DETERMINACIÓN DEL DIÓXIDO DE TITANIO MTC E 1220-2000 Este Modo Operativo está basado en la Norma ASTM D 1394, el mismo que se han adaptado al nivel de implementación y a las condiciones propias de nuestra realidad. Cabe indicar que este Modo Operativo está sujeto a revisión y actualización continua. Este Modo Operativo no propone los requisitos concernientes a seguridad. Es responsabilidad del Usuario establecer las cláusulas de seguridad y salubridad correspondientes, y determinar además las obligaciones de su uso e interpretación. 1. OBJETIVO Ensayo que se ha de seguir para el análisis químico de pigmentos blancos de dióxido de titanio. 2. APARATOS 2.1 Reductor de Jones. Es el dispositivo que recibe el nombre de reductor de Jones. La columna de zinc amalgamado ha de tener como mínimo una altura de 450 mm y un diámetro de 19 mm. En el interior del tubo de vidrio se coloca una arandela perforada y una pequeña capa de lana de vidrio. La amalgama de zinc se prepara del siguiente modo: Se pesan en una cápsula unos 300 gramos de zinc metálico ( reactivo para análisis) dividido en partículas de tamaño que pase por el tamiz 20 y se añade la suficiente disolución de cloruro mercúrico y se lava el Zinc tres veces con agua bidestilada. El zinc amalgamado se coloca en la columna del aparato de reducción, columna que mientras no se utilice se mantendrá llena de agua acidulada con unas gotas de ácido clorhídrico para evitar que el Zinc esté en contacto con el aire y puedan formarse sales básicas que disminuyan o inutilicen el poder reductor de la amalgama. 2.2 Balanza analítica con precisión de ± 0,0001 g 2.3 Horno eléctrico controlado a 1000º C 2.4 Estufa regulable a la temperatura de 105 ± 5º C 2.5 Desecador con perclorato de magnesio anhidro, alúmina activada, ácido sulfúrico, pentóxido de fosfato etc.) 2.6 Crisol y tapadera de platino. 2.7 Los aparatos usuales en un laboratorio de análisis químico. ICG Instituto de la Construcción y Gerencia MTC E 1220 2000 / Pág. 1
3. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 3.1 La muestra en todos los casos, deberá estar perfectamente mezclada y pulverizada antes de tomar las porciones para el análisis. 4. ANALISIS CUALITATIVO 4.1 Reactivos. 4.1.1 Hidróxido amónico concentrado (NH 4 OH) ( p.e. 0,90) 4.1.2 Sulfato amónico (NH 4 ) 2 SO 4 4.1.3 Peróxido de hidrógeno (30%) 4.1.4 Sulfuro de hidrógeno ( H 2 S) 4.1.5 Ácido sulfúrico concentrado ( H 2 S O 4 ). (p.e. 1,84). 4.1.6 Ácido clorhídrico concentrado ( HCl) (p. e. 1,19) 4.1.7 Ácido sulfúrico ( 1:19). Mezclar cuidadosamente1 volumen de H 2 SO 4 ( p.e. 1,84 con 19 volúmenes de agua). 4.1.8 Ácido tartárico 4.1.9 Estaño o zinc metal 4.2. Procedimiento En un vaso de 250 ml de capacidad se atacan unos 0,5 g de muestra con 20 ml de ácido sulfúrico concentrado y 8 g de sulfato amónico. La mezcla se hierve durante unos minutos. La presencia de un residuo insoluble indica que la muestra contiene materia silícea. Se deja enfriar la disolución y se diluye con 100 ml de agua, se calienta a ebullición, se deja decantar el precipitado y se lava con ácido sulfúrico (1:19) caliente. En el filtrado se ensaya si hay calcio, zinc, hierro, cromo, etc., por los métodos habituales de análisis cualitativo. Al filtrado se le añaden 5 g de ácido tartárico, se hace ligeramente amoniacal, se pasa una corriente de ácido sulfhídrico en exceso y se deja en digestión en el baño de agua. Si después de 30 ICG Instituto de la Construcción y Gerencia MTC E 1220 2000 / Pág. 2
