ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НУКУССКОГО ПЕСКА И БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН БЕШТЮБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследования песка Нукусского месторождения и бентонитовой глины Бештюбинского месторождения. Показаны результаты элементного содержания песка и бентонитовой глины, минералогический состав песка Нукусского месторождения.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the Nukus sand and bentonite clays of the Beshtyubinsk deposit. The results of the elemental content of sand and bentonite clay, the mineralogical composition of the sand of the Nukus deposit are shown.

Ключевые слова: бентонит, глина, суспензия, соапсток, мелиорант.

Keywords: bentonite, clay, suspension, soapstock, ameliorant.

Введение

Значительную часть территории Республики Узбекистан, в том числе и Каракалпакстан, занимают пустыни.

Задача закрепления подвижных песков возникает в связи необходимостью борьбы против их негативного влияния на окружающую среду и большого вреда народному хозяйству приносимого в результате активного движения песков.

Поэтому все усилия ученых направлены прежде всего на разработку наиболее выгодных в экономическом отношении и приемлемых в данной природной зоне методов борьбы с этим явлением. Поиск эффективных способов закрепления подвижных песков, пригодных условий для роста растений, и его осуществление в комплексе с фитомелиорацией в определенной степени создает возможность для культивирования опустынивания [1-4].

С этой целью нами разрабатывается новый метод коллоидно-химического структурообразования для закрепления подвижных песков с помощью суспензии бентонит-соапсток–вода. Этот способ не только экологически безвредный, но и создает благоприятные условия для роста растений, имеет необходимые структурные элементы для процесса почвообразования. Положительные стороны нового способа, о котором идет речь отрабатывается и исправляются его недостатки. Поэтому перед разработкой новых пескозакрепляющих мелиорантов необходимо более подробно изучить структуру и свойства исходных материалов.

Объекты и методы исследования

Для создания пескозакрепляющего мелиоранта необходимо иметь четкую, научно обоснованную информацию о составе, структуре и свойствах данного песка. Это связано с тем, что каждый песчаник, в зависимости от его природного состояния, вероятно, имеет существенные различия в истории формирования песков [5-6].  

С этой целью в ходе научной работы были изучены физико-химические и минералогические свойства песка Нукусского месторождения. Месторождение сложено мелкозернистыми эоловыми песками серовато-желтого цвета, залегающими на верхнемеловых отложениях.

Эоловые пески имеют форму гряд, бугров и барханов, высота их колеблется от 2 до 6 м. Общая площадь составляют 2118172 м².

Результаты исследования по определению химического состава, физико-механического свойства, определения зернового состава и минералогического состава песка Нукусского месторождения указывается ниже следующих таблицах 1,2,3,4,5.

Таблица 1.

Химический состав песка Нукусского месторождения

Таблица 2.

Физико-механическое свойства песков Нукусского месторождения

Таблица 3.

Результаты определения зернового состава

Минералы песка легкой фракции: Кварц - замутненный содержит включения, мелкие, точечные и наблюдается кристаллы циркона. Встречаются обломки зерен водяно-прозрачные. Форма разнообразная округленная и многогранная.

Таблица 4.

Минералогический состав песка Нукусского месторождения

Полевые шпаты. Калиевые полевые шпаты преобладают плагиоклазы. Вид зерен обоих минералов разложены неправильной формы, наблюдается микроклин с микроклиновой решеткой.

Мусковит – наблюдается в виде бесцветных чешуек с округлыми, иногда рваными краями.

Эпиодот – встречается в виде неправильной и часто округленной формы, обладает желтовато-бурым цветом.

Амфибиол – зеленая роговая обманка наблюдается в виде широких призмочек. Цвет зеленый, темно-зелёный, погасание косое.  Встречаются зерна разложенные.

Пироксен - встречаются бледна зеленые и бесцветные пироксены. Сингония моноклинная, не пылеохромирующая, погасание косое 44⁰.  В обломах пироксена никаких следов октанности не наблюдается.

Гранат - наблюдается в виде остроугольных обломков, близких к изотермической форме, цвет розоватый и бесцветный, преобладает бесцветный.

Биотит – цвет биотита зеленый, реже коричневый. Зеленый биотит пылеохромирует от светло-зеленого до травяно-зеленого. Выветрелые биотиты желтовато-зеленые. Форма биотита таблитчатая и округленная.

Таблица 5.

Минералы тяжелой фракций %

Рудные минералы: пирит, магнетит и гидрогетит. Они встречаются в бесформенных зернах с микрозернистой структурой, в виде шаровидных агрегатов. Чаще наблюдается хорошо образованные кубические кристаллы, цвет в отраженном свете латунно-желтый.

Барит - бесцветный, в виде неправильных обломков. Сфен – наблюдается в виде бесформенных, чаще округленных обломках.

