Расчет рационального (минералогического ) состава керамического сырья (массы) по его (ее) валовому химическому составу

Природное сырье, используемое в керамической промышленности, является чаще всего полиминеральным, т.е. наряду с основным веществом (минералом) в нем всегда содержатся различные примеси. Например, даже лучшие сорта каолинов и огнеупорных глин наряду с глинистыми веществами (каолинитом, гидрослюдой и др.) содержат примеси полевого шпата, кварца, и в небольшом количестве железистых оксидов и др. Пегматиты состоят из собственно полевого шпата, кварца и в небольшом количестве содержат слюды . Полевые шпаты также полиминеральны и состоят из калиевого полевого шпата – ортоклаза K₂О·Al₂O₃·6SiO₂, натриевого полевого шпата – альбита Na₂O·Аl₂O₃·6SiO₂ и примеси кальциевого полевого шпата - анортита СаO·Аl₂O₃·2SiO₂.

Минералогический состав сырья оказывает большое влияние как на технологию производства, так и на эксплуатационные свойства керамических изделий. В керамической промышленности минералогическую природу сырья часто оценивают с достаточной степенью точности по химическому составу. При этом используют следующую расчетную формулу:

[минерал] – содержание определенного минерала в сырье, в.ч.;

m_o -содержание в сырье одного из оксидов(мас. %),входящих в состав

определяемого минерала;

μ_M0-пересчетный коэффициент,равный отношению молекулярной массы

определяемого минерала (М_М) к молекулярной массе оксида (М_о), входящего в состав минерала (речь идет об оксиде, по которому ведут расчет).

Например, содержание полевошпатовых материалов в глинистом сырье можно определить по содержанию К₂О, Na₂O и СаО в материале. При этом определяют количество Аl₂O₃ и SiO₂, входящих в сырье с полевыми шпатами.

Содержание глинистого вещества определяется по содержанию Аl₂O₃ за вычетом количества Аl₂O₃, вносимого с полевым шпатом.

По содержанию Аl₂O₃, вводимого с глинистым веществом, можно рассчитать также теоретический выход муллита.

Пример

Определить минералогический состав глины по ее химическому составу (таблица 2.3), т.е. требуется определить содержание в глине глинистых минералов (каолинита), полевых шпатов и кварца.

Таблица 2.3 – Химический состав глинистого сырья, мас. %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

∆mпрк.

51,11

33,71

1,16

0,55

0,60

0,85

0,82

10,81

Решение

1)Для решения поставленной задачи необходимо определить молекулярные

массы альбита и ортоклаза.

Ортоклаз

K2O ·Al2O3 · 6SiO2,

молекулярная масса – 556 в.ч,

Альбит

Na2O Al2O3 · 6SiO2

молекулярная масса – 524 в.ч.

2)Определяемсодержание ортоклазав анализируемой глине(по

содержанию К2O в валовом химическом составе глины):

556 в.ч. ортоклаза содержит 94 в.ч. K2O

х в.ч.ортоклаза связывает

0,85 в.ч. K2O, отсюда:

х =

⋅ 0 ,85

=

5 ,0 в.ч.

ортоклаза содержится в глине.

А)Определяем количествоAl₂O₃,вносимого в глину с ортоклазом:

556 в.ч. ортоклаза содержит 102 в.ч. Al₂O₃ 5,0 в.ч. ортоклаза связывает х в.ч. Al₂O₃

в.ч. Al2O3,, связанного ортоклазом

Б)Определяем количествоSiO₂,вносимого в глину с ортоклазом:556 в.ч. ортоклаза содержит 360 в.ч. SiO₂

5,0 в.ч. ортоклаза связывает х в.ч. SiO₂, отсюда:

3)Определяемсодержание альбитав анализируемой глине(по содержаниюNа₂O в валовом химическом составе глины):

524 в.ч. альбита содержит 62 в.ч. Nа₂O

х в.ч.альбита связывают0,82в.ч.Nа₂O,отсюда:

х =	524 ⋅ 0 ,82	= 6 ,9 в.ч. альбита содержится в глине.

А)Определяем количествоAl₂O₃,вносимого в глину с альбитом:524 в.ч. альбита содержит 102 в.ч. Al₂O₃

6,9 в.ч. альбита связывают х в.ч. Al₂O₃,, отсюда:

х =	6 ,9 ⋅102	= 1,3 в.ч. Al2O3, связанного с альбитом.

Б)Определяем количествоSiO₂,вносимого в глину с альбитом:524 в.ч. альбита содержит 360 в.ч. SiO₂

6,9 в.ч. альбита связывают х в.ч. SiO₂, отсюда:

4)Определяемколичество каолинита,содержащегося в глине(расчетпроводится по содержанию Al₂O₃).