minutos no aparece un precipitado negro fácilmente soluble en ácido clorhídrico diluido, indica la existencia de hierro. La presencia de titanio se pone de manifiesto por las reacciones siguientes: - A una pequeña porción del filtrado se añaden unas gotas de agua oxigenada. La aparición de un color amarillo- naranja transparente, indica la presencia de titanio. - A otra porción del filtrado se la trata con estaño o zinc metálicos. El resultado será positivo si tiene lugar la formación de una coloración azul- violeta pálida. 5. ANALISIS CUANTITATIVO 5.1 Humedad. Se deseca en una estufa a 105-110 ºC durante media hora un pesasustancias de forma baja y su correspondiente tapón esmerilado, se enfría en un desecador y se pesa con precisión de ± 0,0001 g. Se vuelve a pesar con 3 a 5 g de muestra, la diferencia entre las dos pesadas dará la cantidad de muestra empleada. Se coloca el pesasustancias abierto con la muestra y su tapadera en la estufa regulada a 105 ±5ºC y se mantiene a esa temperatura durante 2 horas. Transcurrido este tiempo se deja enfriar en el desecador, se tapa y se pesa. La pérdida de peso corresponde a la humedad contenida en la muestra. 5.2 Titanio total por el método del reductor de Jones 5.2.1 Reactivos - Hidróxido amónico concentrado ( NH 1 OH) p.e. 0,90. - Sulfato amónico (NH 4 ) SO 4 - Disolución de sulfato férrico ( 1 ml = 0,02 g de Fe).Se disuelven 20 g de hierro puro en un ligero exceso de ácido clorhídrico, se añaden 12 ml de ácido nítrico concentrado y 80 ml de ácido sulfúrico y se calienta hasta que se desprendan humos blancos. Se deja enfriar, se diluye con agua hasta 1 litro, se deja sobre un baño de vapor hasta que se disuelvan todas las sales y se filtra si es necesario. A esta disolución se añade otra de permanganato potásico 0,1 gota a gota hasta que permanezca un color rosa por lo menos durante cinco minutos. - Ácido clorhídrico concentrado ( HCl) p.e. 1,19. - Disolución de permanganato potásico 0,1 N ( 1 ml = 0,008 g de Ti O 2 ).Se disuelven 3,16 g de KM n O 4 ICG Instituto de la Construcción y Gerencia MTC E 1220 2000 / Pág. 3
En agua y se diluye hasta 1 litro. Se deja reposar de ocho a diez días, pasados los cuales se filtra, si es necesario, a través de lana de vidrio. Se determina el factor de la disolución utilizando oxalato sódico (Na 2 C 2 O 4 ) mediante el procedimiento: En un vaso de unos 400 ml se disuelven 0,25 a o,30 g de oxalato sódico ( reactivo para análisis) desecado a 105-110ºC, en 250 ml de agua destilada caliente ( 80-90ºC) y se añaden 15 ml de H 2 SO 4 (1:1). Se valora inmediatamente con la disolución de permanganato potásico, agitando el líquido de forma rápida y continua. La disolución de permanganato se añadirá a una velocidad de 10-15 ml por minuto, y cuando falte 1 ml para alcanzar el punto final se añadirá gota a gota, teniendo especial cuidado en no añadir una gota hasta la total decoloración de la anterior. En ese momento la disolución no estará a una temperatura inferior a los 60ºC. La disolución de permanganato potásico así valorada se conservará en un frasco de color topacio perfectamente cerrado. Se calcula el equivalente de la disolución en Ti O 2 de acuerdo con la siguiente fórmula: En la que: Equivalente en Ti O 2 = 1,192 A/ B. A = gramos de Na 2 C 2 O 4 utilizados: B = ml de disolución de KM n O 4 utilizados para alcanzar el punto final. - Oxalato sódico. Reactivo para análisis ( Na 2 C 2 O 4 ). - Acido sulfúrico concentrado ( H 2 S O 4 ) p.e.1,84. - Acido sulfúrico (1:1) Se mezcla cuidadosamente1 volumen de H 2 SO 4 p.e. 1,84. Con 1 volumen de agua agitando con rapidez. - Acido sulfúrico (1:19) Se mezclan cuidadosamente1 volumen de H 2 SO 4 p.e. 1,84. Y 19 volúmenes de agua agitando con rapidez. 