Морфологические исследования и элементный состав барханного песка    проводились с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM - EVO MA 10 (Zeiss, Germany).  Эксперименты на сканирующем электронном микроскопе проводились следующим образом.  Для проведения процесса проба подготовки, на круглый держатель из металлического сплава, поверх которой приклеена углеродная пленка, с двухсторонней клейкой поверхностью, наносились образцы в форме таблеток диаметром 7 мм и толщиной 3 мм. В ходе измерения подавалось ускоряющее напряжение (EHT – Extra High Tension) 15,00 кВ, рабочее расстояние (WD-workingdistance) равнялось 8,5 мм.  Изображения были получены в масштабе 250 мкм с помощью программного обеспечения Smart SEM.

Определение элементного состава было проведено сканирующем электронном микроскопе SEM - EVO MA 10 (Zeiss, Germany) методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии на локальном участке (energy-dispersive X-rayspectroscopy (EDS)), и c помощью энерго-дисперсионным элементным анализатором марки – Oxford Instrument – Aztec Energy Advanced X-act SDD. При получении данных об элементном составе были представлены электронные фотографии с выделенными локальными участками, таблица состава, а также графический спектр. Ниже указанном рисунке 1 и таблице 6.

Рисунок 1. Электронная микрофотография и элементный анализ песка Нукусского месторождения

Таблица 6.

Элементный анализ песка Нукусского месторождения.

Измерения фазовых характеристик исследуемого образца барханного песка, проводились на порошковом рентгеновском дифрактометре «Panalytical Empyrean». Весь контроль за работой оборудования осуществляся посредством компьютера на программе Data Collectorа, анализ рентгенограмм проводился на программе High Score с базой данных PDF 2013. Рентгенофазовый анализ исследуемых порошков выполняли на рентгеновском дифрактометре «Panalytical Empyrean» оснащенным Cu трубкой (Kα1=1.5406 Ǻ). Измерения проводились при комнатной температуре в интервале углов 2θ, в диапазоне от 5° до 90° в режиме пошагового сканирования с шагом 0,013 градуса и временем накопления сигнала в точке 5с. Который указано ниже рисунке 2.

Рисунок 2. Рентгенофазовый анализ песка Нукусского месторождения

Рентгенофазовый анализ песка Нукусского месторождения показывает, что в составе песка содержится следующие минералы: кварц, полевые шпаты, роговая обманка, мусковит и.т.д.

Результаты рентгенофазового анализа песка Нукуского месторождения указано ниже таблице 7.

Таблица 7.

Результаты рентгенофазового анализа песка Нукуского месторождения

Для проведения эксперимента нами выбран бентонит из Бештюбинского месторождения и в ходе работы были изучены химические, рентгенографические, термогравиметрические и минералогические свойства.

Бештюбинское месторождение бентонитовых глин находится на правом берегу р. Амударьи (14-15 км на юго-восток от г. Нукуса). Глины зеленовато-серые, жирные на ощупь, с редкими пятнами ожелезнения и плотные при высыхании. Минералы легкой фракции глин представлены преимущественно кварцем и разложенными полевыми шпатами. В небольших количествах отмечаются слюда, хлорит и обломки кремнистых и кремнисто-слюдистых пород. Минералы тяжелой фракции составляют от 0,1 до 0,5 %, представлены гранатом, цирконом, магнетитом, ильменитом, рутилом, апатитом, баритом, турмалином, мусковитом, хлоритом. Глины полиминерального состава в основном монтмориллонитовые с примесью гидрослюды и каолинита [7].

Бентонитовая глина, входящая в состав суспензии, обладает хорошей адсорбционной способностью, довольно интенсивно взаимодействует с водой, имеет очень мелкий размер частиц, обладают большим поверхностным объемом взаимодействия. Благодаря этим свойствам бентонитовая глина, заполняя пустоты между частицами песка способна переводить его из свободнодисперсного состояния в связанно-дисперсное, т.е. способствует преобладанию сил притяжения над силами отталкивания, образуя пространственные каркасы структуры [8-10].

Качество и свойства бентонитовых глин определяются их химическим минералогическим составом, связующей способностью, адсорбционной и каталитической активностью, пластичностью, коллоидальностью, обменной емкостью, набухаемостью и некоторыми другими параметрами.

Ниже таблице 8 указывается химический состав бентонита Бештюбинского месторождения.

Таблица 8.

Химический состав бентонита Бештюбинского месторождения

В изученных глинах в значительном количестве содержится кремнезем которое составляет пределах от 57 до 63%. Второй основной компонент- это глинозем в изученных глинах которое составляет от 15 до 18%.

