Бентонитовая глина, её физикохимическая характеристика и применение

Название	Бентонитовая глина, её физикохимическая характеристика и применение
Дата	13.04.2023
Размер	118.68 Kb.
Формат файла
Имя файла	Maxkamova1 (1).docx
Тип	Документы #1058542

№ 6 (63)

июнь, 2019 г.

БЕНТОНИТОВАЯ ГЛИНА, ЕЁ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕНЕНИЕ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

BENTONITE CLAY, ITS PHYSICO-CHEMICAL CHARACTERISTICS AND APPLICATION IN THE NATIONAL ECONOMY

АННОТАЦИЯ

В статье представлены сведения о бентонитовой глине, ее типах и месторождениях. Исследованы физико- химические показатели бентонитовой глины, а также ее использование в народном хозяйстве.

ABSTRACT

The article presents information about bentonite clay, types and its deposits. The physicochemical parameters of bentonite clay, as well as its use in the national economy, were investigated.
Ключевые слова: бентонитовая глина, виды, физико-химические показатели, месторождения, народное хо- зяйство, применение, тонкодисперсная глина.

Keywords: bentonite clay, types, physical and chemical indicators, deposits, national economy, use, fine clay.
Название бентонитовых глих получили от порта Бентон, расположенного в штате Вайоминг (США), где первая промышленная добыча их была начата в конце XIX века. В последующем периоде ин- терес к бентонитовым глинам значительно возрос, и их месторождения были обнаружены почти на всех континентах нашей планеты.

Бентонитовыми глинами (бентонитами) принято называть тонкодисперсные глины, состоящие не ме- нее чем на 60-70 % из минералов группы монтмориллонита, обладающие высокой связующей способно- стью, адсорбционной и каталитической активностью. В качестве примесей в бентонитах встречаются сме- шанно-слойные минералы, гидрослюда, полыгорскит, цеолиты, каолинит и др.

Бентонит представляет собой сложный минерал, состав которого определяется содержанием в глине монтмориллонита, имеющего формулу ^Si8^Al4^O20^(ОН)4 ^{× nH}2^{O, где}^{кремний может}^заме-щаться различными катионами (алюминием, железом, цинком, магнием, кальцием, натрием, калием и др.).

Монтмориллонит обладает слоистой кристалличе- ской структурой, высокой дисперсностью и ярко выраженной способностью к адсорбции, обмену катионов и гидрофильностью. Его кристаллическая структура (трехслойный пакет) характеризуется способностью к изоморфным замещениям в преде- лах кристаллической решетки в октаэдрическом слое: Аl³⁺→Mg²⁺→Fe²⁺→ Zn²⁺→Li⁺. Промежутки между слоями элементных пакетов и межпакетные промежутки структуры монтмориллонита рассмат- риваются как пластинчатые микропоры. По особен- ностям пористой структуры монтмориллонит отно- сится к слоистым силикатам с расширяющейся структурной ячейкой. Следовательно, величина межпакетного расстояния, промежутки между сло- ями элементных пакетов не постоянны и меняются в зависимости от количества и вида поглощаемого ве- щества. Это обусловливает способность монт-мо- риллонитовых глин к набуханию.

Различаются два вида бентонитовых глин − кальциевые и натриевые, имеющие сложную струк- туру, причем для обоих видов она различна. Типич- ные кальциевые бентониты обладают большими значениями порового пространства по сравнению с натриевыми образцами, поэтому для последних, ха- рактерна менее выраженная способность к набуха- нию, а сам процесс замедлен. Значит, максимальная влага набухания у естественных бентонитов, содер- жащих преимущественно двухвалентные ионы в об- менном комплексе, всегда больше, чем у натриевых природных образцов, что хорошо согласуется с дан- ными по гидрофильности катионозамещенных бен- тонитов. Кроме того, если бентониты содержат больше двухвалентных обменных катионов Са²⁺, Mg²⁺, они имеют большее количество активных цен- тров на поверхности частиц, по которым осуществ- ляется водородная связь дисперсной фазы с дис- персной средой. Если же в составе обменных катио- нов преобладают одновалентные металлы, главным образом Na-ионы, то у них проявляется в меньшей степени сорбционная активность поверхности. В связи с этим природные кальциевые бентониты яв- ляются лучшими сорбентами по сравнению натрие- выми, и отличаются малой каталитической активно- стью и термической устойчивостью.

Основные мировые запасы бентонита приходится на Китай, около 15% − на США, 7% − на Турцию. К числу других стран обладающих запасами бенто- нита относятся Греция, Россия, Франция, Индия, Турция, Азербайджан, Грузия, Армения. Боль- шинство месторождений во всех странах содержат щелочноземельные бентониты, в то время как вы- сококачественные щелочные бентониты имеют ограниченное распространение и сосредоточены в месторождениях вулканогенно-осадочного и гидро- термально-метасоматического геолого-промышлен- ного типов.

