Спосіб визначення гідратаційної активності вапна

Спосіб визначення гідратаційної активності вапна, який відрізняється тим, що гідратаційну активність вапна, яка зворотно-пропорційна ступеню взаємодії гідроксильних іонів ОН- з кристалічною решіткою вапна, безпосередньо реєструють методом електронного парамагнітного резонансу та оцінюють за зміною інтенсивності, а саме концентрації парамагнітних центрів у вапні по відношенню до інтенсивності сигналу стабільного еталона. Винахід відноситься до металургійної, хімічної, харчової промисловості, промисловості будівельних матеріалів і може бути використано заводськими лабораторіями і науково-дослідними лабораторіями при контролі фізичного стану вапна при його одержанні, збереженні і використанні. Відомий спосіб визначення якості вапна [А.с. СРСР №1300385, МПК 4 G 01 N 33/38, 30.03.1987. Бюл. №12], що залежить від гідратаційної активності, який включає виготовлення проб вапна з різним вмістом СаСО3, затворення їх водою і вимірювання параметру гідратації - величини електрорушійної сили (ЕРС) проб у часі за допомогою порівняльного і вимірювального електродів до досягнення нею мінімального значення. Будують тарувальну залежність зазначеного параметра від вмісту СаСО3. А якість вапна, що залежить від вмісту в ньому недопалу чи перепалу, що з трудом гасяться водою, визначають по виміряній величині мінімальної ЕРС з використанням тарувальної залежності. Недоліками відомого способу є: складність готування проб, тривалість вимірів. Відомий кондуктометричний спосіб визначення гідратаційної активності мінеральних в'яжучих (у тому числі вапна) [А.с. СРСР № 1314266, МПК 4 G 01 N 33/38, 30.05.1987. Бюл. № 20], що полягає у вимірі електроопору в часі еталонного зразка в'яжучої речовини та електроопору в'яжучої речовини в даний момент збереження. Гідратаційна активність визначається відношенням мінімальних значень електроопору еталонного зразка і в'яжучої речовини в даний момент збереження, помноженим на міцність еталонного зразка в'яжучої речовини. Недоліком відомого способу є тривалість вимірів. Задачею запропонованого винаходу є підвищення точності і швидкості визначення гідратаційної активності вапна. Технічний результат полягає в можливості визначення гідратаційної активності вапна методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) при безпосередній реєстрації процесу взаємодії вологи з активним кальцієм (СаО) у вапні, яка супроводжується перебудовою кристалічної решітки речовини. При цьому для проведення аналізу необхідні (19) UA (11) 86544 (13) C2 (21) a200804664 (22) 11.04.2008 (24) 27.04.2009 (46) 27.04.2009, Бюл.№ 8, 2009 р. (72) БОБИЛЄВ ВІТАЛІЙ ПЕТРОВИЧ, UA, БУРЧАК ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ, UA, МАТУХНО ОЛЕНА ВІКТОРІВНА, UA (73) НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ, UA (56) SU 584226, 15.12.1977 SU 769418, 07.10.1980 SU 769433, 07.10.1981 SU 1300385, A1, 30.03.1987 3 86544 4 мікрокількості досліджуваної речовини; наважка Химия и технология извести. Μ., изд-во литератудосліджуваної речовини зберігається для інших ры по строительству, 1972. - с. 61, 65-66]. видів аналізу. Спосіб дозволяє скоротити час анаФіг.1, а - кубічний структурний елемент СаО; лізу, проводити велику кількість вимірів (експресб - гексагональний структурний елемент метод). Са(ОН)2. Поставлена задача досягається тим, що зміну При перебудові кристалічної решітки двовалегідратаційної активності вапна, яка зворотньопронтний марганець втрачає парамагнітні властивоспорційна ступеню взаємодії гідроксильних іонів ті, в наслідок чого кількість парамагнітних центрів, ОН- з кристалічною решіткою вапна, безпосереда відповідно і інтегральна інтенсивність спектру ньо реєструють методом електронного парамагнізнижується. тного резонансу та оцінюють за зміною інтенсивВід повністю погашеного вапна спектр ЕПР не ності, а саме концентрації парамагнітних центрів, у реєструється. вапні по відношенню до інтенсивності сигналу стаТаким чином, головна перевага запропоновабільного еталону. ного способу оцінки гідратаційної активності вапна Теоретичне обґрунтування сутності даного полягає у безпосередній візуалізації та фіксації способу полягає в наступному: вапно - кристалічна сучасним фізичним методом структурних перетворечовина, яка реагує з вологою атмосферного рень, які проходять в речовині вапна при взаємодії повітря зі зміною якісних характеристик та перебуз молекулами води. довою кристалічної решітки. Спектроскопія тверЗа допомогою метода ЕПР з високою точністю дого тіла досліджує тверді тіла, визначаючи всі фіксується зміна інтегральної інтенсивності спектособливості стану атомів у кристалах і особливості ру ЕПР вапна під впливом вологи атмосферного електронної будівлі самих кристалів. Із симетрією повітря. розташування граней кристалів нерозривно зв'яОскільки ЕПР-метод відноситься до експресзані описи стану електронів і атомів у кристалах, них методів аналізу, не вимагає трудомісткої і трисистематика їх енергетичних рівнів, визначення валої пробопідготовки, дозволяє автоматизувати дозволених переходів між