ИЗУЧЕНИЕ КАОЛИНОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХУРШИД, РЕСПУБЛИКА КАРАКАЛПАКИСТАН

АННОТАЦИЯ

Определены минеральный и элементный состав, кристаллическая структура и гранулометрический состав каолиновых глин, определяющих их промышленное значение. Минеральный состав оценивается с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF), рентгеновской дифракции кристаллической структуры (XRD) и распределения частиц по размерам с помощью малоуглового рассеяния лазерного света (LALLS). Результаты показывают наличие восьми элементов, выраженных в процентах в виде их оксидов: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, CaO, K₂O, TiO₂ и P₂O₅. В результате XRD определены пять кристаллических структур. Распределение частиц по размерам показывает, что частицы каолина в основном находятся в диапазоне 25–35 мкм, а некоторые частицы варьируются в диапазоне 0,4–0,75 мкм.

ABSTRACT

Mineral and elemental composition, crystal structure and particle size distribution of kaolin clays were determined to determine their industrial importance. Mineral composition is evaluated by X-ray fluorescence (XRF), crystal structure X-ray diffraction (XRD), and particle size distribution by low-angle laser light scattering (LALLS). The results show the presence of eight elements, expressed in percentages as their oxides: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, CaO, K₂O, TiO₂ and P₂O₅. As a result of XRD, five crystal structures are determined. The particle size distribution shows that kaolin particles are mainly in the range of 25–35 μm, with a few particles varying in the range of 0.4–0.75 μm.

Ключевые слова: Содержание каолина, размер частиц; Рентгеновская дифракция, рентгенофлуоресценция.

Keywords: Kaolin content, particle size; X-ray diffraction, X-ray fluorescence.

Введение

Название Каолин происходит от названия холма в Китае (Као-лин), который добывался на протяжении веков. Каолин — важное сырье, широко используемое в промышленности, применяемое при очистке воды, производстве фарфора, цемента и керамики, а также в качестве наполнителя полимеров, красок и резины. Особое значение для гончара имеет каолин или фарфоровая глина, сравнительно редко встречающаяся в природе. Это имеет основополагающее значение в производстве чистого белого фарфора. Он состоит из основного минерала каолинита. Каолин состоит из большого количества глинистого минерала Al₂Si₂O₅(OH)₄ в соотношении 1:1, который образует крупные окклюдированные частицы тетраэдрических слоев SiO4 и октаэдрических слоев AlO₂(OH)₄ в алюмосиликате. Водородные связи AlOHOSi прикреплены к обоим неповрежденным слоям, поскольку слой каолинита нейтрален. На межслоевой поверхности формируется асимметричное окружение октаэдрических слоев с гидроксильными группами, а тетраэдрические листы имеют оксидные поверхности.

Эти слои менее прочно связаны силами Ван-дер-Ваальса в направлении оси c. Внутренние поверхностные ОН-группы располагаются почти перпендикулярно тетраэдрическому слою следующего слоя до образования интенсивных водородных связей. Поэтому каолинит относят к числу нерасширяющихся минералов.

Некоторые другие минералы, такие как кварц, полевой шпат, анатаз и мусковит, обычно встречаются в каолине. Кроме того, каолин-сырец обычно имеет желтый цвет из-за пигментов гидроксида железа. Часто приходится химически обесцвечивать глину для удаления железного пигмента и промывать ее водой для отделения других минералов или расслаивать для образования каолина для различных промышленных целей. Каолин можно использовать как экономичную добавку, которая даже образует дисперсии для улучшения свойств продукта.

Ключевые свойства каолина, имеющие решающее значение для промышленного использования, включают распределение частиц по размерам, структурный порядок, форму частиц, беспорядок и кристалличность, удельную площадь поверхности и белизну.

 Многие свойства каолина определяются поверхностными свойствами каолина. В основном в промышленности имеют значение высокие нагрузки и вязкость, к ним также относится появление впитывающих типов поверхности, изменяющих ее свойства.

Кроме того, во многих промышленных методах важным фактором является размер частиц.

