DD294104A5 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des salz- und wassergehaltes in mineralischen stoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse des Salz- und Wassergehaltes in mineralischen Proben und findet insbesondere in der Bauindustrie Anwendung. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche sich durch Einfachheit in der Ausfuehrung, gute Reproduzierbarkeit bei der Bestimmung des Salz- und Wassergehaltes in mineralischen Proben auszeichnet. Erfindungsgemaesz wird das dadurch geloest, dasz die Vorrichtung ein Elektrodensystem enthaelt, das vier in einer Ebene angeordnete und/oder in der Hoehe paarweise versetzte Elektroden aufweist und vertikal beweglich und mit der Fluessigkeitsoberflaeche kontaktierbar angeordnet ist. Erfindungswesentlich ist weiterhin, dasz das Probenmaterial in einem organischen bzw. anorganischen Loesungsmittel suspendiert und nach Sedimentation anschlieszend an der Oberflaeche der Loesung mittels Elektrodensystem vermessen und die elektrische Leitfaehigkeit bestimmt wird.{Salzgehalt; Wassergehalt; mineralische Stoffe; Bauindustrie; Elektrodensystem; Fluessigkeitsoberflaeche; Suspension; Sedimentation; elektrische Leitfaehigkeit; organische Loesungsmittel; anorganische Loesungsmittel}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Wasser und leicht löslichen Salzen in pulverisierten mineralischen Proben. Die Erfindung ist besonders geeignet, um Bohrproben, die einem Mauerwerk mit aufsteigender Feuchtigkeit entnommen werden, hinsichtlich des Salz- und Wassergehaltes zu analysieren, um entsprechende Sanierungsmaßnahmen einleiten zu können.

Die Erfindung ist ferner geeignet, um mineralische Grundstoffe schnell auf ihren Gehalt an leicht löslichen Salzen zu untersuchen. Das ist oft notwendig, um zu unterscheiden, ob eine bestimmte Mineralcharge vor einer Weiterverarbeitung durch Auswaschen der löslichen Salze aufbereitet werden muß oder nicht. Auch zur Prozeßkontrolle einer derartigen Auf bereitung ist die Erfindung anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Bestimmung des Wassergehaltes im Mauerwerk sind zahlreiche Methoden entwickelt worden. Eine ausführliche Darstellung dieser Methode mit einer Bewertung ihrer Leistungsfähigkeit ist in einem Buch von C.Arendt: „Trockenlegung - ein Leitfaden zur Sanierung feuchter Bauwerke", DVA, Stuttgart 1983 zu finden. Viele dieser Methoden, z. B. Neutronenstahlmeßsonden, Wärmeleitfähigkeitssonden, Meßmethoden zur Bestimmung der Feuchte über die elektrolytische Leitfähigkeit oder die Dielektrizitätskonstante des Mauerwerkes sind für die speziellen Baustoffe, aus denen ein Gebäude besteht, eichbedürftig. Anderenfalls können nur Trendmessungen durchgeführt werden. Außerdem sind diese Geräte kompliziert und oft sehr teuer. In der Praxis wird die Bestimmung des Wassergehaltes im Mauerwerk daher am häufigsten thermogravimetrisch oder mit Hilfe der CM-Methode durchgeführt. Bei der CM-Methode wird einer bestimmten Menge des Probenmaterials Calciumcarbid zugesetzt und der Druck des sich entwickelnden Azetylens gemessen. Über Eichtabellen wird dann aus dem Druck und den eingewogenen Probemengen der Wassergehalt bestimmt.

