авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Технологические основы модифицирования бентонита тарасовского месторождения для формовочных смесей

-- [ Страница 2 ] --

На дифференциально-термических кривых бентонита (рисунок 2) обнаруживается ряд термических эффектов. При температурах 100110 °С наблюдается интенсивный эндотермический эффект, обусловленный выделением адсорбционной и межслоевой молекулярной воды. Наличие дополнительного эффекта при температурах с максимумом 500505 °С вызвано удалением структурной воды.

При изучении морфологии природного бентонита с помощью микроскопии в образцах отмечены образования монтмориллонита, зерна кварца округлой формы, слюдистые фрагменты, остатки кремнистых скелетов микроорганизмов – единичные спикулы губок, частицы опала в виде панцирей диатомей плохой сохранности (по литературным данным Тарасовское месторождение бентонитов находится в районе, располагающем месторождениями диатомитов со значительным содержанием глинистого материала).

На электронных микрофотографиях бентонита (рисунок 3) частицы монтмориллонита имеют вид крупных и мелких чешуек в форме листовых агрегатов. Встречаются агрегаты с хлопьевидными очертаниями, складчатые образования. Видны частицы, отличающиеся по размерам и форме, объединенные в ультрамикроагрегаты и агрегаты со слабо- и высокоориентированным в микроблоки расположением. По типу, связанному с составом и условиями образования, по классификации Е.М. Сергеева, микроструктура исследованных образцов отнесена к ячеистой, характеризующейся образованием крупных микроагрегатов, контактирующих между собой по типу базис-базис, базисскол. Отмечаются поры: межчастичные, образованные неплотностями прилегания первичных частиц; межмикроагрегатные, большей частью щелевидные, различных размеров.

Рисунок 3 – Электронные микрофотографии и энергодисперсионные

спектры частиц природного бентонита

Методом энергодисперсионного микроанализа исследован элементный состав образований – зафиксированы кремний, кислород, алюминий, железо, калий и магний, обнаруженные в составе бентонита в ходе химического анализа (рисунок 3).

Ионообменный комплекс бентонита представлен ионами натрия, калия, кальция и магния (таблица 2). Суммарное содержание катионов в ионообменном комплексе бентонита составляет 35,9 ммоль/100 г. Ввиду преобладания катионов кальция и магния, ионообменный комплекс бентонита относится к щелочноземельному типу.

Удаление крупнозернистых включений при обогащении, преимущественно кварца, приводит к перераспределению доли компонентов в составе бентонита. Отмечается увеличение содержания монтмориллонита. За счет удаления кварца, количество оксида кремния снижается до 72,30 %, содержание оксидов алюминия, калия, натрия, кальция и магния увеличивается (таблица 1). В ходе обогащения суммарная обменная ёмкость возрастает в 1,1 раза (таблица 2).

Кислотная обработка приводит к частичному разрушению глинистых минералов, что иллюстрируется уменьшением содержания полуторных оксидов в химическом составе образцов. Количество оксида кремния увеличивается до 75,20 %, свободного оксида кремния – до 19,20 %. Методом ИК-спектроскопии установлено (рисунок 4), что образовавшийся в результате разрушения кристаллической структуры монтмориллонита кремнезем является аморфным. В ходе замещения обменных ионов металлов на ионы водорода кислоты и ионы алюминия, которые переходят из структурных позиций в обменные, поверхность бентонита приобретает кислые свойства.

Таблица 2 – Состав ионообменного комплекса природного и модифицированного бентонитов

Катионы Содержание катионов, ммоль/100 г сухого вещества
Бентонит
природный обогащенный модифицированный
серной кислотой карбонатом натрия

Na+ 8,4 8,6 1,3 38,1

K+ 1,4 1,5 0,6 2,0

Ca2+ 13,3 16,6 15,0 5,1

Mg2+ 12,8 13,1 6,0 3,0

Суммарно 35,9 39,8 22,9 48,2

Коэффициент щелочности (Na++ K+)/( Ca2++ Mg2+) 0,38 0,34 0,09 4,49

Рисунок 4 – Инфракрасные спектры при- родного и модифицированного бентонитов: 1 – природного, 2 – обогащенного, 3 – модифицированного серной кислотой




Модифицирование карбонатом натрия оказывает влияние на химический состав бентонита. За счёт снижения содержания оксида кремния, в процессе растворения свободного кремнезема в щелочной среде, количество оксидов алюминия, железа, щелочных и щелочноземельных металлов в образцах увеличивается (таблица 1). В результате замещения щелочноземельных металлов в ионообменном комплексе на ионы натрия, содержание последних возрастает в 4,4 раза, что приводит к увеличению ионообменной емкости до 48,2 ммоль/100 г. Модифицирование карбонатом натрия переводит бентонит в разряд пород с щелочным типом ионообменного комплекса (таблица 2). Для оценки катионообменной емкости бентонита использовали метод поглощения красителей основной природы (таблица 3). Определено, что образцы бентонита, за исключением модифицированного кислотой, проявляют высокую адсорбционную способность по отношению к органическому красителю метиленовому голубому (МГ), в том числе при повышенной адсорбционной нагрузке. Измеренная емкость катионного обмена изменяется в пределах 22,727,2 ммоль/100 г.

