- молярная масса эквивалента СаO (28), г/моль.

4.3 Определение растворимости

Общая растворимость в воде готовой продукции (S_общ), мг/дм³ вычисляют по формуле

(6)

где - разность масс готовой продукции, г;

m_н - начальная масса готовой продукции до обработки воды, г;

m_к - конечная масса готовой продукции после обработки воды, г;

V - объем прошедшей воды через продукцию, м³.

Растворимость в воде по содержанию фосфатов в готовом продукте (X₁), мг/дм³ вычисляют по формуле

(7)

где S_общ - общая растворимость в воде готовой продукции, мг/дм³;

доля оксида фосфора (v) в готовом продукте.

4.4 Определение содержания железа в растворах

Железо постоянно присутствует в поверхностных и подземных водах в виде солей (II) и солей (III), т.е. в виде ионов и . В подземных водах преобладают соединения железа (II): образующиеся при растворении железосодержащих пород. Эта форма содержания железа устойчива в присутствии растворенного и в отсутствие кислорода. При выходе подземных вод на поверхность происходит окисление в сопровождающееся гидролизом солей железа (III) до труднорастворимого по реакции

Гидроксид железа (III) может содержаться в поверхностных водах в виде коллоидного раствора, который под влиянием растворенных электролитов коагулирует. Поэтому содержание железа в поверхностных водах незначительно.

Воды северных районов (болотистые) содержат железо в виде органических соединений - гуматов, обусловливающих их цветность. Содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 так как при большей концентрации появляется неприятный (железистый) привкус.

Нежелательно присутствие железа во многих производственных водах. Так, при содержании железа в охлаждающей воде наблюдается массовое развитие железобактерий, вызывающих обрастание и закупорку труб. Строго регламентируется содержание железа (0,1 ) в воде, используемой для питания паровых котлов.

Содержание железа в воде определяют колориметрически тиоцианатным методом. При этом протекает реакция в результате которой образуется ярко-красный тиоцианат железа (III), интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации железа. Для определения содержания железа (II) его предварительно окисляют до железа (III).

Этим методом можно определить 0,05-4,0 г железа в 1 воды с точностью 0,05

Интенсивность окраски измеряют на спектрофотометре.

Аппаратура, реактивы, растворы:

- спектрофотометр (ПЭ - 5300ВИ);

- бюретка вместимостью 50 см³

- колба коническая вместимостью 100 см³;

- колба мерная вместимостью 50 см³;

- кюветы с толщиной рабочего слоя 30 мм;

- серная кислота (1:2);

- раствор перманганата калия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 (3,2 г растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 1 );

- раствор щавелевой кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 (6,3 г растворяют в дистиллирован - ной воде и доводят объем да 1 );

- соляная кислота (1:1);

- калия или аммония 20%-й раствор;

- тиоцианат;

- железоаммонийные квасцы (соль Мора).

Основной раствор. Растворяют в дистиллированной воде 0,8634 г. высушенного в эксикаторе при комнатной температуре, прибавляют 2 см концентрированной соляной кислоты и доводят объем до 1, 1 см раствора содержит 0,1 мг железа.

Рабочий раствор. Разбавляют 50 см основного раствора до 1 водой (или 5,0 см основного раствора до 100 водой). 1 см раствора содержит 0,005 мг железа. Рабочий раствор готовят непосредственно перед анализом, так как он не подлежит длительному хранению.

Методика определения

1. Приготовление растворов для построения калибровочного графика. В 10 конических колб емкостью 100 см отмерить из бюретки 0, 1, 2, 5, 8, 12, 16, 20, 24, 28 см рабочего раствора соли железа (III), разбавить раствор примерно до 25-30 см дистиллированной водой.

В каждую колбу добавить 2,5 см разбавленной серной кислоты (1:2) мерной пробиркой и 2,5 см 0,1 Н раствора перманганата калия из бюретки. Смесь кипятить 3-5 мин.

Параллельно аналогичным образом готовят исследуемые растворы.

Горячий раствор обесцветить 0,1 Н раствором щавелевой кислоты, прибавляя ее из бюретки по каплям. Прибавить по каплям из бюретки раствор перманганата калия до слабого розового окрашивания раствора. Добавить 2,5 см разбавленной соляной кислоты (1:1) мерной пробиркой.

Прибавить с помощью мерной пипетки 5 см 20% раствора тиоцианата, количественно перенести раствор из конической колбы в мерную колбу на 50 см и довести до метки дистиллированной водой. Растворы тщательно перемешать.