Mit keiner der genannten Methoden ist es möglich, sowohl den Wassergehalt als auch den Gehalt an löslichen Salzen in mineralischen Proben zu bestimmen. Zur Bestimmung des Salzgehaltes müssen andere Methoden, wie Leitfähigkeitsmessungen, ionenselektive Elektroden oder andere elektrochemische Analysenmethoden eingesetzt werden. Grundsätzlich ist es dazu notwendig, das Probenmaterial in Wasser zu suspendieron, um die Salze herauszulösen. Damit ist zu berücksichtigen, daß Mauerwerksproben und viele andere mineralische Produkte nicht nur in Wasser leicht lösliche Salze wie z.B. Natriumsulfat, sondern auch Anteile weniger gut löslicher Salze wie z. B. Calciumsulfat enthalten. Zur analytischen Erfassung der leicht löslichen Salze ist es notwendig, das Probenmaterial in möglichst wenig Wasser zu suspendieren, doch erfordern elektrochemische Meßmethoden meistens klare Lösungen. Beispielsweise sind Serienmessungen der spezifischen Leitfähigkeit In Suspensionen mit hohem Feststoffanteii schwierig durchführbar, weil die Elektrodenoberflächen verschmutzen, und die Messungen nicht ausreichend reproduzierbar sind. Das gleiche gilt für Messungen mit ionenselektiven Elektroden und andere Meßverfahren. Deshalb müssen die Suspensionen filtriert oder zentrifugiert werden. Je kleiner die Wassermenge ist, in der die Proben suspendiert werden, um so aufwendiger ist es, die feste und die flüssige Phase voneinander zu trennen.

In WG G 01 N/309232-6 wurde vorgeschlagen, die flüssig Phase in einem Streifen aus saugfähigem Material aufzusaugen und die elektrolytische Leitfähigkeit an diesem Streifen zu bestimmen. Auf diese Weise kann nicht der Wassergehalt des Probenmaterials bestimmt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Salz- und Wassergehaltes in mineralischen Stoffen anzugeben, welches sich durch eine hohe Verfahrensrentabilität, Einfachheit in dor Ausführung und gute Reproduzierbarkeit auszeichnet.

-2- 294 104 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, oinVerfahron und eine Vernichtung zur quantitativen Analyse des Wassergehaltes an Salzen in mineralischen Proben anzugeben, die es ermöglichen, beide Anteile über Mossungen der spezifischen Leitfähigkeit zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die orfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Gefäß zur Aufnahme des Probenmaterials und einem Elektrodensystem besteht, wobei das Elektrodensystem vier in einer Ebene angeordnete und/oder in der Höhe paarweise versetzte Elektroden aufweist und mittels Translationselement vertikal beweglich und damit mit der Flüssigkeitsoberfläche kontaktierbar angeordnet ist.

Zur Leitfähigkeitsmessung wird an die äußeren Elektroden eine konstante Wechselspannung angelegt, der Spannungsabfall an den inneren Elektroden gemessen und über Eichkurven die spezifische Leitfähigkeit bestimmt.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß das Probenmaterial in einem organischen bzw. anorganischen Lösungsmittel suspendiert und nach Sedimentation anschließend an der Oberfläche der Lösung mitteis Elektrodensystem vermessen wird. Zur Leitfähigkeitsmessung wird das Elektrodensystem mit Hilfe des Translationselementes auf die Flüssigkeitsoberfläche aufgesetzt.

Das Aufsetzen ist visuell oder mit Hilfe eines elektrischen Signals, das über den Stromfluß ausgelöst wird, registrierbar. Dadurch ist eine ständig gleichbleibende Elektrodengeometrie in der Meßlösung gewährleistet, die eine hohe Reproduzierbarkeit der Leitfähigkeitsmeßergebnisse ermöglicht.

Ein wesentlicher Vorteil besteht weiterhin darin, daß durch die Kontaktierung des Elektrodensystems mit der Meßlösung an der Flüssigkeitsoberfläche eine Verschmutzung des Elektrodensystems weitgehends vermieden wird, da die Flüssigkeitsschicht an der Oberfläche nach der Sedimentation eine wesentlich verminderte Zahl an Fesistoffpartikeln aufweist. Dadurch wird die Reproduzierbarkeit der Messungen erneut gesichert. Auf diese Weise wird es weiterhin möglich, die Lösungsmittelrnenge, in der das Probenmaterial suspendiert wird, zu verringern und somit den störenden Einfluß der schwerlöslichen Salze auf die Leitfähigkeitsmessungen wesentlich zu vermindern.

Weiterhin ist es mit der erfindungsgemäßen Lösung erstmals möglich, sowohl den Salzgehalt als auch den Wassergehalt in mineralischen Proben zu bestimmen.

Zur Bestimmung des Salzgehaltes wird die Probe in destilliertem Wasser suspendiert und die elektrolytische Leitfähigkeit gemessen, die ein Maß für den Gesamtgehalt an leicht löslichen Salzen darstellt.

Zu der wäßrigen Suspension des Probenmaterials wird anschließend im Fällungsmittel wie beispielsweise Bariumacetatlösung oder Silbernitratlösung zugesetzt, das mit den zu bestimmenden Ionen schwerlösliche Verbindungen bildet und die spezifische Leitfähigkeit erneut ermittelt. Aus diesen Vergleichsmessungen erfolgt die Bestimmung des Gehaltes an leicht löslichen Salzionen.

Zur Bestimmung des Wassergehaltes wird das pulverförmige Probenmaterial in einem organischen Lösungsmittel suspendiert, das vollständig oder teilweise mit Wasser mischbar ist. Für diesen Zweck geeignete Lösungsmittel sind z. B. Methanol, Äthanol, Propanol, Glyl'.ol, Glycerin, Ethylenglykol sowie Mischungen dieser Substanzen. Um den Einfluß der löslichen Salze aus dem Probenmaterial zu eliminieren, wird dem organischen Lösungsmittel, In dem das Probenmaterial zur Wasserbestimmung suspendiert wird, ein Überschuß an in dem betreffenden Lösungsmittel löslichen anorganischen oder organischen Salzen zugesetzt. Wird nun wasserhaltiges Probenmaterial in einer derartigen Lösung suspendiert, so wird die spezifische Leitfähigkeit durch den Wasseranteil der Probe stark vergrößert und kann über eine vorher aufgenommene Eichkurve mit großer Genauigkeit quantitativ bestimmt werden.

Ausführungsbeispiele

Im nachfolgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen erläutert werden. Hierbei zeigt Fig. 1 den schematischen Aufbau der Meßvorrichtung.

Beispiel 1

Eine pulverisierte mineralische Probe, die sowohl leicht lösliche als auch schwerer lösliche Salze enthält, soll auf ihren Gehalt fan Wasser, den Gesamtanteil leicht löslicher Salze sowie auf den Gehalt an leicht löslichen Sulfaten und Chloriden untersucht werden.

Dazu wird eine Vorrichtung verwendet, wie sie in der Figur 1 dargestellt ist. Diese Vorrichtung besteht aus einem Gefäß zur Aufnahme des Probenmaterials 1, einem Elektrodensystem 2, einem Translationselement 3, mit dem das Elektrodensystem vertikal auf und ab bewegt werden kann, einem Sinusgenerator 4, der eine konstante Ausgangsspannung abgibt, und in einem Frequenzbereich zwischen 50 und 1OOOsec""¹ arbeitet sowie eir.;.m Spannungsmesser 5, der einen möglichst großen Eingangswiderstand haben soll. Das Elektrodensystem 2 besteht aus vier in einer Ebene angeordneten und in der Höhe paarweise versetzten Metall- oder Graphitstäben, die an einer geeigneten Halterung befestigt sind. Die beiden äußeren Metallstäbe werden dabei mit dem Sinusgenerator 4 und die inneren Metallstaube mit dem Spannungsmesser 5 elektrisch leitend verbunden.

Zur Leitfähigkeitsmessung wird das Elektrodensystem 2 mit Hilfe des Translationselementes 3 auf die Flüssigkeitsoberfläche aufgesetzt. Das Aufsetzen ist visuell oder mit Hilfe eines elektrischen Signals, das über den Stromfluß ausgelöst wird, registrierbar. Dadurch ist eine ständig gleichbleibende Elektrodengeometrie gewährleistet, die eine hohe Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse ermöglicht.

Mittels Spannungsmesser 5 wird an den beiden inneren Elektroden der Spannungsabfall gemessen und über Eichkurven die spezifische Leitfähigkeit bestimmt.

Zur Bestimmung des Wassergehaltes werden 3g des Probenmaterials in das Gefäß 1 eingewogen und mit 3ml einer 10%igen

Lösung von Calciumchlorid in reinem Äthanol versetzt und umgerührt. Nach Absetzen des pulver'örmigen Probenmaterials am Boden des Gefäßes 1 wird das Elektrodensystem 2 mit Hilfe des Translationselementes 3 so auf die Oberfläche der

ethanolischen Calciumchloridlösung abgesenkt, daß die Metall- oder Graphitstäbe gerade die Flüssigkeitsoberfläche berühren. In dieser Lage wird der Spannungsabfall an den inneren Elektroden mit Hilfe des Spannungsmessers 5 gemessen und über eine Eichkurve aus dem Spannungsabfall der Wassergehalt ermittelt.

Beispiel 3

Zur Bestimmung des Gesamtsalzgehaltes werden 3g des Probenmaterials in das Gefäß 1 eingewogen und mit 3 ml destilliertem Wasser versetzt. Die Suspension wird umgerührt und einige Minuten stehengelassen, damit sich die entsprechenden Salze in dem Wasser lösen und das Probenmaterial sedimentiert. Danach wird mit Hilfe des Translationselementes 3 das Elektrodensystem auf die Wasseroberfläche aufgesetzt und am Spannungsmesser 5 der Spannungsabfall an den inneren Elektroden gemessen. Aus diesem Spannungsabfall wird über Eichkurven der spezifische Widerstand der Suspension ermittelt, der ein Maß für den Gesamtgehalt an löslichen Salzen in der Probe ist,

Zur Bestimmung des Sulfatgehaltes wird das Vierelektrodensystem 2 mit dem Translationselement 3 nach oben bewegt und der o.g. Suspension 0,5ml einer Bariumacetat-Lösung mit einer Konzentration von 3 · 10"' mol/l. Danach wird das Vierelektrodensystem 2 wieder auf die Flüssigkeitsoberfläche aufgesetzt und der Spannungsabfall an den inneren Elektroden gemessen. Aus dieser und der vorangegangenen Messung kann der Gehalt an leicht löslichen Sulfaten ermittelt werden. Zur anschließenden Bestimmung des Chloridgehaltes wird in ähnlicher Weise verfahren wie bei der Bestimmung des Sulfatgehaltes, nur daß statt der Bariumacotat-Lösung eine Lösung von Silbernitrat in Wasser mit einer Konzentration von 3· 10"'mol/l zugesetzt wird.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bstimmung des Salz- und Wassergehaltes in mineralischen Stoffen mittels Messung der spezifischen elektrolytischen Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Probenmaterial in einem organischen bzw. anorganischen Lösungsmittel suspendiert und nach Sedimentation anschließend an der Oberfläche der Lösung mittels Elektrodensystem (2) vermessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Konzentration von Einzelionen der Suspension des Probenmat ^!als Vergleichsmessungen vorgenommen werden und über Eichkurven der spezifische elektrische Widerstand ermittelt wird.

3. Vorrichtung zur Bestimmung des Salz- und Wassergehaltes in mineralischen Stoffen, bestehend aus einem Gefäß (1) zur Aufnahme des Probenmaterials, einem Elektrodensystem (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem (2) vier in einer Ebene angeordnete und/oder in der Höhe paarweise versetzte Elektroden aufweist und mittels Translationselement (3) vertikal beweglich und damit mit der Flüssigkeitsoberfläche kontaktierbar angeordnet ist.