Модификация регионального алюмосиликатного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модификация регионального алюмосиликатного сырья

Полянский Михаил Михайлович1, Фомина Наталья Николаевна2

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»1, Россия, Саратов, аспирант

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»2, Россия, Саратов, доцент кафедры «Строительные материалы и технологии»

Аннотация

В работе представлен анализ исследований, нацеленных на активизацию глинистых пород с целью повышения их физико-химической активности как наполнителей композиционных материалов. Показаны положительные примеры кислотной и органомодификации слоистых алюмосиликатов.

Ключевые слова: глинистые породы, слоистые алюмосиликаты, органомодификация, кислотная модификация

Abstract

the paper presents an analysis of studies aimed at the activation of clay rocks in order to increase their physical and chemical activity as fillers of composite materials. Positive examples of acid and organomodification of layered aluminosilicates are shown.

Keywords: clay rocks, layered aluminosilicates, organomodification, acid modification

Глинистые породы повсеместно распространены и доступны, и поэтому традиционно используются в производстве строительных материалов. Основными потребителями глинистых пород для строительных целей в Саратовской области являются цементные заводы (ООО "Холсим (Рус)", АО «ХайдельбергЦемент Волга»), а также заводы по производству керамического кирпича (Волжский кирпичный завод «Бородаевский кирпич», Завод керамического кирпича «Римкер», АО «Энегльский кирпичный завод»).

Глинистая порода - это многокомпонентная система, характеризуемая химико-минералогическим и дисперсным составом, структурными параметрами на различных масштабных уровнях, а также технологическими свойствами применительно к области использования глинистой композиции. Наноразмерность слоистых алюмосиликатных частиц глинистых минералов определяет эффективность использования глинистых пород в качестве наполнителей и модифицирующих добавок в составах современных композиционных материалов.

В представленной работе проанализированы современные исследования, нацеленные на получение частиц наноразмерного уровня модифицированием глинистых пород.

Структура основного породообразующего минерала монтмориллонитовых глин представлена слоями кремнийкислородных тетраэдров, между которыми располагаются алюминийкислородные октаэдры. Частичное замещение ионов алюминия ионами магния и железа приводит к возникновению структурно отрицательного заряда, который компенсируется межслоевыми обменными катионами (как правило, кальция и натрия).

Одним из вариантов повышения степени дисперсности и физико-химической активности глинистых пород является кислотная модификация, которая достаточно широко применяется в технологии получения сорбентов. Универсальных условий кислотной обработки не существует, и параметры обработки необходимо устанавливать в зависимости от вида и концентрации кислот, температуры и длительности процесса модифицирования, состава глинистой породы. На начальном этапе кислотной активации обменные катионы замещаются на ионы водорода. Далее может наблюдаться вымывание структурных катионов, в первую очередь магния, а затем железа и алюминия [3, 8].

В литературе имеется информация о применении для модификации глин соляной, серной, фосфорной, щавелевой кислот. При этом используются растворы различной концентрации.

Так, в работе [9] с целью увеличения удельной поверхности бентонитовых глин предложена обработка растворами серной кислоты, установлены оптимальные технологические параметры обработки для глин различных месторождений. Показано, что зависимости изменения удельной поверхности глин от технологических параметров кислотной обработки (время, температура, продолжительность) нелинейны. Ужесточение обработки (увеличение концентрации кислоты, продолжительности и температуры процесса модифицирования) может приводить как к увеличению, так и к снижению удельной поверхности обрабатываемых глин, а также к неоднозначным изменениям в характере пористой структуры. Авторами также исследована возможность модификации глин ортофосфорной кислотой, и показано вымывание ионов железа алюминия из глины в процессе модификации.

Авторами [8] установлены химический состав и морфология глинистых частиц после кислотной модификации растворами соляной кислоты (0,1М и 1,8М). Показано существенное снижение концентрации вплоть до полного удаления обменных катионов (кальция, натрия, магния) из межслоевого пространства, с сохранением неизменной концентрации основных структурных ионов (кремния, алюминия) монтмориллонита. Процесс сопровождается разделением плотноупакованных слоев монтмориллонита на отдельные пластинки.

Структурной особенностью монтмориллонита является расширяющаяся кристаллическая решетка, что позволяет реализовать органомодификацию этого минерала. Получение органомодифицированных алюмосиликатных наполнителей позволяет внедрять матричное вещество (чаще, полимеры) в межслоевое пространство глинистых частиц, с активизацией адгезионного взаимодействия полученного таким образом наполнителя с матрицей.