5.2.2 Procedimiento - En un erlenmeyer de 250 ml de capacidad, de vidrio resistente al calor, se pesan 0,35 ± 0,0001 g de muestra desecada a 105-110 ºC, se añaden 10 g de muestra desecada a 105-110 ºC, se añaden 10 g de ( NH4 ) 2 SO 4 y 20 ml de H 2 S O 4 p.e. 1.84. Se mezcla bien, se coloca un embudo en la boca del erlenmeyer y se calienta hasta que aparezcan humos blancos densos, se mantiene la calefacción con llama fuerte hasta que la disolución sea completa ( generalmente no se requieren más de cinco minutos de ebullición), o se aprecie que el residuo esté compuesto de materia silícea. ICG Instituto de la Construcción y Gerencia MTC E 1220 2000 / Pág. 4
Se enfría la disolución y se pasa a un vaso que contenga 100 ml de agua fría, agitando cuidadosamente mientras se realiza la mezcla, se calienta a ebullición, se deja sedimentar y se filtra pasando el precipitado al papel filtro. Se lava el residuo insoluble con ácido sulfúrico (1:19) hasta la total eliminación del titanio. Se diluye el filtrado a 200 ml y se añaden 5 ml de NH 4 OH. Se lava el reductor de Jones con H 2 SO 4 (1:19) y agua dejando suficiente agua en el reductor para que el nivel quede por encima del cinc (Estos lavados no deben requerir más de una o dos gotas de disolución de KM n O 4, O,1N para obtener un color rosa. Vacíese el recipiente colector A y poner en él 25 ml de la disolución de sulfato férrico y ajustese el reductor de Jones en el mismo. Reducir la disolución preparada de titanio, de la forma siguiente: a) Hágase pasar a través de la columna del reductor, 50 ml de ácido sulfúrico (1:19), ajustando la marcha de forma tal que pasen los 50 ml en 5 minutos. b) Pásese la disolución que contiene el titanio a través de la columna regulando su marcha de manera que requiera 10 minutos su paso a través del reductor. c) Lávese el vaso que contenía el líquido con 100 ml de H2SO4 (1:19) y pásese por el reductor. Pásese también por el reductor. Téngase cuidado para que el reductor esté siempre cubierto con la disolución o con agua por encima del nivel de zinc. d) Finalmente, lávese el vaso con 150 ml de agua y pásese también por el reductor esté siempre cubierto con la disolución o con agua por encima del nivel de zinc. e) Realícese la succión gradualmente, lávese con agua exteriormente el tubo de vidrio que estuvo sumergido en la disolución de sulfato férrico e interiormente abriendo la llave de paso y dejando gotear de 15 a 20 ml de agua. f) Valórese la disolución con permanganato potásico 0,1N hasta obtener una coloración rosa permanente. Hágase un ensayo en blanco utilizando los mismos reactivos y lavando el reductor como se hizo anteriormente. 5.3 RESULTADOS 5.3.1 Sé calcula el tanto por ciento de dióxido de titanio, de acuerdo con la siguiente fórmula: TiO 2 % = (A-B)C/D x 100 En la que: ICG Instituto de la Construcción y Gerencia MTC E 1220 2000 / Pág. 5
A = ml de la disolución de KM n O 4 requeridos para la valoración de la muestra. B = ml de la disolución de KM n O 4 requeridos para la valoración del ensayo en blanco. C = Equivalencia, en TiO 2 de la disolución del permanganato potásico, g/ml. D = Gramos de muestra desecada utilizada. 5.3.2 Los resultados calculados de acuerdo con lo indicado en 5.3.1 incluirán hierro, cromo, arsénico y cualquier otra sustancia capaz de ser reducida por zinc en medio ácido. Sin embargo, no es probable que se encuentren cantidades apreciables de materiales interferentes en los pigmentos blancos de dióxido de titanio normales. 6. REFERENCIAS NORMATIVAS ASTM D 1394 ICG Instituto de la Construcción y Gerencia MTC E 1220 2000 / Pág. 6