Однако, поскольку валовое содержание оксида алюминия в химическом составе глины, помимо каолинита, обусловлено присутствием также полевых шпатов в форме альбита и ортоклаза, для определения количественного содержания каолинита необходимо из валового содержания оксида алюминия вычесть содержание оксида алюминия, вносимого с полевыми шпатами:

Количество Al₂O₃ , связанного ортоклазом и альбитом составляет -

0,9 в.ч. + 1,3 в.ч. = 2,2 в.ч. Al₂O₃

Всего в глине по данным химического анализа содержится 33,72 в.ч. Al₂O₃, следовательно, 33,72 – 2,2 = 31,52 в.ч. Al₂O₃ связано каолинитом. Отсюда содержание каолинита в глине определяется следующим образом:

258 в.ч. каолинита содержит 102 в.ч. Al₂O₃

х в.ч. каолинита связывает 31,52 в.ч. Al₂O₃, отсюда:

х = ^{31,52 ⋅ 258} = 79,7 в.ч. каолинита содержится в глине.

102

А)Определяем количествоSiO₂,вносимого с каолинитом:258 в.ч. каолинита содержит 120 в.ч. SiO₂

79,7 в.ч. каолинита связывают х в.ч. SiO_{2 ,} отсюда:

5)Определяем количество свободного кварца,содержащегося в глине.

Для установления содержания свободного кварца в глине необходимо из валового содержания SiO₂ (в химическом составе глины) вычесть содержание кремнезема, вносимого с полевыми шпатами и каолинитом):

SiO_{2 своб.}= 51,5 - (3,2 + 4,7 + 37,1) = 6,5в.ч. SiO₂ в форме свободного кварцаТаким образом в ходе проведенных расчетов по известному химическому

составу глины установлен минералогический (рациональный) состав анализируемой глины

каолинит	- 79,7 %,
альбит	- 6,9 %,
ортоклаз	- 5,0 %,
свободный кварц	- 6,5 %.
	-----------
Итого:	98,1
Поскольку результаты расчетов отличаются от 100 %, необходимо
приведение полученного минералогического состава глины к 100 %:
каолинит	- 81,2 %.
альбит	- 7,1 %
ортоклаз	- 5,1 %
свободный кварц	- 6,6 %

Пример

Рассчитать минералогический состав талька Алгуйского месторождения по его химическому составу (таблица 2.4).

Таблица 2.4 - Химический состав алгуйского талька ( мас.%):

	SiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	CaO	MgO	mпрк.
	67,38	0,20	0,24	0,18	0,10	27,50	4,50
	1)Теоретический химический состав талька3MgO·4SiO2·2H2Oследующий
(мас. %): 31,7 MgО; 63,53 SiO2; 4,8	mпрк.

2)Проводим пересчет содержанияFeOна содержаниеFe₂O₃:

1 молекула Fe₂O₃ соответствует 2 молекулам FeO , т.е. 159,84 в.ч. Fe₂O₃ соответствует 2·71,68 в.ч. FeO, отсюда коэффициент пересчета для определения содержания FeO в пересчете на содержание Fe₂O₃ следующий:

К_к =159,84/143,36 = 1,1; т.е.после пересчета общее содержаниеFe₂O₃равно:0,18 ·1,1 + 0,24 = 0,44 %.

3)Определяемсодержание каолинитав алгуйском тальке(расчет проводимпо валовому содержанию Al₂O₃ в химическом составе талька):

258 в.ч. каолинита содержит 102 в.ч. Al₂O₃

х в.ч.каолинита связывают0,20в.ч.Al₂O₃,отсюда:

А)Определяем количествоSiO₂,вносимого с каолинитом:258 в.ч. каолинита содержат 120 в.ч. SiO₂

0,50 в.ч. каолинита	связывают х в.ч. SiO2 , отсюда:
x =		120 ⋅0,50	= 0,23 в.ч. SiO2 , связанного каолинитом
4)	Определяем содержание минерала талька в породе алгуйский тальк

(расчет проводим по валовому содержанию MgO в химическом составе алгуйского талька):

100 в.ч. талька содержит 31,7 в.ч. MgO

х в.ч.талька	содержат 27,5 в.ч. MgO, отсюда:
x =	100 ⋅27,5	= 86,75 в.ч. талька содержится в породе алгуйский тальк.
	31,7

А)Определяем количество кремнеземаSiO₂,вносимого в породу сминералом тальком:

378 в.ч. талька содержат 240 в.ч. SiO₂

86,75 в.ч. талька связывает х в.ч. SiO₂, отсюда:

5)Определяемколичество свободного кварца,содержащегося в породеалгуйский тальк.

Для установления содержания свободного кварца в породе необходимо из валового содержания SiO₂ (в химическом составе алгуйского талька) вычесть содержание кремнезема, вносимого с каолинитом и минералом тальк):

67 ,38 − ( 0 , 23	+ 55 ,08 ) = 12 ,07 в.ч. SiO 2	содержится в тальке в
свободном состоянии.
Таким образом, в результате проведенных расчетов, установлен
минералогический состав алгуйского талька:
тальк	-	86,75	в.ч.
кварц	-	12,07	в.ч.
каолинит	-	0,20 в.ч.
		-------------
Итого		99,02	в.ч.

Поскольку результаты расчетов отличаются от 100 %, необходимо приведение полученного рационального состава алгуйского талька к 100 %:

тальк	-	87,61 %;
кварц	-	12,19 %.;
каолинит	-	0,20 %..

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 20

Тема: