2.11.3. Анализ щелоков производства гидроксида натрия «Определение общей щелочности»

Определение суммы концентраций NaOH и Na₂CO₃ производят титрованием пробы анализируемой жидкости соляной кислотой в присутствии индикатора метилового оранжевого. Для этого 10 см³ анализируемой жидкости отбирают пипеткой в коническую колбу емкостью 250 см³, добавляют 50 см³ воды, 2–3 капли метилового оранжевого и титруют 1 н раствором НС1 до перехода желтой окраски в розовую.

Объем НСl (V₁), пошедший на титрование пробы, отвечает общей щелочности, т. е. сумме NaOH и Na₂CO₃.

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОКСИДА НАТРИЯ»

При прибавлении раствора ВаСl₂ к жидкости, содержащей NaOH и Na₂C0₃, ион СО₃ осаждается с образованием нерастворимого карбоната бария по реакции:

Ba²⁺ + CO₃^2-  BaCO₃

При титровании осажденной пробы соляной кислотой в присутствии фенолфталеина можно определить количество ионов ОН^-, эквивалентное первоначальному содержанию NaOH в пробе.

Для определения концентрации гидроокиси натрия отбирают пипеткой в коническую колбу10 см³ анализируемой жидкости, добавляют 50 см³ воды и избыток (30–40 см³) 10 %-го раствора хлорида бария. После осаждения карбоната бария к пробе добавляют 3–4 капли фенолфталеина и тотчас же титруют 1 н раствором соляной кислоты при осторожном перемешивании.

Это титрование следует вести весьма осторожно, не оставляя долго раствор на воздухе и не взбалтывая его по следующим причинам: а) раствор, содержащий ионы ОН^- и Ва²⁺, поглощает из воздуха двуокись углерода, в результате чего может уменьшиться определяемое количество NaOH; б) осадок ВаСO₃ может частично реагировать с соляной кислотой. Это взаимодействие не играет роли в начале титрования, когда избыточный расход НС1 компенсируется нейтрализацией выделяющейся двуокисью углерода эквивалентного количества ионов ОН. В конце титрования СO₂ может частично улетучиваться из раствора и взаимодействие ВаСO₃ с HC1 не компенсируется.

Количество НСl (V₂), пошедшее на титрование пробы, отвечает содержанию в ней едкого натра:

С_(NaOH) = V₂  0,04  1000 / 10,

где С_NaOH – содержание NaOH в растворе, г/л; 0,04 – количество NaOH, соответствующее 1 см³ 1н раствора НС1.

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ КАРБОНАТА НАТРИЯ»

Количество карбоната натрия в пробе вычисляют как разность между общей щелочностью раствора и содержанием в нем едкого натра, т. е. содержание в пробе Na₂CO₃ отвечает(V₁ – V₂) мл 1 н раствора HC1:

где – содержание Na₂CO₃ в растворе, г/л;0,053 – количество Na₂CO₃, соответствующее 1 см³ 1 н HC1.

Примечания.

1. При анализе концентрированного щелочного раствора (например, технического каустика) следует предварительно разбавить анализируемый раствор. Для этого 50 см³ анализируемого щелока взвешивают в бюксе или в мерной колбе емкостью 50 см³ и взвешенный продукт переводят в мерную колбу емкостью 1 л. Разбавляют раствор и доводят до метки дистиллированной водой. При расчете учитывают разбавление.

2. При анализе слабых, разбавленных щелоков (промывные воды) пробы титруют 1 н раствором НС1.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит скорость процесса каустификации?

2. Какими методами анализа определяют в щелоках общую щелочность?

Список литературы

1. Якименко Л. М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. – М. : Химия, 1974.

2. Общая химическая технология : учебник для хим. тех. спец. вузов / под ред. И. П. Мухленова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М : Высш. шк., 1984. – 263 с.

2.12. Лабораторная работа

«ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ ЖИДКОГО СТЕКЛА»

Цель работы – освоение методики получения жидкого стекла из кремнегеля и определение его характеристик.