В Российской Федерации открыто ряд место- рождений щелочно-земельных бентонитовых глин: Любинское в Западной Сибири, Подсиньское в Восточной Сибири; Зырянское в Курганской области и др. Все они формировались в озерных пресноводных водоемах, в восстановительной слабощелочной или нейтральной среде с рН 7-8. Бентониты этих месторождений характеризуются относительно невысоким качеством, пониженным содержанием монтмориллонита (в среднем 60–70%), относительно большей примесью песчано- алевритового материала, чем в бентонитах морского подтипа. К тому же они иногда отличаются повы- шенной известковистостью.

На территории Узбекистана геологами обнару- жены более 200 проявлений бентонитовых и бенто- нитоподобных глин, разведочные запасы которых по предварительным данным, составляют ориенти- ровочно более 2 млрд. тонн. Массовое формирова- ние глинистых образований высокого качества про- исходило в юрской, меловой и палеогеновой пери- оды. На сегодняшний день из них в промышленном масштабе разрабатываются только месторождения Навбахор, Азкамар, Каттакурган, Лагон и Шорсу. Общее количество добываемых и перерабатывае- мых бентонитовых глин из этих месторождений со- ставляют пока всего 30-40 тыс. т в год.

В настоящее время монтмориллонитовые глины используются в основном в качестве связующего и сорбирующего материала. Как связующий материал они применяются для приготовления литейных форм, изготовления окатышей (шариков диаметром 15-17 мм) из обогащенных железных и других руд (глина играет роль связующего материала и осуши- теля), производства керамических изделий (связую- щее вещество керамической шихты); добавка монт- мориллонита позволяет также снизить содержание железа в фарфоре и повысить его качество. В инсек- тофунгицидах монтмориллонитовая глина играет роль наполнителя и клеящего вещества, закрепляя ядохимикаты на поверхности растений. Способ- ность Na-монтмориллонитовых глин давать густую суспензию используется для приготовления буро- вых растворов, наполнения пластмасс, резин, бу- маги, красок и других изделий, приготовления раз- личных медицинских препаратов. Высокая сорбци- онная способность Самонт-мориллонитовых глин используется при изготовлении катализаторов для крекинга нефти, для очистки нефтяных, раститель- ных и животных масел, сточных вод, очистки («оклейки») сахарных сиропов и вин, получения высо- кокачественной фотографической желатины, при изготовлении различных моющих паст.

Кроме этих свойств бентониты обладают та- кими качествами как гидрофильность, ионообмен- ная способность, поверхностная активность, поло- жительно влияющая на усвоение питательных ве- ществ корма в организме животного. Исследования на животных показали, что бентонит уменьшает напряжение на фазовой границе жир – вода и, по- добно желчным кислотам, улучшает всасывание жирных кислот и жирорастворимых веществ. В же- лудочно-кишечном тракте животных, бентонит ад- сорбирует воду и пищеварительные соки, при этом увеличивается поверхность, на которую воздей- ствуют бактерии, что усиливает использование пи- тательных веществ корма. Благодаря всем этим свойствам, в последние годы в странах Европы стали широко использовать бентонитовые глины в рационах сельскохозяйственных животных как ис- точник макро- и микроэлементов, а также для повы- шения переваримости питательных веществ корма, амидо-концентратных добавок для связывания азота мочевины.

Накоплен большой опыт применения бентонитов в сельском хозяйстве. За рубежом бентониты и пре- параты из них используют в земледелии: как напол- нители пестицидов для борьбы с вредителями сель- хозрастений; добавки в песчаные и другие малопло- дородные почвы для улучшения их агрохимических свойств; разбавители и аккумуляторы минеральных удобрений – для уменьшения их вредного воздей- ствия на почвенные биоценозы, для предупрежде- ния вымывания удобрений из почвы и, как след- ствие этого, предупреждения заражения грунтовых вод минеральными солями; при производстве жид- ких комплексных удобрений в качестве суспендиру- ющих и стабилизирующих средств.

Применение бентонита повышает устойчивость растений к грибковым и вирусным заболеваниям, снижает поражаемость хлопчатника вилтом, повы- шает урожайность овощных культур, картофеля, сахарной свеклы, пшеницы, хлопчатника. При этом следует отметить, что наибольший эффект от внесе- ния бентонитовых глин проявляется при занижен- ных нормах традиционных минеральных удобрений (до 0,5 от нормы, рекомендованной для данной культуры).

С помощью бентонита выявлена возможность получения неслёживающегося карбамида. Известен опыт использования щелочноземельных бентонитов Татарии вместе с органическими и минеральными удобрениями для повышения плодородия дерново- подзолистой почвы. Благодаря бентониту урожай- ность картофеля повысилось в полтора раза.

