ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ МЕСТНОГО ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТА

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается изучение минерально-сырьевой базы бентонитовых глин Республики Каракалпакстан, исследования химико-минералогического состава и основных свойств бентонитовых глин, а также на основе результатов исследования сравнений образцов бентонитовых глин месторождения Учсай в Муйнакском районе, и ранее изученного Северо-Джамансайского и Кушканатауского месторождений, перспективы для применения в производстве тепло- и энергоэффективных строительных материалов. Целью исследований бентонитовых глин является получение качественного керамзита (обожженного искусственного камня), изучение факторов для вспучивания и технологии обжига. Экономия энергии при использовании обожженного искусственного камня в качестве крупных заполнителей. Получение легких энергоэффективных бетонов из легких крупных наполнителей.

ABSTRACT

This article examines the study of the mineral resource base of bentonite clays in the Republic of Karakalpakstan, investigating their chemical-mineralogical composition and basic properties. Based on the research results comparing bentonite clay samples from the Uchsay deposit in the Muynak district with those from the previously studied North-Jamansay and Kushkanatau deposits, it explores the prospects for their use in the production of heat- and energy-efficient building materials. The aim of the bentonite clay research is to obtain high-quality expanded clay aggregate (fired artificial stone), study the factors affecting expansion, and examine firing technology. The study also considers energy savings when using fired artificial stone as coarse aggregate and the production of lightweight energy-efficient concrete using lightweight coarse aggregates.

Ключевые слова: глина, бентонит, монтмориллонитовый минерал, химический состав, керамзит, насыпная плотность, механическая прочность, теплопроводность, теплоизоляция, энергоэффективность, температура, обжиг, пористость.

Keywords: clay, bentonite, montmorillonite mineral, chemical composition, expanded clay aggregate, bulk density, mechanical strength, thermal conductivity, thermal insulation, energy efficiency, temperature, firing, porosity.

Введение. В настоящее время широкое внедрение энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии в отрасли экономики, в социальную сферу, а также в строительную отрасль является одним из главных приоритетов. Согласно данным Министерства энергетики за 2021 год, доля энергопотреблении жилого сектора составляет 40% по Республике, точнее за 1 м2 390 кВт час год. Сравнительно по показателю в мире годовое потребление энергии в жилом секторе составляет 23% или 120-150 кВт на 1 м2 в год. Из этого следует необходимо больше соответственно вложение на утепление, для сохранения тепла при отоплении зданий и сооружений. Поэтому одним из лучших способов экономии энергии является производство теплоизоляционных материалов и широкое применение в современной строительной отрасли, что позволит повысить энергоэффективность зданий. Внедряя энергоэффективные технологии, можно сберегать природные ресурсы, снизить себестоимость строительных материалов за счет рационального использования вторичных строительных материалов и местного сырья. Помимо учета функциональных, экономических, технических и экологических требований при строительстве зданий и сооружений, важно соответствие требованиям по энергосбережению. Согласно вышеуказанному бентонитовая глина является перспективным объектом исследований для изучения в качестве местного и доступного по себестоимости природного сырья при производстве энергоэффективных строительных материалов.

Материалы и методы. Бентонитовые глины (впервые получили название от форта Бентон, расположенного в штате Вайоминг США) используются для бурения нефтяных и газовых месторождений, в пищевой промышленности, в фармацевтике, в производстве керамических материалов и бумаги, в гражданском строительстве и в других отраслях. В мире имеется крупнейшие запасы бентонитовых глин в США, в Италии, в Австралии, в России, в Китае и в других регионах мира. На территории Республики Узбекистан также имеются месторождения бентонитовых глин, которые используются в различных отраслях промышленности. В природе эта глина представляет собой разновидность бентонитов, которые отличаются друг от друга не только по химико-минералогическому составу, но и по физико-химическим свойствам, внешнему виду. Бентониты встречаются в голубом, желтом, бледно-голубом, коричневом, розовом, зеленом, белом, кремовых цветах и других проявлениях. Белые бентониты встречаются редко. [1-5].

Химико-минералогический состав и основные свойства природных бентонитовых глин не позволяют широко использовать на. По этому проведен ряд комплексных исследований, направленных на повышение активности бентонитовых глин и изменение их структуры, пористости и ионообменной способности. [6-7]. Бентонитовая глина также используется для получения различных сорбентов в дополнение к производству строительных материалов [8-11].

