( Fe2O3),  то в образце глины присутствует титан. Более точно его содержание можно определить колориметрическим методом с пероксидом водорода.

   После отделения смеси гидроксидов в новом фильтрате определяли концентрацию ионов Са2+ и Mg2+ титрованием трилоном Б в присутствии индикаторов – кислотного хрома черного (эриохрома черного Т) и мурексида. Сначала определяли суммарное количество этих ионов, затем – содержание ионов кальция, которые образуют с мурексидом в щелочной области комплекс красного цвета. При титровании этот комплекс разрушается, ионы кальция связываются трилоном Б в более прочный комплекс и мурексид окрашивает раствор в фиолетовый цвет. Содержание ионов магния находили расчетным способом.

                                  Экспериментальная часть

   Реактивы: смесь минеральных кислот- к 100 мл воды при перемешивании прибавляют 45 мл H2SO4 (p=1,84 г/мл), после охлаждения приливают 53,5 мл HCl (p=1,19 г/мл) и 4,5 мл HNO3 (p=1,4 г/мл); раствор сульфосалициловой кислоты (w=25%); раствор трилона Б ( с=0,05 моль/л); раствор аммиака (w=10%); ацетатный буферный раствор ( ph=5,4) – к 60 мл раствора CH3COOH (с=1моль/л), водный раствор ксиленолового оранжевого (w=0,5%); раствор ZnCl2 (ZnSO4) (c=0,05 моль/л); раствор NH4NO3 ( w=2%); аммиачный буферный раствор – 10 мл 20%-ного раствора аммиака и разбавляют водой до 100 мл; кислотный хром черный и мурексид – 1%-ная смесь индикатора с твердым NaCl; раствор NaOH (с=2моль/л); универсальная индикаторная бумага.

   Оборудование: фарфоровая чашка d≈8 см, мерные цилиндры на 50 и 100 мл, мерная колба на 500 мл, колбы для титрования вместимостью 200 мл, бюретки, фарфоровый тигель, тигельные щипцы, электроплитка, сушильный шкаф, муфельная печь, обеззоленные фильтры.

Разложение глины и определение содержания SiO2

   Навеску измельченной и высушенной при 105-110°С глины массой 1-2 г помещали в фарфоровую чашку и приливали 30 мл смеси кислот. Смесь выпаривали на электроплитке в течение 15 мин до объема 5-10мл (под тягой).

   Под действием кислот происходит растворение глинистых минералов с образованием солей. Красная окраска глины исчезает, и раствор приобретает зеленоватый цвет. В осадке остаются кремниевые кислоты, которые при нагревании разлагаются на оксид кремния и воду. Чашку с раствором и осадком охлаждали, добавляли в нее 50 мл воды, перемешивали содержание и нагревали 10 мин при 80-90°С до полного растворения образовавшихся солей. Горячий раствор с осадком сливали при помощи стеклянной палочки на обеззоленный фильтр, фильтрат собирали в мерную колбу и доливали водой до метки. Осадок на фильтре промывали горячей водой, высушивали, помещали во взвешенный тигель, озоляли и прокаливали в муфельной печи при 900°С до постоянной массы. Исходя из массы прокаленного осадка и массы глины, вычисляли массовую долю SiO2.

Определение ионов Fe3+ и содержания Fe2O3

   В отдельной порции фильтрата обнаруживали ионы Fe3+ действием желтой кровяной соли K4(Fe(CN)6)  или роданида калия KSCN по характерному окрашиванию:

4Fe3+  +  3Fe(CN)6 → Fe4(Fe(CN)6)3;

                                     темно-синий цвет

Fe3+   + nSCN - → Fe(SCN)n(3-n), n=1-6

                                     красный цвет

   Для количественного определения отмеряли 50 мл фильтрата в колбу для титрования, добавляли 10 капель раствора сульфосалициловой кислоты и титровали трилоном Б до перехода красной окраски в светло-желтую. По результатам титрования рассчитывали содержание оксида железа (w,%):

                     c · V∙ Vф∙ 80

W(Fe2O3)= −−−−−−−−− ∙100%,                                   (1)

                    Vпр∙ m ∙ 1000

где c и  V – концентрация (моль/л) и объем (мл) раствора трилона Б, пошедшего на титрование; Vф – общий объем фильтрата (500 мл); Vпр – объем пробы для анализа (50 мл); m – масса навески сухой глины (г); 80 – коэффициент пересчета на Fe2O3.