2. Выбор светофильтра. Для выбора светофильтра (длины волны падающего излучения) раствор, имеющий самую интенсивную окраску, фотометрируют, используя в качестве раствора сравнения дистиллированную воду, со всеми светофильтрами поочередно. Результаты измерений заносят в таблицу (таблица 4).

Таблица 4 - Зависимость оптической плотности раствора тиоцианата железа (III) от длины волны падающего светового потока

Длина волны, нм	400	440	490	540	590	600	620	640	670
Оптическая плотность А

Строят график зависимости оптической плотности А от длины волны падающего светового потока л. Для дальнейшей работы выбирают светофильтр, соответствующий максимальному значению оптической плотности.

3. Построение калибровочного графика и определение содержания железа в исследуемом растворе. Оптическую плотность приготовленных стандартных растворов измеряют с выбранным светофильтром относительно раствора сравнения, не содержащего железа (III). Результаты измерений вносят в таблицу (таблица 5). Все измерения на спектрофотометре необходимо проводить с закрытой крышкой. Рабочие поверхности кювет перед каждым измерением должны тщательно протираться от следов на стекле. Измеряют также оптическую плотность исследуемого раствора (ИР)

Таблица 5 - Зависимость оптической плотности раствора тиоцианата железа (III) от содержания железа в растворе

Номер колбы	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	ИР
Содержание железа, мг	0	1	2	3	4	5	6	8	12	16	х
Оптическая плотность А

По полученным результатам строят калибровочный график в координатах А - m(Fe), мг/50 см³. Калибровочный график должен представлять собой прямую с наклоном примерно 45?.

По калибровочному графику определяют содержание железа Fe, мг в исследуемом растворе.

4.5 Определение степени защиты от коррозии стальных изделий и оценка сплошности фосфатных покрытий

Антикоррозионные свойства фосфатного стекла в водном растворе проявляются в образовании на металлической поверхности прочной фосфатной пленки с самовосстанавливающейся функцией. Это достигается за счет того, что длинноцепочечные фосфаты обладают высокой адгезией к поверхности металла и прочно закрепляются на ней.

Для их исследования обычно используют стальные пластинки из низкоуглеродистой стали.

Опыт 1. Определение степени защиты от коррозии.

Оборудование и реактивы:

- образцы низкоуглеродистой стали (пластинки или гвозди);

- электронные весы ВК с дискретностью отсчета 0,005 г.

- колбы 200-250 см³;

- стаканы 200-250 см³;

- мерный цилиндр 100 см³;

- фильтровальная бумага;

- мелкая наждачная бумага,

- бюретки;

- электроплитка;

- 2Н раствор азотной кислоты;

- 5%-ный раствор сульфосалициловой кислоты (индикатор);

- 0,02Н раствор трилона Б;

- раствор реагента III: 20 см³ 2Н раствора HCl с уротропином (1/2 шпателя);

- этанол.

Порядок выполнения работы.

Стальные пластины зачистить наждачной бумагой и поместить в раствор реагента III. Слить раствор, пластины промыть несколько раз проточной водой, не вынимая их из стакана и сполоснуть 1-2 раза дистиллированной водой. Пластины перенести на чистый лист бумаги, промокнуть каждую пластину сухой фильтровальной бумагой, затем новым кусочком фильтровальной бумаги, смоченной в этаноле и подсушить пластины на воздухе.

В два стакана налить по 100 см³ дистиллированной воды. Два стальных изделия одинаковой формы (гвозди, пластинки и т.п.) поместить в стаканы с водой.

Снабдить стаканы этикетками с номером варианта и номером колбы.

Взвесить кусочек фосфатного стекла и поместить его в стакан №2. Значение массы заносят в таблицу (таблица 6). Стаканы 1 и 2 оставить на одну неделю.

Через неделю растворы слить в чистые колбы, (снабдив их этикетками с такими же номерами, что и стаканы) и отметить внешний вид стальных образцов.

Из стакана с фосфатным стеклом вынуть его остатки, поместить на кусочек фильтровальной бумаги и после полного высыхания взвесить остатки фосфатного стекла.

Небольшими кусочками фильтровальной бумаги, смоченной дистиллированной водой, тщательно и аккуратно протереть стальные изделия и кусочки фильтровальной бумаги поместить в соответствующую колбу.