Известно несколько работ и по использованию бентонита для улучшения качества аммиачной се- литры, главным образом для устранения её слежива- емости. Так, с целью получения аммиачной се- литры, пригодной для бестарных перевозок и хране- ния насыпью, авторским свидетельством запатенто- ван способ получения гранулированной аммиачной селитры, по которому в смеситель с вращающейся мешалкой перед грануляцией одновременно подают плав аммиачной селитры с температурой 172С и предварительно высушенный до влагосодержания 1,5% бентонит с тониной помола 40 мкм. Бентонит вводят из расчета его содержания в готовом про- дукте 2 вес. %. Гранулы аммиачной селитры, охла- жденные до температуры 45С, обрабатывают водным 40 %-ным раствором диспергатора НФ, предвари- тельно подогретым до температуры 65С, во враща- ющемся барабане в количестве 0,03 вес. % (в пере- счете на сухое вещество). После нанесения плёнки поверхностно-активного вещества гранулы опудри- вают вермикулитом в количестве 1 вес. %.

Недостатками данного способа являются: мно- гостадийность (смешение, гранулирование, опрыс- кивание, опудривание), осыпание вермикулита с поверхности гранул при хранении и транспорти- ровке, низкая прочность гранул (2,25 МПа), склон- ность селитры к термическому распаду.

В работе исследовалось влияние добавки бенто- нита на прочность гранул и слёживаемость аммиач- ной селитры. В качестве добавки были использо- ваны бентонитовые порошки, полученные из бенто- нитовых глин различных месторождений: Гумбрин- ского и Асканского (Грузия), Казахского и Азкамар- ского (Узбекистан), Черкасского и Криворожского (Украина). Глину измельчали в шаровой мельнице, растирали в фарфоровой ступке, сушили при темпе- ратуре 100-110С и просеивали через сито. Готовая добавка имела частицы размером менее 40 мк и влажность 1-2%. Селитру расплавляли в реакторе, затем при температуре 170-175С и постоянном пе- ремешивании вводили в плав бентонитовый поро- шок. Суспензию гранулировали методом приллиро- вания. Гранулы охлаждали. Были получены образцы гранулированной аммиачной селитры с добавками 0,5-3,0% различных бентонитов.

Установлено, что добавка бентонита в количе- стве 1-3% позволяет заметно повысить прочность гра- нул аммиачной селитры и устойчивость к модифи- кационным превращениям III⮀IV, а также умень- шить слёживаемость. Скорость влагопоглощения в присутствии бентонита практически не изменяется. Наиболее эффективной добавкой был признан бен-

тонит Черкасского месторождения. Если прочность гранул селитры без добавки составляла 0,54 МПа, с 0,3 %-ной добавкой этого бентонита – 0,97 МПа, то с 3-х %-ной добавкой – 2,2 МПа. Слеживаемость се- литры без добавки была 5,6 кг/см², а с 3-х %-ной до- бавкой – 2,53 кг/см². При 20 переходах модифика-

ций селитры III⮀IV гранулы селитры без добавки

полностью разрушались, а при 100 переходах гра- нулы селитры с 3-х %-ной добавкой разрушались только на 20%.

Полученные данные дают основание считать бентонитовую добавку весьма перспективной для получения селитры, пригодной для бестарной пере- возки и хранения, а также менее взрывоопасной.

Cписок литературы:

Аммиачная селитра: свойства, производство, применение/ А.К.Чернышев, Б.В.Левин, А.В.Туголуков, А.А.Огарков, В.А.Ильин – М.: ЗАО «ИНФОХИМ», 2009. – 544 с.
Пак В.В., Пирманов Н.Н., Намазов Ш.С., Реймов А.М., Беглов Б.М. Азотносерные удобрения на основе плава аммиачной селитры и фосфогипса // Химия и химическая технология. – 2011, № 2, с. 21–24.
Пак В.В., Пирманов Н.Н., Намазов Ш.С., Реймов А.М., Беглов Б.М., Сейтназаров А.Р. Азотносерные удоб- рения на основе плава нитрата аммония и природного гипса // Химическая технология. Контроль и управле- ние. – 2012, № 3, с. 5–8.
Обзор мирового производства бентонита // Евразийский химический рынок – международный деловой журнал. – Москва, 2006. – № 12. – 46 с.
Обзор рынка бентонитовых глин в СНГ Текст: сб. статей. – Москва, 2006, 76 с.
Булатов А.П., Лушников Н.А., Кармацких Ю.А. Использование бентонита Зырянского месторождения в жи- вотноводстве (Рекомендации). ФГОУВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С.Мальцева», – 2010. –54 с.