Механо-химическая активация бентонитовых глин Крантауского месторождения

Mechano-chemical activation of bentonite clays of krantaus deposit
Цитировать:
Эшметов И.Д., Абдикамалова А.Б., Калбаев А.М. Механо-химическая активация бентонитовых глин Крантауского месторождения // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 2 (44). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/5469 (дата обращения: 25.10.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования влияния времени ультразвуковой обработки и модификаторов глин на коллоидно-химические свойства их суспензий. Показано, что совмещая химическое модифицирование и ультразвуковое воздействие можно получить высокоструктурированные дисперсные системы.

ABSTRACT

The results of research of influence of the duration of ultrasonic treatment and modifiers of clays on the colloid-chemical properties of their suspensions are presented. It is shown that combining chemical modification and ultrasonic treatment allow obtaining highly structured disperse systems.

 

Ключевые слова: условная вязкость, статическое напряжение сдвига, электрокинетический потенциал, структурообразование.

Keywords: conditional viscosity, static shear stress, electrokinetic potential, structurization.

 

В последние годы в связи с развитием различных отраслей экономики Каракалпакстана все более актуальным становится вовлечение в переработку собственных природных ресурсов. Бентонитовые глины являются одними из перспективных видов сырья, запасы которого в Каракалпакстане довольно значительны [1].

Использование природных бентонитовых руд связано с их переработкой. Необходимость переработки руд обусловлена наличием в их составе большого количества примесей, отрицательно влияющих на их технологические характеристики. Начинается этот процесс с удаления крупных кусков породы, содержащих большое количество включений различных неглинистых минералов. Отсортированные глинистые минералы промывают водой, высушивают и измельчают, в результате можно получить обогащенные формы глин.

В зависимости от цели и задач получение необходимых технологических параметров глин и их суспензий применяют способы активации и модификации глин. Активация – безреагентное воздействие на структуру глин (механоактивация, электромагнитная обработка и воздействие ультразвука). Модификация – введение определенных количеств модифицирующих добавок, в результате чего происходит перестройка кристаллической структуры глинистых минералов. Это дает возможность целенаправленно изменить коллоидно-химические свойства суспензий глин.

Таким образом, основными задачами, решению которых посвящена настоящая работа, являлись исследования влияния ультразвуковой активации и щелочной модификации на реологические свойства водных суспензий глин Крантауского месторождения, для последующего получения глинистых суспензий в соответствии с требуемыми технологи­ческими регламентами на применение растворов.

В качестве основного объекта исследования была выбрана глина Крантауского месторождения, химический, минералогический и гранулометрический составы которой были ранее изучены [2].

Для установления значений времени воздействия ультразвуковой обработки и оптимальных количеств модификаторов глин изучали изменение значении ξ – (дзета) электрокинетического потенциала, условной вязкости, СНС и коэффициента стабильности (С – отношение значений удельного веса верхней и нижней частей суспензий) суспензий.

Диспергирование глин зависит от частоты и времени ультразвуковой обработки, так для монтмориллонитовых глин это частоты в пределах 13-15 кГц и время обработки 10-12 мин, для каолиновых глин 40-100 кГц [3]. Поэтому в наших исследованиях для изучения влияния ультразвуковой обработки на реологические свойства глинистых суспензий пробы подвергались воздействию ультразвуковым полем мощностью 20 кГц в течение 0 и 20 мин.

Приготовленные водно-глинистые суспензия с 10 % содержанием глины по массе и структурировались в течение 24 ч, после чего были использованы в эксперименте. После 24 ч набухания рН глинистой суспензии составила 7,5-7,6, плотность – 1,063 г/cм3, условная вязкость – 28 с, СНС – 24 мгс/см2 (табл. 1).

 Таблица 1.

Изменение коллоидно-химических и электрокинетических параметров суспензий

Время ультразвукового воздействия

рН

Условная вязкость, с по ВБР-2

СНС1/СНС10, мгс/см2

ξ-потенциал, мВ

C

1

-

7,5

28

24/26

-22,7

0,997

2

1

7,6

28

27/34

-16,8

0,998

3

2

7,6

29

29/37

-12,7

1

4

5

7,6

37

43/55

-4,1

1

5

10

7,6

39

78/97

-1,6

1

6

20

7,6

23

65/67

-3,4

0,995

 

В начальный период озвучивания (0-2 мин) происходит незначительное увеличение условной вязкости. Однако в процессе наблюдается увеличение кинетической устойчивости системы, о чем свидетельствует нулевые значения суточного отстоя. Увеличение условной вязкости под действием ультразвуковой обработки связано с эффективным диспергированием частиц глин, механизм которого изложен в литературе [3]. В процессе диспергирования частиц глины происходит увеличение удельной поверхности и соответственно значении свободной поверхностной энергии в несколько раз, при этом возросшие силы молекулярного действия начинают препятствовать дальнейшему разрушению кристаллов. Диспергирование замедляется или полностью прекращается. При дальнейшей обработке начинается агрегация частиц дисперсной фазы, о чем свидетельствует уменьшение значении условной вязкости и ξ-потенциала суспензий. Так экспериментальные данные, полученные при определении условной вязкости суспензий, подвернутой ультразвуковой обработке в течении 15 мин и более показывают её уменьшение до 24 с. Однако после выдержки 48 ч, условная вязкость увеличивается до первоначальной значении. При этом сохраняется высокие значения СНС.