Затем тщательно протереть стальные изделия небольшими кусочками фильтровальной бумаги, смоченными в растворе этанола, и поместить кусочки бумаги в соответствующую колбу.

Примечание: если на стенках стаканов остались следы бурого цвета (оксиды железа), то добавить в них несколько капель 2Н раствора азотной кислоты до растворения бурых пятен оксида железа. Перенести растворы в соответствующие колбы, ополоснуть стаканы дистиллированной водой и соединить с соответствующим раствором в колбе.

К обоим растворам добавить по 5 см³ раствора азотной кислоты (1:1).

Растворы нагреть почти до кипения до полного растворения осадка гидроксида железа.

К растворам добавить по 2 см³ индикатора - сульфосалициловой кислоты и оттитровать раствором трилона Б до перехода окраски из малиновой в соломенно-желтую.

Записать объем трилона, пошедший на реакцию.

Таблица 6 - Результаты эксперимента

Номер стакана	Масса фосфатного стекла, г	?m, г	S, г/см3	Внешний вид стального изделия	Объем трилона, см3
	начальная	конечная
1
2

Определить концентрацию фосфатного стекла в растворе S, г/см³ по формуле

, (8)

Определить массу железа в обоих растворах по формуле

(9)

где V_тр. - объем трилона, пошедший на титрование, см³;

Т (тр./Fe) - титр трилона по железу, г/см³;

, (10)

Записать результаты:; .

Определить степень защиты от коррозии стальных изделий в присутствии фосфатного стекла по формуле

. (11)

Сделать вывод о влиянии фосфатного стекла на степень защиты от коррозии.

Опыт 2. Визуальная оценка сплошности и коррозионной стойкости фосфатных покрытий на стальных изделиях.

Оборудование и реактивы:

- стальные пластины с отверстием размером 30 х 20 х 2 мм (10 шт.);

- стеклянные стаканы объемом 100 см³;

- мерный цилиндр 50 см³;

- стаканы для реагентов I-III объемом 50 - 100 см³ (3 шт.);

- мерные пипетки объемом 5 см³;

- пипетки;

- секундомер,

- лупа;

- электронные весы ВК с дискретностью отсчета 0,005 г.;

- стеклянные палочки и нитки для подвешивания пластин.

- растворы фосфатного стекла с разными концентрациями;

- раствор реагента I (на основе K₃Fe(CN)₆) объемом 50 см³;

- раствор реагента II следующего состава: 20 см³ раствора CuSO₄• 5H₂O концентрации 0,4 моль/ дм³, 10 см³ раствора NaCl (10%-ный) и 0,75 см³ раствора HCl концентрации 0,1 моль/ дм³;

- раствор реагента III: 20 см³ 2Н раствора HCl с уротропином (1/2 шпателя).

Порядок выполнения работы.

Стальные пластины зачистить наждачной бумагой и поместить в раствор реагента III (см. реактивы) на 20 с. Слить раствор, пластины промыть несколько раз проточной водой, не вынимая их из стакана и сполоснуть 1-2 раза дистиллированной водой. Пластины перенести на чистый лист бумаги, промокнуть каждую пластину сухой фильтровальной бумагой, затем новым кусочком фильтровальной бумаги, смоченной в этаноле и подсушить пластины на воздухе.

В стеклянный стакан емкостью 100-150 см³ внести 50 см³ исследуемого раствора (ИР) с концентрациями фосфатного стекла, указанными в табл. 2 и погрузить в него две стальные пластины в подвешенном состоянии.

Довести ИР до кипения, отключить нагревательный прибор и охладить ИР, (не снимая стакан с поверхности нагревательного прибора), до комнатной температуры. ИР оставить для дальнейших исследований, а пластины на фильтровальную бумагу и высушить на воздухе.

Оценить сплошность фосфатного покрытия на одной пластине и коррозионную стойкость (на другой пластине).

Оценка сплошности покрытия. Вырезать образцы фильтровальной бумаги по контуру второй пластины.

Образцы фильтровальной бумаги смочить в растворе реагента I, стряхнуть лишнюю жидкость и плотно прижать к стальной пластине. Через 30 с фильтровальную бумагу осторожно снять с пластины, положить на чистый лист и визуально оценить степень коррозии пластин по площади синих пятен турнбулевой сини (в процентах). Результаты заносят в таблицу (таблица 7).

