ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БЕНТОНИТА И ПАЛЫГОРСКИТА НАВБАХОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

УДК 549.67+543.06

Аннотация

В данной научной статье представлены результаты проведенных работ по определению химико-минералогического состава и структуры физико-химических свойств бентонитовых глин и палыгорскита Навбахорского месторождения и изучению свойств сопутствующих примесей, таких как кварцевые, железные и гипсовые соединения, с целью выбора оптимального адсорбента. Были взяты образцы бентонита и палыгорскита, проведены эксперименты по определению их физико-химического состава и адсорбционных свойств. Месторождение Навбахор расположено на южном склоне южного хребта Нуратау, в 36 км к северу от города Навои. Их общая мощность составляет 17 м, а подтвержденные запасы – 8,1 млн тонн. С целью расширения сферы применения бентонитовых глин в качестве товарного сырья предлагается разработка и применение эффективных методов их обогащения добавками.

Abstract

This scientific article presents the results of work on determining the physicochemical properties, chemical-mineralogical composition, and structure of bentonite clays and Paligorskite from the Navbakhor deposit, as well as studying the properties of associated impurities such as quartz, iron, and gypsum compounds to select the optimal adsorbent. Samples of bentonite and pagorskite were obtained, and experiments were conducted to determine their physicochemical composition and adsorption properties. The Navbakhor deposit is located on the southern slope of the southern Nurata Range, 36 km north of the city of Navoi. Their total thickness is 17 m, and the confirmed reserves are 8.1 million tons. In order to expand the areas of application of bentonite clays as commercial raw materials, it is proposed to develop and apply effective methods for their enrichment with additives.

Ключевые слова: химический состав; гидроксил; кристалл; структура порошок; дисперсност; оксиды кремния; алюминия; железа; щелочно-земельный; карбонат.

Keywords: chemical composition; hydroxyl; crystal; structure powder; dispersion; silicon oxides; aluminum; iron; alkaline-earth; carbonate.

Введение

На сегодняшний день ученые уделяют внимание изучению и применению бентонитовой глины для очистки воды благодаря ее экологической чистоте, дешевизне и удобству использования в качестве хорошего адсорбента для очистки воды [3, 2].

Особенность химико-минералогичекого состава и структуры бентонита, как природного алюмосиликата, открывает возможность его использования в качестве основного сырьевого материала для получения новых сорбирующих материалов с заданными свойствами. [5].

Бентониты, палыгорскиты и др. глины, с точки зрения их доступности, являются природными ресурсами при адсорбционной очистке сточных вод в уловиях Узбекистана, так как в республике имеются большое количество месторождений с их с промышленными запасами. Например, за последние годы в Узбекистане начато промышленное освоение Навбахорского месторождения глин в Навоийской области. Специфической особенностью глин данного месторождения в качестве адсорбентов заключается в том, что на месторождении одновременно добываются 3 вида глинистых минералов: щелочной бентонит; щелочноземельный бентонит; карбонатный палыгорскит [1, 4, 9, 10].

Бентонитовые глины Навбахорского месторождения расположен на южном склоне южно-Нуратинского хребта, в 35 км к северу от города Навои. Минералогический состав и кристаллическая структура бентонитовой глины определяют ее адсорбционные, вязкостные, гидродинамические и связующие свойства. Исходя из этого, бентонитовая глина широко применяется при очистке сточных вод. Это экологически чистая, недорогая и широко распространенная глина, состоящая в основном из минерала монтмориллонита. В нашей стране с целью создания и внедрения новых технологий производства адсорбентов для очистки промышленных сточных вод научными исследователями и учеными проводятся исследовательские работы по изучению и использованию бентонитовых глин [6–8, 10].

Целью настоящей работы является изучение химического и минералогического состава бентонита месторождения Навбахор Навоийской области Узбекистана, определение качества исследуемой бентонитовой глины и изучение возможностей ее использования.

Объекты и методы исследование. Объектом исследования выбраны бентониты Навбахорского месторождения. Изучение минералогических и адсорбционных свойств бентонитовой глины, являющейся природным сырьем, проводилось с использованием физико-химических и химических методов анализа. Химический состав бентонита анализировался на ED-XRF, остальные свойства изучались в соответствии с требованиями стандарта. Этот метод анализа используется для быстрого и высокоточного определения химических элементов в различных образцах (твердых, порошковых, жидких образцах).

Результаты и обсуждение

По результатам исследований установлено, что бентонитовая глина Навбахорского месторождения имеет маслянистый, блестящий, воскообразный вид, рН водного раствора составляет 6 – 8. Отбор проб бентонитовой глины на месторождении проводился на площади около 10 тыс. м2. В этом районе образцы также были взяты из мест образования оползней. Было отобрано около 50 кг проб, отражающих средний состав месторождения в различных пластах.

В лабораторных условиях бентонитовую глину измельчали в ступке и измельчали в порошок на лабораторной мельнице. Затем пропускали через сито размером 65 мкм. Затем просеянные образцы бентонита помещали в емкости.