Определение ионов Al3+  и содержание Al2O3

   К пробе фильтрата, в которой оттитрованы ионы  Fе3+, прибавляли из бюретки 10 мл раствора трилона Б, нагревали до кипения и кипятили 2-3 мин. Затем раствор охлаждали до 40-50°С, вносили в него кусочек универсальной индикаторной бумаги, добавляли по каплям раствор аммиака до изменения цвета бумаги на желтый ( рН~5) и 20 мл ацетатного буферного раствора. Далее вносили 2-3 капли ксиленолового оранжевого и оттитровывали избыток трилона Б раствором хлорида цинка до изменения желтой окраски на красную. Содержание оксида алюминия вычисляли по формуле ( w,%):

                    (V1C1 – V2C2) ∙Vф ∙ 51

w(Al2O3)= −−−−−−−−−−−−−−−  ∙100%,                                   (2)

                    Vпр∙ m ∙ 1000

где  V1 и C1 – объем (мл) и концентрация (моль/л) добавленного в пробу раствора трилона Б; C2 и V2 – концентрация (моль/л) и объем (мл) раствора ZnCl2, пошедшего на титрование; 51 – коэффициент пересчета на Al2O3.

   Пример расчета: после разложения образца глины массой 2г получено 500 мл фильтрата. При определении суммарного количества ионов Са2+ и MgO2+ на титрование пробы объемом 50 мл ( после отделения смеси гидроксидов металлов) было израсходовано 3,0 мл раствора трилона Б ( с=0,05 моль/л), а при определении содержания ионов кальция на титрование такой же пробы затрачено 1,6 мл трилона Б. Вычислите w(CaO) и  (MgO) в данном образце.

                                       0,05· 3 · 500

                        vs= −−−−−−−−−−−−− = 1,5 · 10 ³ (моль);      

                                         50 · 100

                      0,05 · 1,6 · 500 · 56

w(СаО)= −−−−−−−−−−−−−−−  ∙100% = 2,24%;

                    50 · 2 · 1000

                       (1,5 ·10 ³ - 2 · 2,24/(100· 56)) · 40

 w(MgO)= −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ∙100%= 1.4%

                                 2

   Результаты химического анализа местной глины представлены в таблице. Как видно из данных таблицы, образец глины характеризуется высоким содержанием SiO2 и Al2O3 и низким  - MgO и CaO. Такие глины относятся к легкоплавким с огнеупорностью менее 1250°С.

Заключение

   Первой задачей нашего исследования было определиться в понимании необходимости изучения химического состава глины. Решению первой задачи посвящена первая глава нашего исследования, где мы представили теоретическое обоснование происхождения местной глины.

Нами было изучено большое количество исследовательских работ, направленных на создание методик и технологий определения химического состава местной глины.

 Однако, по-нашему мнению химическим методом изучения строительных материалов не уделяется должного внимания, поскольку имея сырье для строительных материалов, мы не производим у себя в республике, а завозим из соседних регионов.

   Вторая глава нашего исследования – это справка о кирпичном сырье Кетченеровского района Республики Калмыкия. Третью главу мы посвятили химическому анализу местной глины.

   В заключение хотелось бы отметить то, что задачи нашего исследования решены:

   Во-первых, обоснована необходимость использования местной глины для производства красного кирпича.

   Во-вторых, изучены методики определения химического состава местной глины.

   В-третьих, привлечь внимание своей работой руководителей Республики Калмыкия о строительстве завода для производства красного кирпича на территории п.Чкаловский Кетченеровского района.

   В-четвертых, экспериментальным путем доказана возможность использования местной глины.

   Однако наше исследование ставит перед нами новую задачу – это строительство нового завода на территории п.Чкаловского Кетченеровского района и создание новых рабочих мест для жителей нашего района. Но это уже будет другое исследование.

Список использованной литературы

1. И.Н.Чертков, «Химические эксперименты», Москва, «Просвещение»,1989г.
2. Ю.Д.Третьякова, «Химия», Справочные материалы, Москва, «Просвещение», 1993 г.
3. С.Б.Бадыгаев,  Д.А.Березовская, «География Калмыцкой АССР», г.Элиста, «Калмыцкое книжное издательство», 1986г.
4. В.Д.Багамова, Б.Н.Горбачев, «Растительный мир Калмыкии», г.Элиста, Калмыцкое книжное издательство, 1977г.
5. Ф.А.Белов, В.А.Бобух и др., «Ископаемые Калмыцкой АССР», Калмыцкое книжное издательство, г.Элиста, 1965г.
6. Б.Б.Городовиков «Советская Калмыкия на подъеме», М,Совет.Россия, 1984г.
7. Журнал «Химия в школе», №8,2003г.
8. Журнал «Химия в  школе»,№10,2005г.
9. Журнал «Химия в школе»,№10,2005г.
10. Журнал «Химия в школе»,№5,2009г.
11. Интернет – ресурсы.