Пробирная посуда

            Огнеупорные пробирные изделия, применяемые в практике пробирного анализа, включают шамотные  тигли, шерберы, муфельные коробки, ящики или лодочки для обжига проб, крышки для тиглей.

            Сырьем для производства огнеупорных изделий служат различные сорта огнеупорных глин, молотый шамот и т.д.

            Пробирная посуда должна обладать следующими основными свойствами:

1) высокой огнеупорностью, определяемой отношением Al2O3 : SiO2. Вредными примесями при этом являются щелочи, закись железа, закись марганца. Примеси понижают температуру размягчения глины. Присутствие в исходном сырье пирита вызывает образование трещин в процессе обжига изделий;

2)         способностью выдерживать резкие изменения температуры. Чтобы посуда при быстром нагревании или охлаждении не давала трещин, глина должна быть не слишком жирной и пластичной. Для этого к ней добавляют примеси – измельченный шамот, кварц, графит. Чтобы испытать прочность посуды, ее быстро нагревают и быстро охлаждают в воде;

3)         способностью сопротивляться химической коррозии (смесь, состоящая из PbO и CuO, наиболее подходит для проверки этого качества изделий). Для этого в посуде плавят глет или смесь PbO и CuO и определяют, сколько таких плавок посуда выдержит  без того, чтобы стенки посуды разъелись. Мелкое зерно, гладкая  поверхность, большое давление при прессовке и обжиг при высокой температуре уменьшают разъедаемость посуды. Большое количество SiO2 в материале посуды уменьшает устойчивость к химической коррозии;

4)         большой плотностью и однородностью. Лучшим средством проверки этого качества посуды принято считать плавку в изделиях легкоплавкой смеси, состоящей из FeS и Sb2S3.

            Глина, применяемая для изготовления пробирной посуды, по своим химическим свойствам чаще всего характеризуется следующим составом: SiO2 – 50-60 %; Al2O3 – 25-40 %; Fe2O3 – 0,8-2 %.

            Сырую глину предварительно сушат до содержания влаги 5-6 %. Подсушенную глину измельчают и просеивают через сито 2-3 мм. Для сокращения жирности глины рекомендуется применять шамотный порошок, изготовленный из боя шамотных кирпичей с крупностью зерен 2 мм. Глину с шамотом тщательно перемешивают до получения однородной массы и увлажняют водой до содержания влаги 15-20 %. В конце перемешивания массу продолжительное время сбивают до полного отсутствия в изломе различных пустот, раковин и расслоений. Из готовой глины формируют огнеупорные шамотные изделия.

            Шамотные тигли. Высокие  цилиндрической формы сосуды. Различают: тигли с ножкой и обыкновенные тигли самых разных размеров. Внутренняя форма цилиндрическая или яйцеобразная и имеет целью предотвратить выкипание вещества, если последнее вспучивается при плавке. Высота тигля 86-185 мм, емкость 70-275 см3 В ЦПАЛ используются тиглиЕмкостью 500-750 см3.

            Шерберы. Плоские чашеобразные сосуды, служащие для обжига и плавки. От шерберов не требуется особо высокой огнеупорности. Они должны обладать гладкой внутренней поверхностью и сопротивляемостью по отношению к резким переменам температуры, т. к. они вносятся в холодном состоянии в раскаленную печь и затем быстро охлаждаются.

            Различают шерберы для обжига – тонкостенные, низкие чашки большого диаметра и шерберы для шлакования вещества со свинцом. Эти шерберы должны сопротивляться разъеданию, поэтому их делают очень толстостенными. Высота их 20- 30 мм, верхний внутренний диаметр 50-87 мм. Емкость 30- 70 см3.

            Лодочки для обжига. Для изготовления лодочек используют сухую просеянную огнеупорную глину, измельченную до 0,07 мм, и просеянный дробленный шамот в отношении 1:1, смесь смачивают водой (12-15 %), тщательно перемешивают. Лодочки формуют с помощью специальной модели, сушат в течение 10-15 дней и используют без предварительного обжига. Хорошо приготовленная лодочка выдерживает от 50 до 80 операций.

            Капели. Представляют собой пористые трапециевидные изделия, напоминающие большие «таблетки» с неглубокой выемкой посередине, на которых производится отделение золота и серебра от свинца при окислительной плавке. Они обладают свойством абсорбировать (объемом) оксиды всех металлов и не всасывают металлы.

            Капели изготавливают из костяной муки, магнезита, цемента с различными связующими компонентами.

            Костяные капели готовят из золы, получаемой после сжигания костей животных. Заготовленную сырую кость (лучше овечью) вываривают в горячей воде, сжигают и полученную золу измельчают. Измельченный материал еще раз обжигают и продукт обжига снова измельчают в тонкий порошок (муку). Основной химической составляющей этой муки является фосфат кальция Ca3(PO4)2. Затем костяную золу обрабатывают раствором хлористого аммония для удаления нежелательных примесей, в основном кальцита СаСО3. Остаток от этой обработки высушивают и просеивают через стандартный набор сит. Около 95 % этой золы должно пройти через сито с размером отверстий 0,315 мм и около 50 % – через сито 0,1 мм. Полученный материал или его смесь с 15-ю % цемента слегка увлажняют (до 10 %), тщательно перемешивают, сильно сбивая, и из полученного теста на специальном прессе прессуют капели. Сырые костяные капели медленно просушивают в теплом помещении в течение нескольких месяцев. При использовании таких капелей отмечаются наименьшие потери благородных металлов при мягком протекании процесса окисления свинцового сплава.