Ускоренное определение коррозионной стойкости покрытия. На поверхность второй пластины нанести на некотором расстоянии две большие капли раствора реагента II и включить секундомер. С помощью лупы наблюдать за моментом появления меди под каплями раствора реагента. Время в секундах от момента нанесения капли до момента появления меди занести в таблицу 7. Эта величина служит характеристикой коррозионной стойкости фосфатного слоя.

Таблица 7 - Результаты эксперимента

Номер стакана	Концентрация фосфатного стекла, мг/дм3	Степень коррозии, %	Коррозионная стойкость фосфатной пленки, с
1	0
2	5
3	20
4	50

Сделать выводы:

а) о достигнутой степени сплошности фосфатной пленки в зависимости от концентрации фосфатного стекла в растворе;

б) о коррозионной стойкости пластин с фосфатной пленкой и без нее.

Таким образом, в данном разделе были рассмотрены следующие основные методики анализа промышленного образца ФК:

- определение содержания оксида фосфора (v) в промышленном образце ФК молибденовым методом;

- определение содержания оксида кальция в промышленном образце ФК;

- определение растворимости в воде промышленного образца;

- определение содержания железа в растворах;

- определение степени защиты от коррозии стальных изделий в присутствии ФК и оценка сплошности фосфатных покрытий.

5. Анализ готовой продукции

После получения готовой продукции был проведен анализ на растворимость и сделаны выводы о выходе годной продукции в зависимости от содержания компонентов. В состав продукции входят следующие компоненты:

1) Х1 - исходное вещество, содержащие легкорастворимые оксиды щелочных металлов;

2) Х2- исходное вещество, содержащие легкорастворимые оксиды щелочных металлов;

3) Х3- исходное вещество, содержащее труднорастворимые оксиды щелочно-земельных металлов;

4) Х4 - бактерицидная добавка, препятствующая образованию биопленки на поверхности, состоящей из высокотоксичных организмов в составе исходной воды. Кроме того, при добавлении Х4 можно дополнительно регулировать растворимость КА «Астра» каждого состава.

5.1 Исследование растворимости

Было исследовано влияние компонента Х4 на растворимость готовой продукции в воде. Для этого был проведен следующий эксперимент:

1) Был выплавлен состав III с различным содержанием компонента Х4.

2) Полученные шарики композиции поместили в воду и оставили на неделю.

3) После изъятия композиции из стаканов с водой, было видно, что наибольшая растворимость у композиции с наименьшим содержанием компонента Х4.

Таким образом, с увеличением компонента Х4, уменьшается растворимость состава в воде, благодаря этому есть возможность контролировать растворимость композиции в зависимости от условий применения. На рисунке 14 приведен график зависимости растворимости от содержания в нем компонента Х4.

Рисунок 14 - Влияние компонента Х4 на растворимость

5.2 Исследование выхода готовой продукции

Количественный выход готовой продукции зависит от многих факторов. Для определения этих факторов были проведены следующие анализы:

1) влияние нагрева на выход годной продукции;

2) влияние компонентов на выход годной продукции;

Для наглядного представления выход годной продукции изобразим в виде гистограмм. На рисунке 15 изображена зависимость влияния времени нагрева на выход годной продукции.

Рисунок 15 - Зависимость влияния режима нагрева на выход годной продукции

Исходя из гистограммы видно, что наилучший выход был получен при режиме нагрева 1,5 часа.

Рисунок 16 - Выход годной продукции в зависимости от компонентов

На рисунке 16 показана гистограмма, отображающая выход продукции в зависимости от наличия компонентов Х1 и Х2. Из гистограммы видно, что максимальный выход получили после замены компонента Х1 компонентом Х2, поэтому в дальнейшем не используем компонент Х1.

6. Разработка проекта технической инструкции на фосфатную композицию «Астра»

По результатам исследований фосфатной композиции изготовленной в условиях ООО «КОМПАС-МГТУ» разработан проект технической инструкции по производству КА «Астра». Разработка проекта состояла из следующих этапов:

Раздел 1. Область применения был разработан на основе ТУ 2148-001-30998705, патента РФ №2303084 Композиция для защиты от коррозии и солеотложений систем водоснабжения и водоотведения. Также в период 1999 по настоящее время были использованы научные статьи [3-17].

Раздел 2. Ассортимент продукции. Для разработки этого раздела были использованы патент РФ №2303084 Композиция для защиты от коррозии и солеотложений систем водоснабжения и водоотведения. Также в период 1999 по настоящее время были использованы научные статьи [3-17].

