МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАОЛИНОВ АНГРЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты данных экспериментальных опытов и анализов минералогического состава и физико-химические характеристики Ангренского каолина, используемого в качестве коагулянта-адсорбента для очистки сточных вод текстильного производства от различных примесей.

Физико-химические исследования показали, что в состав Ангренских каолинов входят такие минералы, как кварц, каолинит, иллит и гетит. Описаны физико-химические свойства каолинов Ангренского месторождения.

Установлено, что каждый слой в структуре каолинита образован кремнекислородными тетраэдрами, которые соединены с ионами алюминия, расположенными в октаэдрическом окружении из атомов кислорода.

ABSTRACT

The paper presents the results of scientific experiments and analyzes of the mineralogical composition and physico-chemical characteristics of Angren kaolin, used as a coagulant-adsorbent for the purification of wastewater from textile production from various impurities.

Physical and chemical studies have shown that the composition of Angren kaolins includes such minerals as quartz, kaolinite, illite and goethite. The physical and chemical properties of kaolins from the Angren deposit are described.

It has been established that each layer in the structure of kaolinite is formed by silicon-oxygen tetrahedra, which are connected to aluminum ions located in an octahedral environment of oxygen atoms.

Ключевые слова: минеральный состав, каолин, Ангренское месторождение, характеристика каолина, рентгенограмма, ИК-спектрометрия, текстильная промышленность, сточные воды.

Keywords: mineral composition, kaolin, Angren deposit, characteristics of kaolin, X-ray, IR-spectrometry, textile industry, wastewater.

Введение

В мире ведутся широкие научные исследования по разработке на основе местного сырья и синтетических веществ адсорбентов и реагентов, используемых при коагуляционных методах очистки окрашенных сточных вод текстильных предприятий. В этом плане с целью достижения высокой эффективности адсорбентов и реагентов особое внимание уделяется физико-химическим методам воздействия на структуру глин химической модификацией; производству адсорбентов, а также коагулянтов с высокими адсорбционными свойствами для очистки сточных вод текстильного предприятия.

И в нашей республике проводятся научно-исследовательские работы по получению адсорбентов из местного сырья (глинистые минералы, угли, растительное сырье) и отходов различных производств, исследованию и применению полученных материалов для очистки промышленных сточных вод. В связи с увеличением числа производственных предприятий потребность в воде в промышленности растет, так как увеличивается ассортимент продукции.

Решение проблем, связанных со сточными водами, используемыми на этих предприятиях, всегда было в центре внимания как актуальная проблема. На сегодняшней день сточные воды, образующиеся в технологических процессах промышленных предприятий, загрязняются вредными примесями в зависимости от вида продукции, производимой на этом предприятии. А в текстильной промышленности при производстве 1 кг ткани образуется 100–200 литров сточных вод, загрязняющих окружающую среду. Текстильная промышленность является одним из серьезных источников загрязнения окружающей среды во всех странах мира [6] на протяжении всей цепочки технологического процесса от производства волокна до отделки тканей [10].

Коагулянты и адсорбенты на современных производствах часто используются для очистки промышленных стоков от органических и неорганических загрязняющих воду веществ. Широкое распространение глин, в первую очередь каолиновых глин, с высоким содержанием оксида алюминия делает их перспективным сырьем для получения коагулянтов и адсорбентов [3].

В Узбекистане самым крупным месторождением каолиновых глин является Ангренское, которое занимает второе место среди стран СНГ [1]. В основном широко используются три вида Ангренских каолиновых глин: белые, серые и пестроцветные каолиновые глины [2]. На сегодняшней день разведанные запасы Ангренского месторождения составляют 2,5 млрд тонн бурых углей и 15 млрд тонн каолиновых глин, площадь месторождения – около 70 км² [4].

Объекты и методы исследования

Важные научные решения об адсорбентах могут быть приняты путем определения химического состава, минералогических свойств выбранного сырья для удовлетворения требований к адсорбенту. Для этого важно изучить их морфологию и особенности строения, а также текстуры адсорбентов. В работе использовались физико-химические методы анализов, в том числе ИК-спектроскопии, для определения кислородсодержащих и других групп, рентгенофазовый анализ для определения минералогических и элементных составов каолина. Рентгенофазовый анализ проводился по методике [8], и по результатам рентгенофазового анализа получены данные [7]. Спектрофотометрические методы исследования проводились на приборе [5; 9]. Химический анализ сырьевых материалов проводился по методике, обусловленной ГОСТ-26423-86.

Результаты и их обсуждение

Для достижения цели проведены исследования физико-химических свойств Ангренских пестроцветных каолиновых глин. Как минеральное сырье каолиновая глина является одной из универсальных глинистых пород, которая широко используется в промышленности для разных целей.