Химические, механические и оптические свойства, поведение при смешивании и биораспределение многих ресурсов и конечных продуктов влияют на размер и форму частиц. Результаты, полученные в результате анализа размера частиц, включают распределение размеров, стандартные средние диаметры и отчеты о распределении с использованием предположения, что частицы имеют сферическую форму. Образцы каолина можно идентифицировать методом лазерной дифракции с бимодальным распределением.

В этом исследовании представлены результаты определения химического состава и распределения частиц каолиновой глины по размерам с использованием рентгеновской флуоресценции и лазерного прибора FRITSCH для определения размера частиц соответственно. Результат направлен на изучение химического состава и гранулометрического состава каолина, полученного на местном Каолиновом руднике (Узбекистан, Каракалпакстан).

Объекты и методы исследований

Для данного исследования был взят местный каолин с рудника Хуршид (Узбекистан, Каракалпакстан). Полученные в виде порошка и плотно спрессованные гидравлическим прессом порошкообразные каолин и воск тщательно перемешивают и плотно прессуют в порошок и воск в соотношении 8:2 диаметром 17 мм. На образование окатышей в течение одной минуты подействовало 8 тонн МПа.

Таким образом, образцы были помещены в рентгеновский аппарат (XRF Bruker S4 Pioneer) для элементного анализа. Машина работала при максимальном напряжении и токе 60 кВ и 1 мА соответственно, генерируя рентгеновские лучи, которые заряжают образец на определенное время (точнее, 10 минут) с помощью рентгеновской трубки с родиевым анодом и сцинтилляционный детектор. ток составляет 40 мА, а напряжение 40 мВ. Рентгенофазовый анализ с использованием излучения CuKa1 (=1,54060 Å) на порошковом дифрактометре XPERT-3, сканирование 0,3/мин в диапазоне 5-40° в сигнальном режиме с фазовой размерностью 0,03 при комнатной температуре, выполненный в 2 диапазонах на скорости . усилен изогнутым позиционно-чувствительным детектором. Конфигурации были протестированы при 40 мА, 40 кВ, и тесты были помещены в держатель с плоским дном.

Определение размера частиц проводили с использованием лазерного прибора для определения размера частиц FRITSCH (ANALYSETTE 22). Для начала измерений с помощью ANALYSETTE 22 был выбран уникальный стандарт ISO 13320 из предопределенных стандартных рабочих процедур (СОП). В пакете рекомендуется добавление образца материала. Когда объем пробы достаточен, измерение начинается автоматически. Затем одновременно происходит автоматическое распределение, измерение, анализ и создание отчетов. Система работает с точностью.

Обсуждение и результаты исследований.

РФА-анализ: Элементный анализ глин последовательно указывает на класс алюмосиликатов, которому соответствует анализируемый материал. Производство продуктов, идентифицированных в глинах, показано в Таблице 1 относительно продуктов, идентифицированных как окисление во всем образце.

Таблица 1.

 Минералогический состав (РФА) образца каолина.

Согласно исследованиям, каолин из рудника Хуршид имеет высокое количество кремнезема (69,30%) и низкое количество оксида алюминия (24,30%). Другие исследователи обнаружили, что оксид кремния составляет 56,290%, а оксид алюминия - 36,490%; связанные с этим отчетом.

Рентгенографический анализ: На рисунке 1 показаны дифрактограммы XRD каолина.

Рисунок 1. Дифрактограммы XRD каолина

Пять пиков были обнаружены примерно при 12,34°, 16,87°, 22,52°, 24,89° и 26,88°. Пик при 2θ = 12,34° представляет собой характерную рентгенограмму каолина.

Соотношения пяти кристаллических фаз суммированы в Таблице 2 ниже. Этот отчет подтверждает результат РФА, полученный выше.

Таблица 2.

 Кристаллические фазы по результатам РФА

Распределение частиц по размерам: На рисунке 2 показано распределение частиц по диаметру частиц и распределение образцов каолина по отношению к общему размеру частиц, измеренное методом малоуглового рассеяния лазерного света (LALLS).