Раздела 3. Требования к сырью, содержит требования к сырью, используемому для изготовления продукции, с указанием нормативного или технического документа. В этом разделе делают запись о том, что сырье, используемое для изготовления данной продукции, должно соответствовать требованиям нормативных и технических документов (ГОСТ, ГОСТ Р, ТУ) и иметь сопроводительные документы, подтверждающие их качество и безопасность в соответствии с нормативными правовыми актами Российской Федерации. При разработке данного раздела использовались следующие ГОСТ:

ГОСТ 13493-86 Натрия триполифосфат. Технические условия.

ГОСТ 5106-77 Реактивы. Цинк азотнокислый 6-водный. Технические условия.

ГОСТ 10091-75 Реактивы. Кальций фосфорнокислый однозамещенный 1-водный. Технические условия.

ГОСТ 245-76 Реактивы. Натрий фосфорнокислый однозамещенный 2-водный. Технические условия.

Раздел 4 Характеристика оборудования. В этом разделе отображен перечень всех приборов и оборудования, участвующих при производстве композиции. Раздел содержит описание и технические характеристики оборудования, взятые с паспортов изделий.

Раздел 5 Расчет шихты содержит по каждой рецептуре конкретного наименования продукции норму расхода сырья на 1 тонну, или массу (выход) полуфабрикатов и выход готовой продукции с учетом потерь при термической обработке. Расход сырья, требуемого для изготовления продукции, устанавливается с помощью математических расчетов. В этом разделе показан подробный расчет шихты на 1 тонну для состава №I.

Раздел 6 Соотношение компонентов. В данном разделе приведена таблица, отображающая рецепты для получения тех или иных составов. Раздел построен исходя из предыдущих исследований.

Раздел 7 Технологический процесс, содержит последовательность технологических процессов и операций, правила и последовательность приготовления шихты, порядок, режим выплавки и охлаждения состава. Описание каждого технологического процесса содержит параметры технологических режимов (температуру, влажность, продолжительность процесса и другие).

Раздел технологический процесс состоит из нескольких подразделов:

1) Составление шихты;

2) Приготовление шихты;

3) Выплавка состава;

4) Подготовка форм;

5) Разлив расплава;

6) Несоответствующая продукция.

Данный раздел построен на основе предыдущих исследований.

Раздел 8 Упаковка и маркировка ссылается на ТУ 2148-001-30998705.

Раздел 9 Транспортировка и хранение ссылается также на ТУ 2148-001-30998705.

Заключение

водоснабжение фосфатный промышленный

По результатам проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

1) Разработан алгоритм расчета шихты;

2) Проведен расчет шихты;

3) Выплавлены промышленные образцы различных составов;

4) Выбраны образцы ФК «Астра» составов I, II, III, наиболее пригодные для дальнейшего использования;

5) Выбраны оптимальный режим нагрева, выдержки и охлаждения;

6) Выбраны наилучшие составы для дальнейшего производства;

7) Выполнены химический анализ готовой продукции и сопоставление его результатов с расчетными данными;

8) Исследована зависимость влияния компонента Х4 на растворимость фосфатной композиции;

9) Разработан проект ТИ ТУ 2148-001-30998705 на процесс производства фосфатной композиции «Астра»;

10) ТИ разработана для сотрудников ООО «КомПас-МГТУ» в должностях: варщик стекла и составщик шихты.

Список использованных источников

1 СМК-О-ПВД-01-06. Система менеджмента качества. Положение по виду деятельности. Порядок проведения практики студентов университета [Текст]. - Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2006. - 16 с.

2 Б.А. Никифоров, З.И. Костина, Г.С. Слобожанкин, С.А. Крылова, В.Ф. Костин, И.В. Понурко. Композиция для защиты от коррозии и солеотложений систем водоснабжения и водоотведения [Текст]. - Патент РФ №2303084. Опубл. БИПМ №20, 2007, с. 439-440.

3 СМК-О-СМГТУ-42-09. Стандарт организации. Курсовой проект (работа): структура, содержание, общие правила выполнения и оформления [Текст]. - Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2009. - 31 с.

4 Гулоян Ю.А. Технология стекла и стеклоизделий: учебник / Ю.А. Гулоян. - Владимир: Транзит-Икс, 2003. - 479 с.

5 ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий [Текст]. - Введ. 2011-04-04. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2009. - 28 с.

Размещено на Allbest.ru