Таблица 3 – Адсорбционные свойства по отношению к органическому красителю природного и модифицированного бентонитов

Показатели Величина показателя
Бентонит
природный обогащенный модифицированный
серной кислотой карбонатом натрия
Степень адсорбции, мг/г 72,6 65,0 38,7 87,1
Ёмкость катионного обмена ммоль/100 г сухого вещества 22,7 20,3 12,1 27,2
Степень поглощения, %, при адсорбционной нагрузке, мг/г: 37,5 75,0 150,0 97,9 92,6 55,4 98,9 96,4 68,2 13,5 12,7 9,7 98,3 93,5 56,6

Известно, что минералы бентонита образуют с МГ несколько типов поверхностных солеобразных соединений: на различных гранях, когда они активны по отношению к красителю, и по месту нарушенных связей – на рёбрах, углах и сколах кристаллов.

Для природных глин наиболее вероятна адсорбция красителя кристаллами всех минералов, но в разных количественных соотношениях, зависящих от величины энергии адсорбции активных центров. Активными базальными гранями, из входящих в состав бентонита, характеризуются минералы слоистой структуры с изоморфными замещениями в структуре – монтмориллонит и гидрослюда, а также каолинит, имеющий грани с поверхностными гидроксильными группами.

Установлено, что изменение степени дисперсности и агрегированности бентонита (рисунок 4) при обогащении и модифицировании карбонатом натрия ведет к повышению адсорбционной ёмкости образцов за счет увеличения общей поверхности граней; при модифицировании кислотой, наряду с ростом числа нарушенных связей, – к значительному снижению адсорбционной способности. Вероятно, адсорбция МГ происходит, в основном, на активных гранях бентонита.

 а) б) -9

 а) б) -10

а) б)

Рисунок 4 – Дифференциальные кривые распределения частиц по радиусам природного и

модифицированного бентонитов: а) 1 – природного, 2 – обогащенного, 3 – модифицированного серной кислотой; б) 1 – природного, 4 – модифицированного карбонатом натрия, 5 – модифицированного пирофосфатом натрия

Изменения в химико-минералогическом составе и составе ионообменного комплекса оказывают влияние на пористую структуру бентонита (таблица 4). Удаление крупнозернистых включений увеличивает средний радиус пор, модифицирование карбонатом натрия – суммарный объем и удельную поверхность бентонита, величина которой достигает 21 м2/г. Модифицирование кислотой приводит к разрушению кристаллической структуры глинистых минералов вследствие вымывания ионов алюминия, железа и магния, способствуя развитию поверхности. Удельная поверхность бентонита возрастает с 16 до 46 м2/г за счет формирования более мелкопористой структуры – средний радиус пор уменьшается с 59 до 33 нм.

Таблица 4 – Параметры пористой структуры природного и модифицированного бентонитов

Параметр Величина параметра
Бентонит
природный обогащенный модифицированный
серной кислотой карбонатом натрия
Суммарный объем пор, см3/г 0,47 0,51 0,76 0,54
Удельная поверхность, м2/г 16 16 46 21
Средний радиус пор, нм 59 64 33 51
Пористость, % 52 54 61 55

Для технологии многих видов бентопродукции, в том числе формовочных смесей для литейной промышленности, необходимы сведения о коллоидальности, дисперсности, термостабильности, пластичности сырья и т.д. Результаты исследований, иллюстрирующие влияние модифицирования на физико-химические свойства бентонита, представлены в таблицах 57.

Таблица 5 – Физико-химические свойства природного и модифицированного бентонитов

Показатели Величина показателя
Бентонит
природный обогащенный модифицированный
серной кислотой карбонатом натрия
Содержание глинистой составляющей, % 84,0 78,5 76,2 82,0
Коллоидальность, % 22,0 27,3 15,0 37,0
Влагопоглощение, % 9,8 9,0 5,7 1,2
Число пластичности, % 38,9 47,7 3,0 68,0

Так, удаление крупнозернистых включений и обработка солями натрия заметным образом увеличивают дисперсность, коллоидальность и пластичность бентонита (таблица 5), однако, использование карбоната натрия в качестве модифицирующего агента предпочтительно (рисунок 5).

Экспериментальные данные по влиянию температуры на адсорбционные свойства, величину удельной поверхности и прочность гранул бентонита подтверждают результаты термогравиметрических исследований (рисунок 2). Термическая активация – предварительная сушка при температуре 100 °С, а затем 200 °С, улучшает адсорбционные свойства и способствуют развитию поверхности бентонитов, что связано с освобождением от воды адсорбционного пространства. При прокаливании при температурах до 600 °С удаляется структурносвязанная вода и, в связи со снижением степени гидратации поверхности материалов, происходит снижение адсорбционной способности. Наряду с этим, уменьшение удельной поверхности, особенно при прокаливании при температуре 800 °С, может обуславливаться химическим взаимодействием слагающих породы оксидов, сопровождающимся формированием кристаллических структур иных типов и является причиной изменения адсорбционных свойств бентонитов, модифицированных серной кислотой и карбонатом натрия (таблицы 6, 7).

Таблица 6 – Адсорбционные свойства природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания

Бентонит Степень адсорбции красителя, мг/г, при температуре прокаливания, °С
200 400 600 800
природный 49,8 29,0 9,1 3,0
обогащенный 75,0 25,0 8,8 3,0
модифицированный серной кислотой 10,0 8,1 5,5 24,6
модифицированный карбонатом натрия 87,1 25,0 5,0 48,4

Таблица 7 – Удельная поверхность природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания

Бентонит Удельная поверхность, м2/г, при температуре прокаливания, °С
200 400 600 800
природный 16 15 12 7
обогащенный 16 17 18 6
модифицированный серной кислотой 46 42 40 30
модифицированный карбонатом натрия 21 29 36 14


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.