Так, в работе [2] предложен способ модифицирования глин (монтмориллонита, вермикулита и др.), четвертичной аммониевой солью с алифатическими цепями различной длины и структуры. В [1] исследованы органомодифицированный Na+-монтмориллонит, а также промышленные ограноглины - Бентонит-128 и Бентонит-160. Автор отмечает, что существует пороговая концентрация, при которой органомодифицированный слоистый силикат способен распределиться на наноразмерном уровне в матричном полимере, образуя нанокомпозит эксфолиированной структуры. В работе [5] в качестве органоглины используется монтмориллонит, очищенный от балластных веществ и модифицированный органомодификатором «КАТАПАВ». В разработке [6] показан органомодифицированный минеральный компонент - монтмориллонит или галлуазит, где качестве органомодификаторов предложены гуанидинсодержащие соли - акрилат и метакрилат гуанидина, акрилат и метакрилат аминогуанидина. Предложен способ получения органоглины [7] модификацией монтмориллонита в водной суспензии азотсодержащими солями, что позволяет упростить технологию и улучшить эксплуатационные качества органоглины, как наполнителя композиционных материалов. Авторы отмечают эффективность модификации слоистых силикатов путем замещения неорганических катионов внутри прослоек глины аммоний- и фосфоний-ионами, с увеличением пространства между слоями алюмосиликатов, уменьшением поверхностной энергии глин их поверхностной гидрофобизацией. В работе [4] исследован органомодифицированный монтмориллонит и установлено, что межпластовое расстояние монтмориллонита увеличивается ступенчато с увеличением количества присоединенных додецилтриметиламмоний-ионов органомодификатора.

Приведенная обзорная информация указывает на перспективность как кислотной, так и органомодификации глинистых пород с целью активизации их как компонентов композиционных строительных материалов, в обязательным технико-экономическим обоснованием процесса модифицирования. Предпочтение следует отдавать, по возможности, разбавленным растворам кислот или доступным органомодификаторам, сравнительно невысоким температурам и времени активации. Интересным и перспективным направлением, на наш взгляд, является использование в качестве модификаторов глинистых пород других компонентов композиций, например, кислотных примесей, присутствующих в гипсосодержащих отходах промышленности, при получении композиционных гипсовых изделий.

алюмосиликат глинистый наполнитель композиционный

Библиографический список

1. Аид Алла, И.А. Структура и свойства слоистосиликатных нанокомпозитов на основе полиэтилентерефталата. Автореф. дисс. … к.х.н. - М. - 2006. - 20 с.

2. Антипов, Е.М. Способ получения эксфолиированного нанокомпозита / Е.М. Антипов, В.А. Герасин, М.А. Гусева // Патент РФ №2443728 от 24.05.2010.

3. Иващенко Ю.Г. Роль цинкосодержащих модифицирующих добавок в формировании структуры силикатнатриевых композиционных материалов / Ю.Г. Иващенко, И.Л. Павлова, М.П. Кочергина // Инженерный вестник Дона. 2015. № 2-2 (36). С. 89.

4. Леднев, О.Б. Слоистосиликатные нанокомпозиты на основе полибутилентерефталата. Автореф. дисс. … к.х.н. - М. - 2006. - 20 с.

5. Микитаев, А.К. Композиционный материал / А.К. Микитаев, М.Х. Лигидов, С.Ю. Хаширова, А.Т. Цурова // Патент РФ №2580742 от 25.02.2014.

6. Микитаев, А.К. Композиционный полимерный материал / А.К. Микитаев, С.Ю. Хаширова, А.А. Жанситов, И.В. Мусов, А.Л. Слонов // Патент РФ №2598940 от 10.12.2014.

7. Микитаев, А.К. Способ получения органоглины / А.К. Микитаев, С.Ю. Хаширова, Ю.А. Малкандуев, М.А. Микитаев // Патент РФ №2380316 от 13.10.2008.

8. Мосталыгина, Л.В. Кислотная активация бентонитовой глины / Л.В. Мосталыгина, Е.А. Чернова, О.И. Бухтояров // Вестник ЮУрГУ. - 2012. - № 24. - С. 57-61.

9. Панкина, Г.В. Оптимизация кислотной обработки бентонитовых глин отечественных месторождений / Г.В. Панкина, П.А. Чернавский, Е.С. Локтева, В.В. Лунин // Вестник Московского университета. - Серия 2. - Химия. - 2010. - Т. 51. - №2. - С. 75-80.

Размещено на Allbest.ru