В республике государственным балансом полезных ископаемых по состоянию на 1 января 2022 года учтены запасы бентонитообразных глин по 10 месторождениям: Каттакурган в Самаркандской области, Тамдытау, Навбахор, Сардара и Улус в Навоийской области, Шорсу, Логан и Гузан в Ферганской области, Бебулок, Куксарек и Сумсар в Наманганской области, Касантау и Дехканабад в Кашкадарьинской области, Сурхандарьинская область месторождения Хавдак и др. Указано, что балансовые запасы бентонициевых глин по категориям А+В+С1 составляют 24 649,6 тыс. тн, по категории С2 - 23 492,9 тыс. тн. Кроме того, в республике Каракалпакстан разведаны месторождения Кушканатау, Ходжакуль и Бестобе для строительных материалов, а также месторождение Крантау в качестве сельскохозяйственного сырья. Помимо перечисленных месторождений, проявлений бентонитовых глин обнаружены в таких районах, как Учсай, Кабакты, Кызыл-жар, Урга-Актумсук, Шахпахти, Айбугир [3, 12].

Среди них проявление (месторождения) Учсайского бентонита находится в Муйнакском районе Республики Каракалпакстан, в 20 км к северо-западу от города Муйнак, в 5 км к западу от села Учсай.  Учсайский геологический район можно считать оптимальным объектом для комплексного изучения имеющихся в нем полезных ископаемых в результате высыхания Аральского моря в последние годы. По этой причине изучение этого района и ресурсов в нем считается одним из актуальных направлений исследований (рис.1 и 2).

Рисунок 1. Общий вид пластов бентонитовой глины Учсай

Рисунок 2. Проба образец бентонитовой глины Учсай

Химический состав бентонитовой глины исследуемого месторождения Учсай представлен в таблице 1 в сравнении с химическими составами бентонитовых глин Азкамара, Навбахора, Северного-Жамансая и Кушканатауского месторождений, расположенных в Республике (таблица 1).

Таблица 1.

Химический состав образцов бентонитовой глины

Согласно выше приведенной таблице бентонитовая глина Учсайского месторождения по химическому составу очень близка к бентонитовым глинам месторждений Азкамар, Навбахор, Кушканатау, Северо-Джамансай. Было отмечено, что по количеству оксидов, таких как SiO₂, Al₂О₃, Fe₂О₃, TiO_2, P₂O_5, CaО, MgО, SO₃, Na₂О, K₂О соответствует требованиям ГОСТу 32026-2012, который используется при производстве керамзита, предъявляемым к глинистому сырью для производства керамзитовых гранул, гравия и песка.

Результаты и обсуждение. В дополнение к химическому составу бентонитовых глин, изучение и анализ их минералогического состава также является важной частью общих исследований. Таким образом минералогический состав образцов Учсайского и Кушканатауского бентонита был изучен по результатам рентгенографического анализа (рис. 3, 4).

Рисунок 3. Рентгеннограмма бентонитовой глины Учсай

Рисунок 4. Рентгеннограмма бентонитовой глины Кушканатау

Рентгеннограмма бентонитовых глин (рис. 3-4) показаны дифракционными максимумами: кварц (d=0,421; 0,332; 0,244; 0,227; 0,222; 0,212; 0,197; 0,181; 0,166; 0,153; 0,145; 0,138; 0,137 нм), мусковит (d=0,499; 0,443; 0,399; 0,376; 0,364; 0,322; 0,299;  0,255, нм), албит   (d=0,364; 0,317; 0,294; 0,150 нм), монтмориллонит (d=0,750; 0,500; 0,448; 0,304; 0,255; 0,244), хлорит –(d=0,715; 0,443; 0,349 нм) было установлено, что дифракционные максимумы, принадлежат к указанным минералам. Следовательно, по своему химико-минералогическому составу глины Учсайского месторождения относятся к классу гидрослюдо-монтмориллонитовых глин,  так как близки по составу ранее изученной глины Кушканатауского месторождения.

Заключение. По результатам химического и рентгенографического анализа образцов глин Учсайского месторождения было установлено, что по их химико-минералогическому составу относятся к бентонитам. Определено, что эти бентонитовые глины пригодны в производстве легкого наполнителя по ГОСТу 32026-2012 для ограждающих конструкций в соответствии с требованиями к теплозащитным строительным материалам, включая легкие (400-600 кг/м3) и сверхлегкие (300-500 кг/м3) керамзитовые гранулы. Ограждающие конструкции изготовлены из керамзита в виде блоков или панелей, насколько мы достигнем снижения их плотности (при условии сохранения прочности) уменьшается потери теплопередачи и повышается энергоэффективность зданий.