В наших предыдущих исследованиях приведены результаты химического состава бентонита 3 месторождений, в том числе Навбахорского месторождения. Образцы были взяты с глубины 70 – 80 см, что является основным источником для получения образцов бентонитовой глины, поэтому возможны различия в минералогическом составе. Компоненты бентонитовой глины – оксиды кремния, алюминия и железа, в процентах от общей массы составляют: 54,52 – 68,87; 14,64–16,89 и 2,27–2,65. Бентонитовая глина отличается не только элементным составом и количеством соединений.

Бентонит Навбахорского месторождения представляет собой в основном щелочной и щелочноземельный бентонит, отличающийся содержанием оксида титана (IV), оксида магния, оксида натрия, оксида калия и других оксидов. Наиболее существенное различие в минералогическом составе наблюдается в сорбционных свойствах, где в карбонате наблюдается низкое содержание оксида алюминия, оксида кремния (IV), оксида магния и относительно высокое содержание оксида кальция (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав оксидов в бентонитах и палыгорскитах Навбахорского месторождения

Таблица 2. Степень дисперсности щелочных и щелочноземельных бентонитов и карбонатного палыгорскита месторождения Навбахор, а также удельная поверхность

Карбонатсодержащий палыгорскит Навбахорского месторождения содержит больше крупных фракций, чем щелочные и щелочноземельные бентониты (табл. 2).

Согласно результатам электронно-микроскопического исследования образца бентонитовой глины, он в основном состоит из частиц пластинчатой формы с плотной наноструктурой: в некоторых местах было обнаружено наличие нитевидных складчатых структур, образовавшихся в результате скручивания листовых частиц.

Рисунок 1. Элементный состав бентонита Навбахорского месторождения ED-XRF

В кристаллической решетке бентонитовой глины присутствуют свободные и химически связанные структурные ОН-группы, состояние которых было определено с помощью ИК-спектра. (рис-2)

Рисунок 2. ИК-спектры Навбахорского бентонита

Бентонит покрыт ОН-группами, которые оказывают сильное поляризационное действие на дипольные молекулы. Известно, что эти ОН-группы участвуют в образовании водородных связей как внутри молекул, так и между ними.

На рисунке показаны инфракрасные спектры образца, где зона отражения смеси между 669 см-1 Al- O, 794 см-1 растяжение Fe-O, 981 см-1 растяжение Si-OH, 1036 см-1 симметричное растяжение Si-O-Si, 1457 см-1 асимметричное растяжение Si-O-Si, 1507 см-1 растяжение Si=O, 1638 см-1 растяжение C-H, 2361-3567 см-1 растяжение O-H, связанное с симметричной и асимметричной вибрацией растяжения.

Заключение

В заключение можно сказать, что основным минералом в химическом составе образцов щелочных и щелочноземельных форм бентонитовых глин и палыгорскита Навбахорского месторождения является монтмориллонит. Минерал монтмориллонит играет важную роль в процессе адсорбции. Также бентонитовая глина содержит ионы кальция и магния, которые не участвуют в процессе адсорбции. Поэтому для использования бентонитовой глины в качестве адсорбента рекомендуется предварительное обогащение и модификация. Потому что в результате обогащения и модификации количество монтмориллонита увеличивается, а ионы кальция и магния замещаются ионами натрия, что повышает адсорбционные свойства.

Список литературы:

1. Бранден Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М., 2006. 377 с.
2. Джусуева М.С., Исматиллаев С.П., Осмонова С.С., Саркелов Ж.С. / Состав и физико-химические свойства бентонита бешкентского месторождения/ Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2021. № 7. С. 71⁠–⁠75.
3. Муфтуллаева М.Б., Реймов А.М., Сабиров Б.Т. /Химический состав бентонита каракалпакстана муйнакского месторождение/ Universum: технические науки. 2023. № 7⁠–⁠3 (112). С. 47⁠–⁠50.
4. Нан Яо, Чжун Лин Ван. Нан Яо, Чжун Лин Ван. Справочник по микроскопии для нанотехнологии. М., 2011. 711 с. М., 2011. – 711 с.
5. Патент Республики Казахстан 25235. Способ получения сорбента на основе бентонита в виде порошка/Жуков И.А., Жуков О.А., Айтказин Е.М., Векленко О.П. от 15.12.2011.
6. Сабиров Б.Т., Намазов Ш.С., Пулатов Х.Л., Таиров С.С., Мадатов Т.А., Пардаев С.Т. Комплексное исследование бентонитовых глин песпективных месторождений Узбекистана // Журнал: «Universum: технические науки”, Вып. 8 (77), август, Часть 3, Москва,. – 2020.
7. Сабиров Б.Т., Мухторова Н.Б., Алиев Б.А., Умиров У.Ф. Очистка сточных вод предприятий текстильной отрасли адсорбентами на основе бентонитовой глины. “Ўзбекистон минерал хом ашёларини қайта ишлашнинг юқори технологияларини яратиш ва фойдаланишнинг долзарб муаммолари” “Халқаро илмий-техникавий конференцияси Материаллари. ЎзР ФА Умумий ва ноорганик кимё институти, Тошкент, 16⁠–⁠17 ноябрь, 2023 й. 268⁠–⁠270 б.
8. Сабиров Б.Т., Мухторова Н.Б., Шарипова У.И., Шохакимова А.А., Умиров У.Ф., Пулатов Х.Л., Миралимова А.И. Исследование процесса сорбции ионов комплексных соединений хрома, цинка, никеля и кобальта, содержащихся в составе сточных вод бентонитовой глиной. Journal of Modern Educational Achievements (JMEA), 2023, Volume 12, р.228⁠–⁠238 [Электронный ресурс]. URL: https://scopusacademia.org/index.php/jmea/article/view/617/611. (дата обращения 22.07.2026)
9. Эльмурзаев М.Б., Межидов В.Х., Муртазаев С. -А.Ю. Особенности микроанализа химического состава наноструктурных многокомпонентных систем дисперсионноэнергетическим спектрометром (ДЭС) растрового электронного микроскопа // Материалы XI Междунар. науч.конф. «Химия твердого тела. Наноматериалы, нанотехнологии». Ставрополь, 2012. С. 307. – 2012. – С. 307⁠–⁠309.
10. Эминов А.М., Абдурахманова У.К., Сабиров Б.Т. Исследование состава и свойств бентонитовых глин // Вестник Гулистанского Государственного Университета, Гулистан. -2013. – 2013. – № 2.

