Методы и условия проведения активации полиминеральных глин Нуратинского месторождения

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены методы и условия проведения активации природных минеральных сорбентов Нуратинского месторождения Республики Узбекистан. Основной целью данной работы является изучение закономерности изменения параметров пористой структуры и концентрации кислотно основных центров поверхности глинистых сорбентов при их комбинированной активации.

ABSTRACT

The article discusses the methods and conditions for the activation of natural mineral sorbents of the Nurata field of the Republic of Uzbekistan. The main goal of this work is to study the laws of changes in the parameters of the porous structure and the concentration of acid-base centers of the surface of clay sorbents during their combined activation.

Ключевые слова: сорбент, глины, цеолит, активация, адсорбент, каолинит, бентонит.

Keywords: sorbent, clay, zeolite, activation, adsorbent, kaolinite, bentonite.

Природные минеральные сорбенты–ПМС, к которым относятся бентонитовые, опоковидные, палыгорскитовые и др. глины, диатомеи, опоки, цеолиты и цеолитсодержащие породы обладающие разви­той удельной поверхностью и способностью поглощать ве­щества из окружающей их среды. Интерес к ПМС обусловливается возможностью их использовать как адсорбенты при разделении смесей, очистке газов, и как сырье при приготовлении буровых рас­творов, а также в качестве наполнителей при производстве поли­мерных композиционных материалов [1].

Качество адсорбентов, область и эффективность их применения определяется главным обратом пористостью и химической при­родой частиц их дисперсии. Регулирование размеров пор и природы, и концентрации активных центров природных минеральных сорбентов осуществляется методами активации – модификации (термо, - гидро - термальная обработке), химическими (обработка растворами кислот, оснований и солей, поверхностно активных веществ - ПАВ, полиэлектролитов - ПЭ) и комбинированными (обработка термокислотная, кислотно-щелочнотермическая и т.д.).

Полиминеральные глины Нуратинского месторождения залегают среди угленосных отложений и добываются попутно при разработке углей открытым способом. Мощность полезной толщи в среднем 40 м.; общие запасы для участков, на которых породу можно добывать открытым способом, составляет более 1,5 млрд. т.

Основным компонентом полиминеральной глины Нуратинского месторождения является глинистый минерал каолинит. В качестве примеси присутствует кварцевый песок, органические вещества и железо в виде окислов. На месторождении глины имеют серовато-зеленую, серую, белую, светло-зеленую окраску. (Интерес к ним обусловливается возможностью их использования как адсорбентов при разделении смесей и очистка вещества, как наполнителей при производстве полимерных композиционных материалов и носителей при приготовлении нанесенных катализаторов. Это повтор). К ПМС предъявляется самые разнообразные требования, основные из которых – высокая адсорбция, избирательность по отношению к компонентам смесей, достаточная прочность гранул, легко подвергается обработке – диспергации, активации и прочее [2].

Методы и условия проведения активации рассмотрены ниже.

Образцы размельчались, просеивались через сыто 0,25 мм и служили сырьем для проведении активации.

а) Термическую активацию образцов проводили нагреванием их в муфельной печи при 1023 К в течение 4 ч. Высушенные образцы хранились в эксикаторе с хлоридом кальция. Выбор этой температуры обусловлен тем, что она является той температурой, выше которой происходит метакаолинизация каолина и разрушение структуры монтмориллонита.

б) Термообработанные образцы глины подвергались кислотной активации. Предварительно измельченные до порошкообразного состояния образцы глин подвергались обработке 20 % - ным раствором соляной кислоты  HСl в колбе, снабженной водяным холодильником и электромешалкой, при постоянном перемешивании на водяной бане. Температура активации 373 К, время активации – 4 ч. Расход кислоты на 100 гр. составлял 300 мл.

Затем реакционная смесь охлаждалась и в неё добавлялась дистиллированная вода для разбавления и фильтровалась через бумажный фильтр на воронке Бюхнера. Вакуум создавался водоструйным насосом. Оставшейся на воронке осадок промывался дистиллированной водой до отрицательной реакции на ион хлоре.

в) Термощелочную  активацию проводили по следующему методу: предварительно измельченные до порошкообразного состояния термоактивированные образцы активировались 20 % -ным раствором едкого натра NaOH при температуре 373 К в течение 6 ч. Расход раствора щелочи на 100 гр. глины составлял 300 мл. Реакционная смесь после реакции и охлаждения разбавлялась дистиллированной водой, а затем фильтровалась на воронке Бюхнера. Оставшийся на фильтре осадок промывался дистиллированной водой до нейтральной реакции.