Рисунок 2. Гранулометрический состав каолина

На рисунке 2 дисперсия частиц каолина по размерам (синяя линия) показывает, что существует два диапазона размеров частиц, чередующихся между 0,3 и 100 мкм.

Наибольшую дисперсность (~70%) дают частицы с модальным размером 25-35 мкм, 30 мкм. Эту популяцию дополняет меньший набор (∼3%), содержащий частицы размером 0,4–0,75 мкм, с модельным размером 0,5 мкм. Частицы имеют среднеарифметический диаметр (диаметр Де Брукера, D4,3), величину расстояния (распределение по ширине (d90-d10)/d50) и средний размер частиц d50, равный 8,343, 3,653 и 5,227 соответственно.

Выводы

Было обнаружено, что каолин является полезным минеральным ресурсом не только как подходящая основа для кремния, но также как источник цеолита, кварца, оксида углерода и карбонильных материалов.

Это позволяет собирать потенциально ценные продукты.

Тем не менее, существует потребность в более высоких перспективах каолина для улучшения товара. Было проведено исследование состава и размеров частиц образца каолина. Поэтому для определения того, какая разновидность каолина может быть использована в производственных отраслях, необходима дополнительная информация о составе и гранулометрическом анализе каолина.

Список литературы:

1. Jikan, S. S., Badarulzaman, N. A., Yahaya. (2017). Delamination of Kaolinite by Intercalation of Urea Using Milling. Materials Science Forum, 888, 136–140. doi:10.4028/www.scientific.net/msf.848.176
2. Sengupta, P & Borthakur, P. C. (2008). SEM-EDX characterization of an iron-rich kaolinite clay. Journal of Scientific & Industrial Research, 67, 813–828.
3. Franco, F., Pérez-Maqueda, L. A., Pérez-Rodríguez, J. L., & Gomes, C. S. F. (2007). Particle- size reduction of dickite by ultrasound treatments: Effect on the structure, shape and particle- size distribution. Applied Clay Science, 35(1-2), 119–127. doi: 10.1046/j.clay.2006.07.004
4. Liu, P., R., Rajarao, R., & Sahajwalla, V. (2017). Lightweight expanded aggregates from the mixture of waste automotive plastics and clay. Construction and Building Materials, 145, 283–291. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.04.003
5. Abdu, S. G. (2014). Structural analysis and surface morphology kaolin. Science World Journal, 9(3), 26–30.
6. Abou-El-Sherbini, K. S., A. M., Wahba, M. A., Drweesh, S. A., & Youssef, N. S. (2017). Evaluation of some intercalation methods of dimethylsulphoxide onto HCl-treated and untreated Egyptian kaolinite. Applied Clay Science, 137, 33–42. doi: 10.1016/j.clay.2016.11.002
7. Angélica, R., & Neves, R. (2017). Dissolution kinetics of Amazonian metakaolin in hydrochloric acid. Clay Minerals, 52(1), 75–82. doi: 10.1180/claymin.2017.051.1.06
8. Mohamad Kassim, M. H., Mohapatra, L., Gilani, M. A., Raza, M. R., & Majeed, K. (2016). Characteristic Properties of Nanoclays and Characterization of Nanoparticulates and Nanocomposites. Engineering Materials, 35–55. doi: 10.1006/988-981-10-1953-1_2
9. Tang, W., Zhang, S., Li, H., Sun, J., & Gu, X. (2016). Preparation of thiourea-intercalated kaolinite and its influence on thermostability and flammability of polypropylene composite. Journal of Materials Science, 52(1), 208–217. doi: 10.1007/s11856-016-0323-8
10. Sempeho, S. I., Kim, H. T., Pogrebnoi, A., Shao, G., & Hilonga, A. (2015). Dynamics of Kaolinite-Urea Nanocomposites via Coupled DMSO-Hydroxyaluminum Oligomeric Intermediates. Indian Journal of Materials Science, 2015, 1–10. doi: 10.1155/2015/920435