            Магнезитовые капели изготавливают из тонкого магнезитового порошка (MgO), полученного при измельчении боя магнезитового кирпича. В качестве связующего материала при прессовании капелей используют цемент (85 % магнезита и 15 % цемента) или жидкое стекло (92 % магнезита и 8 % жидкого стекла). Степень измельчения магнезита оказывает существенное влияние на качество получаемых капелей и результаты проводимого анализа, так как от этого зависит пористость изделия. Рекомендуемая ситовая характеристика исходного порошка измельченного магнезита: 20 % класса - 0,2 + 0,15 мм; 16 % класса - 0,15 + 0,074 мм; 64 % класса < 0,074 мм. Этот порошок увлажняют до содержания влаги не более 10 % и хорошо перемешивают, сильно сбивая, после чего массу еще протирают через сито с отверстиями 1-2 мм. Из этой протертой массы и прессуют капели.

            Магнезитовые капели поглощают глет в количестве, равном ⅔ от собственной массы, и требуют более высокой температуры при купелировании, особенно в конце, для удаления последних следов свинца.

            Магнезитовые капели могут быть использованы после воздушной сушки при комнатной температуре через несколько дней после их изготовления.

            Цементные капели изготавливают из чистого цемента с добавлением от 6 до 10 % воды или из смеси цемента и огнеупорной глины. При правильном изготовлении они не растрескиваются и поглощают глет в количестве собственной массы. Но эти капели обладают худшей пористостью, и королек благородных металлов крепко «прирастает» к материалу капели. При разваривании такого королька значительное количество цемента может остаться нерастворенным в виде геля кремниевой кислоты H2SiO3, что увеличивает массу остатка золота. Использовать подобные капели можно только в крайнем случае.

         При проведении точных арбитражных анализов появляется необходимость определения величины потерь благородных металлов от всасывания материалом капели. Это делается анализом материала использованных капелей (вместе с впитанным глетом) путем их переплавки. Поскольку все материалы, из которых изготавливаются капели, отличаются высокой тугоплавкостью (особенно магнезит), анализу подвергают не всю капель, а только ту ее часть, которая пропитана глетом, что хорошо видно визуально. Непропитанную часть капели отбивают и выбрасывают. Цемент и магнезит являются основаниями, поэтому для получения приемлемого шлака в шихту этой плавки требуется добавлять значительное количество кислых флюсов. При этом для более полного извлечения благородных металлов весь поглощенный капелью глет должен быть восстановлен до металла в процессе плавки, перед которой пропитанную глетом часть капели взвешивают и измельчают.

        Ниже приводятся некоторые особенности опробования капелей различного вещественного состава.

            Костяные капели. Для ошлакования костяной золы на 1 часть измельченных капелей добавляется по массе 1,5 части соды; 0,66 частей плавленой буры; 0,5 частей фторида кальция и 0,33 части кварца. Восстановитель (муку, крахмал, активированный уголь) добавляют в избытке для полного восстановления всего глета. Примерный состав шихты при плавлении 60 г материала измельченных костяных капелей (30 г костяной золы и 30 г глета): 45 г Na2CO3, 20 г Na2O·2B2O3, 10 г SiO2, 15 г CaF2, 4 г муки. Плавку необходимо проводить в горячей печи (температура более 1150ºС) с целью быстрого разогрева и расплавления шихты. Полученный после плавки металлический свинец должен весить столько же, сколько весил исходный свинцовый сплав тигельного плавления, посланный на купелирование. Дальнейший анализ полученного свинца проводится по стандартной схеме пробирного анализа (купелирование, разваривание и т.д.).

            Цементные капели. Для ошлакования добавляют кварц и соду в количествах, равных двойной массе материала измельченных капелей, плавленую буру – в равном количестве и 4-5 г муки. Примерный состав шихты для плавления 50 г материала цементной капели (25 г цемента и 25 г глета): соды – 40-50 г, плавленой буры – 20-25 г, кварца – 40-50 г, муки – 5 г. Эту шихту быстро плавят.

            Магнезитовые капели. Опробование магнезитовых капелей проводят аналогично костяным и цементным, только с повышенным расходом реагентов. Примерный состав шихты для плавки 60 г материала капелей: соды – 60 г, кварца – 60 г, буры – 120 г, муки – 5 г.

            В процессе неоднократного опробования отработанных капелей было установлено, что, помимо материала капелей, его гранулометрического состава, температуры купелирования, потери благородных металлов зависят от формы капели: более глубокие капели (с глубиной чашечки не менее 8 мм) позволяют снизить потери как золота, так и серебра.