книги из ГПНТБ / Джеффери П. Химические методы анализа горных пород

Химические

методы

анализа

горных

пород

Chemical methods of rock analysis

by P. G. Jeffery

Pergamon Press

Oxford. New York. Toronto. Sydney. Braunschweig

1970

ПРЕДИСЛОВИЕ

Аналитическая химия природных минеральных объектов в настоящее время переживает период интенсивного развития. Пересматриваются и совершенствуются прежние химические ме­ тоды анализа в целях повышения их скорости, чувствительности и точности. В практику широко внедряются физико-химические инструментальные методы, такие, как спектрофотометрические с применением органических и в меньшей степени неорганичес­ ких реагентов, фотометрия пламени, атомно-абсорбционная спек­ трофотометрия и другие.

Эти методы позволили модифицировать классическую схему силикатного анализа в некоторых ее звеньях или послужили основой для создания новых ускоренных схем анализа. Сейчас редко можно встретить лаборатории, в которых, например, ще­ лочные элементы определяли бы не методом фотометрии пла­ мени, а фтор — не фотометрическим методом по реакции разру­ шения или образования окрашенного комплекса ионом фтора. При низком содержании элементов все реже применяются гра­ виметрические методы, уступая место более современным ме­ тодам.

Однако успехи неорганического анализа последних лет отра­ жены в периодической литературе или в отдельных моногра­ фиях только по узкой тематике. Такие фундаментальные издания, как «Практическое руководство по неорганическому анализу» В. Ф. Гиллебрандта, Г. Э. Ленделя, Г. А. Брайта, Д. И. Гофмана (Госхимиздат, 1960) и «Методы химического анализа силикатных и карбонатных горных пород» А. И. Пономарева (Изд-во АН

СССР, 1961), до настоящего времени не потеряли своей ценности и являются настольными книгами химиков-аналитиков. В этих трудах основное внимание уделено классическим методам ана­ лиза. Фотометрия пламени и спектрофотометрические методы нашли в этих руководствах лишь частичное освещение.

За последнее десятилетие произошли заметные изменения по совершенствованию и внедрению в аналитическую практику ме­ тодов фотометрии пламени и атомно-абсорбционной спектрофо­ тометрии, появились чувствительные и надежные спектрофото­ метрические методы с применением новых органических реаген­ тов, разработаны схемы ионообменного и хроматографического разделения или выделения элементов, созданы ускоренные схемы силикатного анализа на основе указанных методов.

Предлагаемая читателю книга П. Джеффери «Химические методы анализа горных пород» обобщает успехи, достигнутые в области анализа природных минеральных объектов. Появле­ ние ее на свет вообще и в русском переводе в частности кажется нам, несомненно, своевременным и полезным.

Монография написана одним из видных английских химикованалитиков Паулем Джеффери, имеющим многолетний опыт ра-

.боты в области анализа горных пород и минералов. Это опре­ делило уровень и ценность изложенного в книге материала. Зна­ чительная часть методов разработана, усовершенствована или проверена автором и его сотрудниками. Это позволило дать пра­ вильную критическую оценку достоинств и недостатков как из­ вестных, так и новых методов и высказать полезные рекоменда­ ции.

Книга состоит из 50 глав. В первых шести рассмотрены об­ щие вопросы химического анализа горных пород.

В гл. 1, посвященной составу, рассмотрен химический состав горных пород во взаимосвязи с развитием химических методов анализа. Автор показывает, как совершенствование и появление новых чувствительных точных методов позволило внести соот­ ветствующие коррективы в данные о химическом составе пород. В этой связи придается важное значение лабораторным и меж­ дународным стандартам горных пород, приводятся их характе­ ристики и список.

Подготовке образца к анализу посвящена гл. 2, где обраща­ ется внимание на правильность отбора представительных проб анализируемого материала, его измельчения, хранения, марки­ ровки. Обсуждаются причины загрязнения анализируемых проб и пути предотвращения или учета загрязнений. Эти сведения и рекомендации важны и для геолога, отбирающего материал

вполе, и для аналитика, выполняющего анализ.

Вгл. 3 рассмотрены методы разложения горных силикатных

пород, включающие выщелачивание водой, извлечение органи­ ческими растворителями (органический углерод), разложение смесями минеральных кислот (HF, H2SO4, НСЮ4, HNO3, НС1), сплавление с солями щелочных элементов, их гидроокисями, с перекисью натрия, борным ангидридом и щелочными бора­ тами. В частности, описан весьма эффективный способ с мета­ боратом лития для трудно разлагаемых минералов и последний его вариант, основанный на применении фторида лития и борной кислоты. Этот способ позволяет за 12—15 мин провести разло­ жение таких трудновскрываемых минералов, как кианит, циркон, силлиманит, топаз, корунд, рутил, шпинель и др. В дополнение к специальной монографии Я. Долежала, П. Повондры, 3. Шульцека «Методы разложения горных пород и минералов» («Мир», 1968) в рассматриваемой главе химики-аналитики найдут много полезных рекомендаций по разложению силикатных пород и ми­ нералов.

