Физико-химическое исследование каолинов Зарафшанского региона

Введение. В последнее время в Республике Узбекистан произошло значительное техническое перевооружение керамической отрасли, особенно в использовании местных каолиновых глин. В Узбекистане учтены 156 месторождений каолиновых глин с промышленными запасами 405,0 млн м³. На территории республики имеются разновидности каолина, каолиновый агальматолит месторождения Акташ, которые можно использовать для изготов­ления тонкой керамики [4]. Вопросы изыскания новых месторождений каолинового сырья, более качественного, с лучшими физико-техническими и технологическими характеристиками, разработка технологии обогащения и строительство обогатительных комбинатов по обогащению каолинов до сих пор являются актуальными.

Полезные свойства природных и обогащенных каолинов обусловлены огнеупорностью, химической инертностью, белизной, дисперсностью, низкой диэлектрической проницаемостью и другими ценными особенностями их ведущего минерального компонента – каолинита.

Различные виды каолина-сырца и обогащенных каолинов используют для производства огнеупоров, кислотоупоров, фаянса, строительной керамики, электрокерамики, в качестве пластифицирующей добавки в фарфоровые массы.

В настоящее время каолин применяется в косметике, в производстве бумаги и керамических изделий.

Наиболее емкая область использования обога­щенного каолина – производство бумаги, где он служит в качестве эффективного и дешевого наполнителя, а также как белый пигмент для покрытия бумаги гладкой глянцевой пленкой. Каолин легко диспергируется в воде, инертен к другим составляющим бумаги, имеет низкую абразивность, высокую белизну, хорошо удерживается между волокнами целлюлозы. В зависимости от типа и сорта бумаги в целлюлозную массу добавляют до 30% обогащенного каолина. Для покрытия бумаги используют особенно тщательно приготовленные каолиновые продукты, прошедшие процесс тонкого фракционирования (2-5 мм), деламинацию, а также высокоградиентную электромагнитную сепарацию и химическое отбеливание [1].

В качестве наполнителя каолин используется в производстве пластмасс, резины, искусственных кож, тканей, линолеума, лаков, красок, космети­ческих и парфюмерных паст, кремов, мазей, пудр, карандашных грифелей, мыла и т. п.

Глинистые материалы придают фарфоровым и фаянсовым массам формовочные и литьевые свойства, механическую прочность в воздушносухом состоянии и необходимые эксплуатационные свойства: механическую и термическую прочность и химическую стойкость после обжига.

Процесс обогащения каолинов предусматривает выделение из них основного глинистого минерала – каолинита, очищенного от крупнозернистых примесей и красящих оксидов. Каолин в природе встречается в виде полиминеральной смеси, состоящей из каолинита, кварца, полевых шпатов, слюды, железо- и титаносодержащих соединений, причем размер частиц кварца, полевого шпата и слюды в 10-100 раз превышает размер частиц каолинита. На этой разнице в размерах частиц и, следовательно, массе частиц основан способ обогащения глинистых материалов (каолина). Обогащенный каолин содержит в основном каолинит, в то время как в неотмученном (сыром) каолине его не более 45% [5].

В Узбекистане насчитывается 77 месторождений каолина, 22 из которых расположены в долине Зарафшан. Наиболее крупным каолиновым месторож­дением является Ангренское месторождение, занимающее второе место в СНГ с суммарными запасами каолина 394 млн тонн. В настоящее время обогащенный каолин в Узбекистане производится на заводе ООО «Angren-Kaolin» в Ангренском районе Ташкентской области и на заводе ООО «Альянс» в Пахтачинском районе Самаркандской области. В Зарафшанском оазисе и пустыне Кызылкум обнаружено несколько месторождений каолина, из которых особенно важны месторождения Карнаб, Альянс, Захкудук, Урозали и Алтынтау.

По известным данным, в Западном Узбекистане имеется ряд перспективных каолиновых месторождений со следующими запасами:

• на юго-востоке хребта Алтынтау: A + B + C₁ – 5403 тыс. тонн, С₂ – 6934 тыс. тонн;
• на северо-западе хребта Алтынтау: B + C₁ – 4048,5 тыс. тонн;
• на Захкудукском месторождении: P₂ – 123,75 млн тонн;
• на месторождении Орозали: Р₂ – 5000 тыс. тонн;
• на месторождении Альянс: B + C₁ – 1352 тыс. тонн, C₂ –608 тыс. тонн, P₁ + P₂ – 3,7 млн тонн;
• на западном участке Карнабского месторождения: Р₂ – 1796 тыс. тонн, на восточном участке: P₂ – 576 млн тонн.