References:

1. Branden D., Kaplan U. [Microstructure of Materials. Research and Control Methods. Moscow, 2006. 377 p.] (In Russian).
2. [Dzhusueva M.S., Ismatillaev S.P., Osmonova S.S., Sarkelov Zh.S.] . / Sostav i fiziko-khimicheskie svojstva bentonita beshkentskogo mestorozhdeniya/ Mezhdunarodnyj zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanij. 2021. № 7. S. 71⁠–⁠75 (In Russian).
3. Muftullaeva M.B., Rejmov A.M., Sabirov B.T. /Khimicheskij sostav bentonita karakalpakstana mujnakskogo mestorozhdenie/ Universum: tekhnicheskie nauki. 2023. № 7⁠–⁠3 (112). S. 47⁠–⁠50 (In Russian).
4. Nan Yao, Chzhun Lin Van. [Nan Yao, Zhong Lin Wang. Handbook of Microscopy for Nanotechnology. Moscow, 2011. 711 p. Moscow, 2011] . – 711 s (In Russian).
5. Patent Respubliki Kazakhstan 25235. [Method for Obtaining a Sorbent Based on Bentonite in Powder Form / Zhukov I.A., Zhukov O.A., Aitkazin E.M., Veklenko O.P. from 15.12.2011] (In Russian).
6. Sabirov B.T., Namazov Sh.S., Pulatov Kh.L., Tairov S.S., Madatov T.A., Pardaev S.T. [Comprehensive Investigation of Bentonitic Clays from Promising Deposits of Uzbekistan] // Zhurnal: «Universum: tekhnicheskie nauki”, Vyp. 8 (77), avgust, Chast' 3, Moskva,. – 2020 (In Russian).
7. Sabirov B.T., Mukhtorova N.B., Aliev B.A., Umirov U.F. Ochistka stochnykh vod predpriyatij tekstil'noj otrasli adsorbentami na osnove bentonitovoj gliny. “Ўzbekiston mineral khom ashyolarini қajta ishlashning yuқori tekhnologiyalarini yaratish va fojdalanishning dolzarb muammolari” “Khalқaro ilmij-tekhnikavij konferentsiyasi Materiallari. ЎzR FA Umumij va noorganik kimyo instituti, Toshkent, 16⁠–⁠17 noyabr', 2023 j. 268⁠–⁠270 b (In Russian).
8. Sabirov B.T., Mukhtorova N.B., Sharipova U.I., Shokhakimova A.A., Umirov U.F., Pulatov Kh.L., Miralimova A.I. [Investigation of the Sorption Process of Complex Compound Ions of Chromium, Zinc, Nickel, and Cobalt Contained in Wastewater by Bentonitic Clay. Journal of Modern Educational Achievements (JMEA), 2023, Volume 12, p.228⁠–⁠238] [Elektronnyj resurs]. URL: https://scopusacademia.org/index.php/jmea/article/view/617/611. (data obrashcheniya 22.07.2026) (In Russian).
9. El'murzaev M.B., Mezhidov V.Kh., Murtazaev S. -A.Yu. [Features of Microanalysis of Chemical Composition of Nanostructured Multicomponent Systems using a Dispersive-Energy Spectrometer (DES) of a Scanning Electron Microscope] // Materialy XI Mezhdunar. nauch.konf. «Khimiya tverdogo tela. Nanomaterialy, nanotekhnologii». Stavropol', 2012. S. 307. – 2012. – S. 307⁠–⁠309 (In Russian).
10. Eminov A.M., Abdurakhmanova U.K., Sabirov B.T. [Investigation of Composition and Properties of Bentonitic Clays] // Vestnik Gulistanskogo Gosudarstvennogo Universiteta, Gulistan. -2013. – 2013. – № 2 (In Russian).