2.12.1. Краткие теоретические сведения

Жидкие стекла – растворы щелочных силикатов натрия и калия, являются представителями более обширного класса водорастворимых силикатов и жидких стекол, выпускаемых в промышленных масштабах. К ним относятся кристаллические безводные силикаты натрия и калия, кристаллические и аморфные гидросиликаты натрия и калия в виде порошков и другие аморфные порошки гидросиликатов щелочных металлов, выпускаемые за рубежом. Такие порошки получают, как правило, распылительной сушкой концентрированных жидких стекол и высокотемпературной гидратацией стекловидных силикатов; порошки сыпучи, быстро растворяются в холодной и горячей воде.

Перечисленные выше продукты – жидкие стекла, стекловидные силикаты, гидросиликаты в кристаллическом и аморфном состоянии – являются так называемыми низкомодульными силикатами. Необходимость улучшения некоторых свойств композиционных материалов на их основе, таких, как водостойкость и термические свойства, привели к разработке высокомодульных жидких стекол – полисиликатов щелочных металлов. К полисиликатам относят силикаты щелочных металлов (силикатный модуль от 4 до 25 и выше), представляющие собой переходную область составов от жидких стекол до кремнезолей, стабилизированных щелочью. Полисиликаты характеризуются широким диапазоном полимерности анионного состава и являются дисперсиями коллоидного кремнезема в водном растворе силикатов щелочных металлов. Синтез и практическое применение полисиликатов в качестве связующего позволили заполнить существовавший пробел в системе щелочных силикатных связующих, которые, таким образом, представлены тремя группами (по мере уменьшения щелочности): растворимые (жидкие) стекла, полисиликаты, золи кремнезема.

Жидкое стекло принято характеризовать: по виду щелочного катиона (натриевые, калиевые, литиевые, четвертичного аммония); по массовому или мольному соотношению в стекле SiO₂ / Х₂О (где Х – К, Na, Li, четвертичный аммоний), причем мольное соотношение принято называть силикатным модулем жидкого стекла; по абсолютному содержанию в жидком стекле SiO₂ и Х₂О в масс. %; по содержанию примесных оксидов А1₂О₃, СаО и других; по плотности растворов жидкого стекла (г/см³). Химический состав жидких стекол характеризуют по содержанию кремнезема и других оксидов, независимо от конкретной формы их существования в растворе. В некоторых странах в характеристику жидких стекол включают также значение вязкости растворов. Натриевые жидкие стекла обычно выпускают в пределах значений силикатного модуля от 2,0 до 3,5 при плотности растворов от 1,3 до 1,6 г/см³. Калиевые жидкие стекла характеризуются значениями силикатного модуля 2,8–4,0 при плотности 1,25–1,40 г/см³.

Промышленностью нашей страны выпускаются в основном натриевые жидкие стекла, в меньших масштабах производятся калиевые жидкие стекла, а литиевые и жидкие стекла на основе четвертичного аммония выпускаются в виде отдельных опытных партий. Преимущественное производство натриевых жидких стекол по сравнению с калиевыми и тем более литиевыми стеклами и стеклами на основе четвертичного аммония объясняется большей доступностью и дешевизной сырья.

Жидкие стекла применяются в различных отраслях промышленности.

Несмотря на разработку новых видов коррозийностойких материалов – специальных видов сталей, полимерных композиционных материалов, полимерных замазок, стеклопластиков, материалы на жидком стекле не потеряли своего значения. Это связано с тем, что новые эффективные полимерные материалы дороги, дефицитны, требуют больших трудозатрат, в ряде случаев не имеют необходимой сырьевой базы, обладают повышенной токсичностью. Кислотоупорные материалы на жидком стекле лишены этих недостатков.