рівнями в спектрах ЕПР. процес обробки даних, визначення гідратаційної Спектри твердого тіла мають таке ж значення для активності вапна методом електронного парамагопису хімічного зв'язку, яке атомні спектри для нітного резонансу забезпечує значне підвищення розуміння будівлі атома: це спектри саме в стані швидкості аналізу. Висока точність ЕПР-методу і хімічного зв'язку. відсутність втрат вапна при підготуванні проб обуСпектри ЕПР дають речовини, що містять іони мовлює підвищення точності визначення гідратаз неспареними спинами електронів, електронноційної активності вапна. діркові центри і вільні радикали. У кристалах усі За наявними у авторів відомостями сукупність ЕПР-дані одержують тільки для домішкових іонів ознак, що заявляється, невідома з рівня техніки. перехідних металів або для електронно-діркових Отже винахід, що заявляється, відповідає критецентрів, по яких можна судити і про самий кристал. рію «новизна». Іони в кристалах здобувають специфічні в коСукупність ознак, що характеризують відомі жнім з'єднанні особливості в залежності від типу, рішення, не забезпечують досягнення нових власчисла і розташування оточуючих іонів, що відбитивостей і лише наявність відмінних ознак рішенвається в спектрах ЕПР. Це пояснюється тим, що з ня, що заявляється, дозволяє одержати новий погляду теорії кристалічного поля кожен валенттехнічний результат. Отже винахід, що заявляєтьний стан парамагнітних металів у кожній коордися, відповідає критерію «винахідницький рівень». нації дає якісно різні спектри, а з різними лігандаЗапропонований спосіб здійснюється таким ми і при різному порушенні структурного чином. положення смуги в цих спектрах можуть бути зміПідготовка проби: Відібрану для аналізу загащені і розщеплені [А.С.Марфунин. Введение в льну пробу подрібнюємо до розміру 1-0,25 мм (для физику минералов. М. Недра, 1974. - с. 61, 173, часток такого розміру характерно самовільне га180]. сіння на повітрі в зв'язку з розвитою питомою поЗ усіх параметрів ЕПР параметри надтонкої верхнею). Пробу просіваємо крізь сита з розміраструктури (НТС) виявляють найбільш виразну зами отворів 1,0 та 0,25 мм. Частину проби, що не лежність від стану хімічного зв'язку, що залежить пройшла крізь сито 1,0 мм, розтираємо у ступці і також і від структури речовини. Ця надтонка струкзнову просіваємо. Цю операцію повторюємо доти, тура спостерігається в спектрі домішкового іона, доки вся проба не пройде крізь сито 1,0 мм. Часяким найчастіше у вапні є зручний для ЕПР іон тину проби, що пройшла крізь сито 0,25 мм відкиМn2+. Так, у негашеному вапні спостерігається дірдаємо. Пробу, що пройшла крізь сито 1,0 мм та ковий центр, який представлено 6-ю лініями надзалишилась на ситі 0,25 мм усереднюємо та метонкої структури. Тобто, резонансне поглинання тодом квартуванням скорочуємо до маси 50 г. зобов'язане Μn2+: Дірковий центр зв'язується з Пробу поміщаємо у чисту і суху ємкість та викоридомішкою Мn2+, що заміщає Са2+ у деяких вузлах стовуємо для аналізу. кристалічної решітки (утворюється домішковий Проведення аналізу: Використовуємо метод катіонний центр). порівняння інтенсивності сигналу проби із інтенсиГасіння вапна являє собою кристалохімічне вністю сигналу еталонного зразка (елемента, що перетворення, при цьому кубічний структурний визначається або близького по складу до аналізоелемент СаО перетворюється в гексагональний ваної речовини). У якості еталонного стабільного Са(ОН)2. Схеми кристалічних структур СаО та зразка використовуємо двовалентний марганець в Са(ОН)2 наведено на рисунку [Роберт С. Бойнтон. окису магнію, тому що окис магнію входить до 5 86544 6 складу вапна та має таку " кубічну кристалічну сигналів досліджуваних зразків із інтенсивністю решітку, як і окис кальцію. Еталон має наступні сигналу еталону з відомою кількістю ПМЦ, розрахарактеристики: ховуємо концентрацію ПМЦ в зразках, що досліКількість парамагнітних центрів (ПМЦ) третьої джуються. Гідратаційну активність визначаємо за компоненти дорівнює 1,19*1015±10%ПМЦ. зміною інтенсивності, тобто за зміною концентраШирина третьої компоненти ΔΗ=0,67±0,05 Ε. цій ПМЦ, у вапні (в даний момент збереження) по Розщеплення компонент спектру дорівнює: відношенню до інтенсивності сигналу стабільного для 1-2 комп. 82,38±0,057 Е; в часі еталону. 2-3 комп. 84,57±0,057 Е; Здійснення запропонованого способу дозво3-4 комп. 86,76±0,057 Е; лить об'єктивно, точно і швидко визначити гідра4-5 комп. 89,01±0,057 Е; таційну активність вапна, що дозволить робити 5-6 комп. 91,19±0,057Е. точний розрахунок дозування вапна і приведе до Запропонований спосіб здійснюється таким економії даного в'яжучого матеріалу. чином: наважку проби підготованого вапна (10-50 Спосіб, що заявляється, може бути багаторамг) засипаємо в пробірку, яку поміщаємо у резоназово відтворений у виробництві для визначення тор приладу ЕПР-спектрометру та реєструємо гідратаційної активності вапна. Отже, він відповісигнал. На підставі порівняння інтенсивностей дає критерію «промислова застосовність». Комп’ютерна верстка І. Скворцова Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601