Проведена сравнительная характеристика глинистого сырья и их суспензий, подвергнутых различными способами модифицирования. Так, при добавлении в исходную суспензию Na2CO3 в количестве 2 % от сухой массы глины, вязкость повысилась до 31 с, коллоидальность до 56 % против 49 %. При ультразвуковой активации полученной суспензий аналогичные показатели возросли соответственно до 56 с и 91 %.

Для рассматриваемых суспензий определен ξ-потенциал (табл. 2). Из данных таблицы 2 видно, что ξ-потенциал имеет отрицательный заряд. Это доказывает, что молекулы воды не полностью компенсируют отрицательный заряд глинистой частицы при формировании адсорбционного слоя коллоидной частицы. Следует отметить, что измеренные значения ξ-потенциала характеризуют энергетическое состояние на поверхности адсорбционного слоя коллоидной частицы.

Таблица 1.

Изменение коллоидно-химических и электрокинетических параметров суспензий обработанных с кальцинированной содой в количестве 2 % от массы сухой глины

Время ультразвукового воздействия

рН

Условная вязкость, с по ВБР-2

СНС1/СНС10, мгс/см2

ξ-потенциал, мВ

C

1

 -

12,6

31

25/28

-0,9

0,998

2

1

11,2

38

38/42

-1,6

1

3

2

9,5

40

41/42

-8,7

1

4

5

9,3

55

79/96

-2,1

1

5

10

8,1

58

101/104

-1,1

1

6

20

8

41

66/98

-6,7

0,991

 

Для первой суспензий во время приготовления значение электрокинетического потенциала падает почти до нулевых значений, а рН суспензий достигает 12-13. После 24 ч выдержки суспензий рН суспензий уменьшается до 9,5-10 и значения электрокинетического потенциала достигает самых высоких значений, это же свидетельствует о агре­гативной устойчивости суспензий приготовленный на основе бентонитовых глин Крантауского месторождения, т.е. минимальной скорости структурообразования.

Модифицирования кальцинированной содой и ультразвуковая обработка в течение 5-7 мин способствует увеличение условной вязкости и СНС суспензий до 54 с и 80, а СНС1 до 86 мгс/см2. Как показано на данных таблицы 2 максимальная скорость структурообразования соответствует наименьшему значению электрокинетического потенциала суспензий.

Так, в результате ультразвуковой обработки суспензий глин Крантауского месторождения в зависимости от её продолжительности, происходят, как и диспергирование, так и агрегирование частиц глины. Так же, воздействия проявляет изменение вязкости и структурообразование в системе.

Анализируя вышеприведенные данные и исходя из общих закономерностей и количественной оценки устойчивости дисперсных систем различного технического назначения, представляется интересным рассмотреть вопросы рН среды, электролитов, ПАВ и других модифицирующих добавок на изменение кристаллической структуры и коллоидно химические свойства глин Крантауского месторождения и дальнейшее развитие данной области изучения.

 

Список литературы:
1. Курбаниязов К.К., Закиров М.З. Бентониты Каракалпакии, издательство «ФАН» Руз, Ташкент: 1979. - 150с.
2. Абдикамалова А.Б., Хамраев С.С. Химико–минералогический анализ бентонитовых глин Крантауского месторождения и возможности повышения эффективности их применения как сырья для получения глинистых буровых растворов // Узбекский химический журнал, 2015. - №5. - С. 32-35.
3. Круглицкий Н.Н. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. – Киев: Наук. думка, 1968. – 320 с.

 

Информация об авторах

д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией «Коллоидной химии» Института общей и неорганической химии АН РУз., Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Laboratory of Colloid Chemistry, Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

доктор (PhD) философии по техническим наукам, ассистент кафедры Общей и неорганической химии, Каракалпакский государственный университет, 230112, Каракалпакстан, г. Нукус, ул. Ч. Абдирова 1

Doctor of Philosophy (PhD) on Technical Sciences, Assistant of General and Inorganic Chemistry Chair, Karakalpak State University, 230112, Karakalpakstan, Nukus, Ch. Abdirov Street, 1

студент Химико-технологического факультета, Каракалпакский государственный университет, 230112, Каракалпакстан, г. Нукус, улица Ч. Абдирова, 1

student of the Chemical and Technological Faculty, Karakalpak State University 230112, Karakalpakstan, Nukus, Ch. Abdirova street, 1

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top