Окись и закись-оксиды железа (+2) и (+3) в изученных глинах составляет от 0,2 до 7 %. Окись кальция в изученных глинах составляет от 0,4 до 1%. Поэтому глины Каракалпакии отличаются бескарбонатностью по сравнению с глинами Восточного и Южного Узбекистана. Оксид магния составляет в среднем от 0,60 до 1,92%. Количество содержания оксидов калия и натрия в изученных глинах составляет от 1,22 до 2,92%. Содержание серы (в пересчете на SO₃) в изученных глинах 0,22-0,34%.

Рентгенограмма бентонита Бештюбинского месторождения который указано ниже рисунке 3.

Рисунок 3. Рентгенограмма бентонита Бештюбинского месторождения

По данным рентгенограммы установлен основной компонент бентонитовый глины Бештюбинского месторождения монтмориллонит, по характерным для него линиям.

Результаты анализа методом электронной микроскопии указаны ниже таблице 9.

Таблица 9.

Результаты анализа методом электронной микроскопии

Рисунок 4. Термограмма бентонита Бештюбинского месторождения

Термограмма этого бентонита представлена на рисунке 4. Первый ярко выраженный эндотермический эффект наблюдается в интервале 100-140 °С, где происходит удаление свободной и частично межпакетной воды и уменьшение массы образца на 2,94 %. Второй эндотермической эффект протекает при температуре 540-560 °С, уменьшение массы образца на 3,16% и это связано с разложением структурно связанных гидроксильных групп и возникновении безводной модификации. Третий эндотермический эффект на кривой нагревание Бештюбинского бентонита наблюдается в интервале температур 840-890 °С и вызван разрушением кристаллической решетки минерала, разрушении безводной модификации бентонита и превращением его в аморфное вещество.

Результаты и их обсуждение

Исследование физико-химических и минералогических свойств песка Нукусского месторождения показывает, что в составе песка содержится в основном кварцевый песок 64 % и кремнезем SiO₂ от 73 до 78%.

Исследование бентонитовых глин Бештюбинского месторождения показывает, что в составе глины преобладает монтмориллонитовый минерал и глинистые минералы в виде глауконита и плагиоклазы.

Таким образом, исследование физико-химических и минералогических свойств песка и бентонитовой глины указывает о возможности использование этих минералов в промышленности строительных материалов и в качестве наполнителей и структурообразователей при получении суспензии для закрепления подвижных песков.

Список литературы:

1. Арипов Э.А., Нурыев Г.Н. Физико-химическая механика подвижных песков // Ташкент, ФАН, 1989 г. с. 120.
2. Фазылов Т.Н. Закрепление подвижных песков вяжущими веществами // Ташкент, ФАН, 1987 г. с.105.
3. Агзамходжаев А.А., Жумабаев Б.А. Химическое закрепление засоленных песков побережья Казакдарьи Арала // Узб. Хим. Журн. – Ташкент, 2006, №4, -с. 24-26.
4. Исмаилов Б.М., Туремуратов Ш.Н. Способ химической мелиорации подвижных песков с пескозакрепляющими мелиорантами //Материалы Республиканской научно-практической конференции «Инновационные технологии на основе вторичных и местных сырьевых ресурсов» г. Ургенч, 2021 г. II том, с. 194-195.
5. Кулдашева Ш.А. Коллоидно-химические закономерности закрепления подвижных песков многофункциональными структурантами, Автореферат диссертации доктора химических наук (DSc), Ташкент-2018, с.66.
6. Реймов К.Д. Разработка технологии получения закрепителя засоленных почв высохшего дна аральского моря на основе дистиллерной жидкости –отхода производства кальцинированной соды, Автореферат диссертации доктора философии (РhD) по техническим наукам, Ташкент-2019, с. 46.
7. Курбаниязов К.К.,  Закиров М.З. / Бентониты Каракалпакии. Ташкент, изд-во, «Фан» УзССР, 1979 г. -C. 35, 36.
8. Исмаилов Б.М., Туремуратов Ш.Н. Химическое закрепление подвижных песков на побережьях автомагистральных и железных дорог в регионах Приаралья //Материалы Республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в современных условиях Узбекистана», г. Нукус, 20 - май 2020 г. Часть 1, С.78-79.
9. Исмаилов Б.М., Туремуратов Ш.Н. Пескозакрепляющий мелиорант на основе местных минералов и отходов производства // VIII Международная научно-практическая конференция «Проблемы рационального использование и охрана природных ресурсов Южного При Аралья» 2020 г., -С. 172-174.
10. Turemuratov Sh.N., Ismailov B.M. Consolidation of mobile sands with ameliorants and phytomelioration //Karakalpak Scientific Journal, Vol. 4, Issue 1, Article 7, November 2021. ISSN-2010-9075. E-ISSN-2181-1229.  https://uzjournals.edu.uz/karsu/vol4/iss1/7