Гл. 4 посвящена обсуждению классической схемы силикат­ ного анализа. В ней приведен последовательный ход анализа на основные породообразующие элементы: кремний, железо, титан,

фосфор, кальций, магний, марганец. В течение 75 лет эта схема совершенствовалась, уточнялась и дополнялась новыми, более надежными методами, но, несмотря на длительный период своего развития, классическая схема силикатного анализа до сих пор содержит существенные недостатки. Важнейшие из них — дли­ тельность, трудоемкость выполнения процедур выделения, переосаждения и гравиметрического определения. Весьма серьез­ ным недостатком этой схемы является косвенное определение алюминия по разности между суммой смешанных окислов ти­ тана, железа, фосфора, ванадия, хрома и др. Ошибки определе­ ния этих элементов суммируются в результатах на алю­ миний.

Вмонографии даны прописи весового метода с оксином, фо­ тометрических методов с оксином и пирокатехиновым фиолето­ вым, а также косвенного титриметрического метода с ЦДТА. Эти методы в какой-то мере компенсируют недостатки класси­ ческой схемы в части определения алюминия, но также далеки от совершенства, поскольку требуют отделения железа, титана, ванадия, циркония путем экстрагирования их купферонатов, вне­ сения поправок на влияние марганца, никеля и ванадия при тит­ рованиях или на титан при фотометрическом определении с ок­ сином.

Таким образом, задача быстрого и точного определения алю­ миния в силикатных породах и минералах требует дальнейших поисков и решений во всех направлениях и даже в атомно-аб­ сорбционной спектрофотометрии.

Вгл. 5 обсуждены схемы ускоренного силикатного анализа, предложенные Шапиро и Бранноком, Райли, Ленгмюром, Граф­

фом, Ингамелсом. Их разработка диктуется требованиями уве­ личения объема информации о составе минеральных природных объектов, что имеет прямую связь с экономичностью и быстро­ той выполнения анализа. Данная монография является, пожалуй, единственной, где критически рассмотрены достоинства и недо­ статки созданных ускоренных схем, а главное сформулированы основные требования к ним: 1) схема должна обеспечивать опре­ деление отдельных компонентов в присутствии остающихся, ис­ ключая процедуры отделения; 2) метод определения отдельного компонента должен быть специфичным к нему и давать точные и воспроизводимые результаты; 3) количество навесок для ана­ лиза должно быть минимальным; 4) схема должна быть приме­ нима к широкому ряду силикатных пород, а редкие силикатные породы должны давать ошибочные или сомнительные резуль­ таты по описанным методикам.

В гл. 6, посвященной статистике в анализе, дана классифика­ ция ошибок, обсуждена правильность и точность анализа, а также другие статистические характеристики.

СОСТАВ ГОРНЫХ ПОРОД

ВВЕДЕНИЕ

С давних времен человек размышлял о происхождении и составе Земли и о большом разнообразии пород и минералов, из которых она состоит. Выдающиеся химики XVIII—XIX сто­ летий занимались анализом неопознанных минералов; в ре­ зультате им удалось идентифицировать, а затем и выделить мно­ гие новые элементы. В конце XIX столетия И. Берцелиус, Л. Мейер, Л. Смит и другие разработали основы классической схемы анализа силикатных пород, используемого и в настоящее время. В конце прошлого столетия были предложены методы определения всех основных элементов. В 1920 г., после выхода в свет третьего издания книги Вашингтона «Руководство по хи­ мическому анализу пород» [1] и книги Гиллебранда «Анализ си­ ликатных и карбонатных пород» [2], в которых были подведены итоги определения основных элементов, методы анализа горных пород стали распространяться на элементы, присутствующие лишь в малых количествах. Барий, цирконий, сера и хлор — эле­ менты, которые могут быть определены надежными весовыми методами,— были вскоре добавлены к перечню основных компо­ нентов, необходимых для «полного анализа». После того как титан, ванадий и хром были признаны основными компонентами некоторых силикатных пород, для их определения разработали новые методы.

Этот интерес к второстепенным компонентам силикатных по­ род возрастал непрерывно почти до настоящего времени, рас­ пространяясь на элементы рхе более низких концентраций, по мере предложения все более чувствительных методов.

Как и в других областях аналитической химии, получение хорошего анализа зависит от квалификации аналитика, в выпол­ нении им процессов разделения, а также в сочетании весовых и титриметрических определений. На ранних стадиях для опре­ деления марганца использовали даже колориметрический метод, предусматривавший визуальное сравнение окрасок. Достаточно высокая чувствительность фотометрических методов и удобные конструкции приборов, разработанные приблизительно к 1950 г., привели к значительному распространению таких методов. Сна­ чала это были методы для определения второстепенных компо­ нентов и компонентов, содержащихся в следовых количествах, та­ ких, как титан, фосфор и фтор, но позже их стали использовать