Список литературы:

1. M.Bayram Yücel, Özgen Gül, //Dünyada ve Türkiyede Bentonıt, Fizibilite Etütleri Daire Başkanlığı 2018 ekim 9s.
2. Ахмедов К.С. Бентониты Узбекистана, Ташкент,  1974,  27 с.
3. Сабиров Б.Т. Ўзбекистон бентонит гиллари асосида рулонли гидроизоляцион материал ва керамик кошинлар олиш технологиялари // Техн.ф.ан.док. (DSc) дисс. автореферати, ЎзР ФА Умумий ва ноорганик кимё институти, Тошкент , 2020, 64 б.
4. Кадырова З.Р., Пурханатдинов А.П., Ниязова Ш.М. Исследование бентонитовых глин Каракалпакстана для получения керамических теплоизоляционных материалов//Новые огнеупоры ISSN 1683-4518. №9 2020 С. 3-5
5. Махкамова Д., Содиқова Ш., Усмонова З. Бентонитовая глина, её физико-химическая характеристика и применение в народном хозяйстве. Universum Технические науки/ 2019  июнь №6 (63)  
6. Meng  B., Xiaoping M., Shenyong R., Wenlong J., Baojian Sh. Modified bentonite by polyhedral oligomeric silsesquioxane and quaternary ammonium salt and adsorption characteristics for dye. // Journal of Saudi Chemical Society. Available online 28 January 2020.С.1-10 Электронный ресурс. URL: https://doi.org/10.1016/j.jscs.2020.01.007.
7. Suranjana Datta Chaudhuri, Arup Mandal, Ayan Dey, DebabrataChakrabarty. Tuning the swelling and rheological attributes of bentonite clay modified starch grafted polyacrylic acid based hydrogel// Applied Clay Science. Volume 185, February 2020, 105405. Электронный ресурс. URL: https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105405.
8. Балыкбаева Г. Т., Тамшыбаев С., Кыргызбаева А. М. ИК-спектры модифицированной бентонитовой глины // Вестник науки и образования. 2016. № 5 (17). С. 6-7.
9. Sabirov B., Akramov T. Prospekts of introduction of the innovative technologies of complex processing of bentonite rav materials of Uzbekistan. Proceedings of the Tashkent International Innovation Forum, Committee for Coordination of Science and Technologies Development under Cabinet of Ministires of the Republic of Uzbekistan, Tashkent.-2015.- p.155-159.
10. Salihanova D.S., Eshmetov I.D., Agzamova F.N., Eshmetov R.J., Agzamkhodjaev A.A., Sabirov B.Т. Hydrohloric acid activation of bentonite clay from “Jahon” deposit and using it for cjttonseed oil bleach// Europian Applied Sciences, № 9, 2015. S. 64-67.
11. Sabirov B.T., Kadirova Z.R., Pulatov Kh.L., Tairov S.S., Ergashev Sh. T. Research of the basic physical and chemical properties of bentnonite clays of perspective deposits of Uzbekistan //EURO ASIA 8th. International Congress on applied sciences, March 15-16, 2021, Uzbekistan, Tashkent. p.318. www.euroasiacongress.org.
12. Пурханатдинов А.П. Қорақалпоғистон хомашё ресурслари асосида керамзитнинг энергиятежамкор таркибини ишлаб чиқиш // техника фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD) диссертациясининг автореферати. Умумий ва ноорганик кимё институти, Тошкент , 2021, 44 б.
13. Niyazova, S., Kadyrova, Z., Usmanov, K., Purkhanatdinov A.,Turganbaev, B. // Research of the crystallization properties of silicate melts based on magmatic rock // https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57222733161#:~:text=AIP%20Conference%20Proceedings%2C%202024%2C%203184(1)%2C%20020042
14. A.P.Purxanatdinov, B.K.Erimbetov, Uchsay bentoniti tiykarinda ekologiyalıq taza qurılıs materialın alıw//Materials II International scientific conferences on the topic “innovative solutions to current problems of the chemical and mining industry” P 46-48. Nukus Mining Institute 17 may 2024 Nukus