г) Термокислотно-щелочная активация проводилось с нуратинским бентонитом. После термокислотной активации нуратинского бетонита реакционную смесь охлаждали, промывали от ионов и фильтровали. На фильтре оставался нерастворимый в кислоте остаток, который сушился до воздушно-сухого состояние и взвешивался (выход остатка 51,2 г. из 100 г. бетонита) и обрабатывался 20%-ным раствором едкого натра. Активацию проводили при температуры 373 К в течение 6 ч. до растворения кремнезема. Смесь охлаждали, добавляли ранее полученный кислотный экстракт и затем фильтровали. На фильтре оставался осадок термокислотно-щелочного активированного бентонита, который промывался дистиллированной водой.

д) Бентонит термокислотно-щелочной активации и пептизированный HCl получили путем добавления в порошкообразный адсорбент термокислотно-щелочной активации, небольшими порциями 20 % - ной соляной кислоты до образования пластичной тестообразной массы, формовали и резали на таблетки, которые  затем  высушивали в муфельной печи при 773 К в течении 4 ч.

Схема 1. Процесс термокислотно-щелочной активации нуратинского бентонита

Схема 2. Процесс термощелочно-кислотной активации нуратинского каолина

е) Термошелочно-кислотная активация проводилась с нуратинским каолином. Предварительно измельченный до порошкообразного состояния каолин активировался 20% -ным раствором едкого натра NaOH. Полученный щелочной экстракт разбавлялся 2-х кратно по объему дистиллированной водой и с помощью 5 % -ного раствора HCl подвергался нейтрализации. Полученный нейтральный раствор (рН = 6,5 -7,0) фильтровался на воронке Бюхнера, а осадок, после промывания дистиллированной водой, высушивался при комнатной температуре.

ж) Адсорбент из продуктов термошелочной активации каолина и термокислотной активации бентонита: а) предварительно измельченный термоактивированный  каолин активировался 20 % -ным раствором  NaOH в течении 6 ч. при температуре 373 К. Получился раствор термощелочно-активированного каолина; б) предварительно измельченный термоактивированный бетонит активировался 20 % - ным раствором HCl в течение 4 ч. при температуре 373 К. Получился раствор термокислотно-активированного бентонита; в) полученные растворы термощелочно-активированного каолина и термокислотно-активированного бентонита охлаждались, а затем сливались для совместной нейтрализации (среда реакционной смеси 7,5), после чего фильтровались. Оставшейся на фильтре осадок сушился при комнатной температуре [3].

Схема 3. Процесс термощелочной активации каолина итермокислотной активации бентонита и их совместной нейтрализации

Таблица 1.

Нумерация образцов, условия получения и выход при этом

Все полученные образцы хранились в стеклянной посуде с притертой пробкой. Перед каждым исследованием образцы размельчались и просеивались через сито размером 0,25 мм. Высушивались при заданной температуре (для адсорбционных исследований при  150 ºС в течение 4 ч., при остаточном давлении ~ 1·10 ˉ ³ Па).

Таким образом было выяснено, что поверхность ПМС полифункциональна, концентрация тех или иных видов активных центров определяется видом минерала, совершенством его кристаллической структуры.  Исследование изменения кислотно-основных свойств природных глинистых сорбентов в процессе их активации были определены, как с целью установления закономерности изменения химической природы поверхности в процессе активации, так и с целью определения условий получения адсорбентов с заданными свойствами.

Список литературы:
1. Ахмедова О.Б., Султонов Г. Очистка вторичных нефтепродуктов сорбентами на основе азкамарского бентонита. Научный сборник. Бухара. 149-150 с.
2. Жумаев З.И., Диниева Д.Н., Савриев Ш.Ш. Очистка вторичных нефтепродуктов с использованием активированных сорбентов на основе бентонита. Конференция, актуальные проблемы развития химической науки, технологии и образования в республике Каракалпакстан. Сборник материалов. Нукус, 2011. С.158-159.
3. Мавлонов Б.А., Курбанбоева Т.К., Шарипов Ж.О. Определение динамичной активности активированных природных бентонитов при очистке нефтепродуктов. Научный сборник. Бухара. 148-149 с.