Химические составы исследованных проб каолинов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Химические составы исследованных проб каолинов ряда месторождений Западного Узбекистана

Цель исследования. В настоящей статье приведены результаты физико-химического анализа Алтынтауского месторождении Зарафшанского региона. Изучены химические составы и установлены индивидуальности проб каолинов Алтынтауского месторождения. Цель работы – исследовать состав и индивидуальности каолина для получения в дальнейшем на его основе керамических материалов.

Методика исследования. Для определения химических составов проб нами проводился химический анализ до и после обработки по методикам [2]. Для установления индивидуальности образцов каолина проводили рентгенофазовый анализ на аппарате XRD-6100 (Shimadzu, Japan), управляемом компьютером. Применяли CuKα-излучение (β-фильтр, Ni, 1.54178 режим тока и напряжения трубки 30 mA, 30 kV) и постоянную скорость вращения детектора 4 град./мин. с шагом 0,02 град. (ω/2θ-сцепление), а угол сканирования изменялся от 4 до 80^о. Для расчета межплоскостных расстояний использовались таблицы Толкачева, а относительная интенсивность дифракционных линий I/I₁ определялась в процентах от наиболее сильно выраженного рефлекса в максимуме [3].

Результаты исследования. Из полученных данных по исследованию проб каолина Алтын­тауского месторождения видно, что значение массовой доли Al₂O₃ – 27,86%, а по стандарту – 30±2%. Массовая доля Fe₂O₃ – 1,5%, а по стандарту должна быть не более 0,8%. Массовая доля SiO₂ – 55,4%, а по стандарту должна быть не более 55%. После соответствующей обработки можно получить каолин, соответствующий требованиям стандарта O’zDSt 1056:2004 к марке АКС-30. Результаты химического анализа обработанной пробы (Каолин-2) показывают, что после соответствующей обработки можно получить каолин, соответ­ствующий стандарту (таблица 2).

Таблица 2.

Химический состав месторождений Алтынтау

На рентгенограмме образца после обжига (рисунок 2) обнаружены дифракционные максимумы, отвечающие β-кварцу и муллиту.

Рисунок 1. Дифрактограмма образца Алтынтауского каолина до обжига

Исходя из интенсивности рефлексов, можно предположить, что в составе шихты в достаточном количестве находится кварц. Рефлексы β-кварца и муллита обнаружены достаточно отчетливо. Кроме фаз β-кварца и муллита на рентгенограмме рефлексы других минералов не обнаружены.

На рентгенограмме образца после обжига (рисунок 2) обнаружены дифракционные максимумы, отвечающие β-кварцу и муллиту. Исходя из интенсивности рефлексов, можно предположить, что в составе шихты в достаточном количестве находится кварц.

Рисунок 2. Дифрактограмма образца Алтынтауского каолина после обжига

Рефлексы β-кварца и муллита обнаружены достаточно отчетливо. Кроме фаз β-кварца и муллита на рентгенограмме рефлексы других минералов не обнаружены.

Выводы

Изучены химический и минералогический составы Алтынтауского месторождения, показано, что состав образца соответствует требованиям O’zDST 1056:2004 после соответствующей обработки. Проведен рентгенофазовый анализ и определены межплоскостные расстояния и интенсивности дифракционных линий образцов до и после обжига. Полученные данные могут использоваться в дальнейших исследованиях для получения керамических изделий из обработанных образцов каолина месторождения Алтынтау.

Список литературы:
1. Алимджанова Д.И., Шамуратова Ш.М. Электротехнический фарфор на основе нетрадиционного сырья Узбекистана // Universum: технические науки. – 2017. – № 4 (37). – С. 34
2. ГОСТ 2642.0-86. Межгосударственный стандарт «Огнеупоры и огнеупорное сырье. Общие требования к методам анализа».
3. Ковба П.М., Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ. – М.: МГУ, 1976. – 232 с.
4. Масленникова Г.Н., Жекишева С.Ж., Кудряшев Н.И. Керамическое сырье Центральной Азии. – Бишкек: Технология, 2002. – 233 с.
5. Обогащение каолина // stroitelstvo-new.ru [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.stroitelstvo-new.ru/keramika/farfor-faience/kaolin.shtml (дата обращения: 15.10.18).