Основными видами кислотоустойчивых материалов являются кислотоупорные цементы, замазки, бетоны. Кислотостойкие (химически стойкие) бетоны подразделяются на две основные группы – полимербетоны, изготовленные на основе органических синтетических смол (фурановые, полиэфирные, карбамидные и др.), и полимерсиликатные бетоны на основе натриевого или калиевого жидкого стекла. Полимерсиликатные бетоны готовят из крупного заполнителя (гранитный щебень), мелкого заполнителя (кварцевый песок), тонкомолотого наполнителя, инициатора твердения (кремнефтористый натрий) и специальных добавок – пластификаторов, уплотнителей, гидрофобизаторов и др.

Жидкое стекло является наиболее распространенным и широко освоенным связующим для жаростойких бетонов, предназначенных для сооружения тепловых агрегатов в различных отраслях промышленности – нефтехимической, химической, машиностроительной, строительных материалов, металлургической, целлюлозно-бумажной и др. Бетоны, предназначенные для эксплуатации при высоких температурах, делятся на жароупорные с огнеупорностью до 1580 °С и огнеупорные с огнеупорностью выше 1580 °С. Такие бетоны являются продуктами твердения бетонных смесей, состоящих из огнеупорного заполнителя, связующего и различных добавок – отвердителей, пластификаторов, регуляторов сроков схватывания и др. Твердение бетонов осуществляется самопроизвольно за счет химического взаимодействия связующего отвердителя или при нагреве до температур в интервале 100–600 °С. Нормируются такие свойства бетона, как плотность (объемная масса) – в пределах от 300 до 1800 кг/м³, по термической стойкости в водных и воздушных теплосменах, по морозостойкости, по водонепроницаемости и т. д. Принято различать тяжелые бетоны – с плотностью свыше 1500 кг/м³ и легкие – с плотностью менее 1500 кг/м³. При этом легкие бетоны с плотностью выше 1000 кг/м³ применяют для несущих конструкций и теплоизоляционных покрытий, а с плотностью менее 1000 кг/м³ – только в качестве теплоизоляции.

В электродно-флюсовом производстве жидкое стекло применяют в качестве связующего для изготовления керамических неплавленных флюсов и сварочных электродов.

Керамические флюсы – это смесь порошкообразных компонентов, сцементированная связующим веществом или упрочненная спеканием. Для производства флюсов с применением связующего используют жидкое стекло. В процессе производства таких флюсов (в отличие от плавленных) компоненты не плавятся, а сохраняются, что позволяет вводить в их состав кроме минеральных шлакообразующих веществ порошкообразные металлы, ферросплавы, углеродистые вещества, карбонаты и другие материалы. Эта особенность дает возможность обеспечить активное металлургическое воздействие на расплавленный в процессе сварки металл – осуществлять его раскисление, легирование, модифицирование. В качестве связки в шихтах керамических флюсов применяют натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,6–2,8, плотностью 1,38–1,48 г/см³.

Сварочные электроды, изготовляемые с применением в качестве связующего жидкого стекла, предназначены для ручной дуговой сварки. Электрод представляет собой металлический стержень с нанесенным на его боковую поверхность специальным покрытием из различных порошкообразных материалов со связующим (жидким стеклом). Требуемый уровень технических свойств электродов определяется составом проволоки, химическим и фазовым составом электродной массы, а также составом и свойствами применяемого в качестве связующего жидкого стекла, гранулометрическим составом порошковых компонентов массы, присутствием примесных компонентов, тщательностью усреднения массы, соблюдением режимов твердения электродных масс. Порошковые компоненты электродных масс, в зависимости от марки и класса электродов, включают вещества различной химической природы, такие, как мрамор, плавиковый шпат, ферросплавы (ферромарганец, ферротитан, ферросилиций, феррованадий и др.), соду, поташ, полевые шпаты, магнезит, порошкообразные металлы, органические вещества и другие компоненты.

Кроме того, жидкое стекло применяется в качестве связующего в составе форм и стержней для ведущего технологического процесса – литья в разовые формы, а также по выплавляемым моделям. Использование жидкого стекла в литейном производстве связано с возможностью достижения требуемых технических свойств форм и стержней, недефицитностью и дешевизной жидкого стекла.