Проведенные физико-химические исследования Ангренских каолинов показывают, что в состав этих пород входят такие минералы, как кварц, каолинит, иллит и гетит, а в химическом составе каолиновых глин содержатся следующие оксиды (мас%.): Al₂O₃ – 19,75; Fe₂O₃ – 4,99; SiO₂ – 60; Na₂O – 0,1; K₂O – 1,2; CaO – 1,0; MgO – 1,0 и п.п.п. – 10. На рисунке 1 представлена пестроцветная Ангренская каолиновая глина, которая в основном состоит из минерала каолинита. Глинистый минерал – каолинит имеет формулу в виде Al₂[Si₂O5](OH)₄. Его структура изображена на рисунке 2.

Рисунок 1. Внешний вид пестроцветной Ангренской каолиновой глины

Рисунок 2. Структура каолинита

Каолинит имеет слоистую структуру. Его слои связаны с помощью водородных связей. Каолинит при добавлении воды образует пластичную массу, вода попадает в межслоевое пространство, способствует скольжению слоев.

Как видно из рисунка, каждый слой в структуре каолинита образован кремнекислородными тетраэдрами, которые соединены с ионами алюминия, расположенными в октаэдрическом окружении из атомов кислорода.

Основные требования, предъявляемые к адсорбентам, применяемым для очистки промышленных сточных вод, – высокое содержания оксидов Al₂O₃ и Fe₂O₃, участвующих в процессе коагуляции.

Для этой цели изучен химический состав каолинов Ангренского месторождения, который приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав каолинов Ангренского месторождения

Как видно из табличных данных, содержание Al₂O₃ и Fe₂O₃ более высокое в пестроцветных Ангренских каолиновых глинах.

Рисунок 3. Рентгенограмма Ангренского пестроцветного каолина

Рентгенофазовые анализы показали, что в образцах происходят изменения и разрушения структур минерала. На рентгенограмме видно, что в составе глины содержатся в основном минералы каолинит, о чем свидетельствует наличие соответствующих дифракционных максимумов (d) = 0,713; 0,436; 0,357; 0,256; 0,233; 0,223; 0,149; и кварц, соответствующий дифракционным максимумам (d) = 0,425; 0,334; 0,245; 0,228; 0,212; 0,198; 0,180.

Заключение

Выявлены минералогический и химический составы Ангренской каолиновой глины. Изучены физико-химические характеристики адсорбента на основе Ангренских пестроцветных каолиновых глин. По рентгенограмме установлено, что в составе глины содержатся в основном минералы кварц и каолинит. Результаты анализов химического состава показали, что пестроцветный каолин содержит в своем составе 24,18–25,12 и 3,79–4,04% Al₂O₃ и Fe₂O₃ соответственно.

Список литературы:

1. Жуманов Ю.К. Физико-химическое исследование каолинов Зарафшанского региона // Universum: технические науки: электронный научный журнал. – 2018. – № 10 (55). – С. 49.
2. Керамические материалы на основе Ангренского каолина / Г.Т. Адылов, Г.В. Воронов, Н.А. Кулагина, Э.П. Мансурова [и др.]. – 2008. – С. 29.
3. Коагулянт-адсорбент для очистки воды, способ его получения и способ очистки // RU2006105665A.
4. Кривенко Ю.Н., Боднар В.И. Разрез «Ангренский» – уникальное каолино-угольное месторождение // Горный вестник Узбекистана. – 2008. – № 1. – С. 10.
5. Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. – М., 2012. – С. 55.
6. Шпиз Л.Л., Киршина Е.Ю., Жданова В.А. Очистка сточных вод текстильного производства от красителей // Сборник научных статей Международной научно-практической конференции «Инновация-2011». – Ташкент, 2011. – С. 325–326.
7. Эффективное осветление стоков текстильных предприятии с применением коагулянтов-адсорбентов серии АПАК / Л.Г. Аймурзаева, Д.Ж. Жумаева, И.Д. Эшметов, У.Ю. Рахимов // Universum: Химия и биология: электронный научный журнал. – 2022. – № 3 (93).
8. Gil A., Montes M. Effect of thermal treatment on microporous accessibility in aluminium pillared clays // Journal of Materials Chemistry. – 1994. – № 4. – P. 1491–1496.
9. Influence of ultrasonic impact on oil preparation processes / Р.Ж. Эшметов, Д.А. Салиханова, Д.Ж. Жумаева, И.Д. Эшметов [и др.] // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. – 2022. – № 57. – P. 676–685.
10. Sivaram N.M., Gopal P.M., Barik D. Toxic waste from textile industries, Chapter 4 // Energy from Toxic Organic Waste for Heat and Power Generation. – Woodhead Publishing, 2019. – С. 43–54.