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.;
mo -содержание в сырье одного из оксидов(мас. %),входящих в состав
определяемого минерала;
μM0-пересчетный коэффициент,равный отношению молекулярной массы
определяемого минерала (ММ) к молекулярной массе оксида (Мо), 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. SiO2 , 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):
SiO2 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:
Кк =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: