ПРОВОДИМОСТЬ ВОДНЫХ СУСПЕНЗИЙ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ

Ключевые слова: бентонит, суспензия, удельная электропроводность, концентрация, химический состав, температура.

Природа набухания глин еще недостаточ- но изучена. Однако ясно, что кристаллическая структура, кристаллохимия поверхности и об- условленная ими гидрофильность глинистых минералов в значительной степени определя- ют характер их набухания [35].

Для бентонита месторождения Катаяма и Серноводского месторождения Чеченской Республики проведены отбор образцов, их очистка в процессе отмучивания. Природный бентонит может содержать примеси в виде пе- ска, гипса и других тяжелых частиц. Поэтому очищение глины от примесей, которые снижа- ют её качество, проводят следующим образом. К одному килограмму глины добавляли десять литров воды и отстаивали в течение суток, периодически перемешивая. При этом происхо- дило измельчение и осаждение песка и других тяжелых частиц. Далее водная суспензия про- пускалась через сито 80 мкм и отстаивалась в течение нескольких часов. Далее удаляли воду, а осадок разливали по лоткам и сушили в су- шильном шкафу более трех часов при темпе- ратуре не ниже 1200С. Из полученных таким способом пластин бентонита готовились во- дные суспензии.

Целью настоящей работы было исследо- вание удельной электропроводности водных суспензий бентонитов месторождений Чечен- ской Республики. Для сравнения были также исследованы суспензии бентонитов Герпегеж- ского месторождения Нальчикита (Кабарди- ноБалкария).

Набухаемость бентонита оценивалась по результатам определения удельной электри- ческой проводимости (УЭП), мкСм/см и об- щей минерализации (ОМ), мг/л в пересчете на хлорид натрия. Исследования проводились на анализаторе АНИОН 4110. Результаты из- мерений приводились при температуре 296 К (погрешность 0,5 °С). Пределы допускаемой

Рис. 1. Зависимость удельной электропроводности дистиллированной воды и суспензий бентонита 0,5% и 1% концентраций от времени перемешивания

абсолютной погрешности измерений удельной электрической проводимости 2 %. В опытах использовали пропеллерную мешалку (трехло- пастная) типа ММ1000 Overhead Stirrer Mixer. На рис. 1 показана зависимость измене- ния удельной электропроводности для дист. воды и водных суспензий бентонита место- рождения Катаяма различных концентраций при температуре 296К. Электропроводность растет с увеличением дисперсной фазы. Так, 1 % суспензия более чем на 30 % выше, чем 0,5 %, т. е. чем выше концентрация, тем выше электропроводность. Связано это с минерали- зацией суспензии, а вот время перемешивания практически не влияет на электропроводность данных систем. На рис. 2 видно, что с ростом температуры на каждые 10⁰ электропроводность суспензии

Рис. 2. Зависимость удельной электропроводности 0,5% суспензии бентонита от температуры (230С, 300С, 400С).

CaCO₃+2HCl = CaCl₂+CO₂+H₂O

Формула

увеличивается на 2530 %. Это можно объяс- нить уменьшением вязкости среды и повыше- нием подвижности ионов. На рис. 3 представлены значения УЭП пяти образцов месторождений: Катаямовско- го, Серноводского № 1, № 2, № 3, Нальчикита, а на таблице 1 потенциометрические измерения этих суспензий. Электропроводность суспен- зии Катаямовского месторождения на 13 % выше Нальчикита, а электропроводность су- спензии Серноводского месторождения ниже, это связано с высоким содержанием кальция в бентоните. Из данных рис. 3 и табл. 1 следует, что бентонитовые суспензии (Катаямовский и Нальчикит) имеют значительно высокие УЭП и рН. Это можно объяснить лучшими техноло- гическими свойствами этих суспензий, таких как показатель адсорбции (А мг/г)—150 и 130, коллоидальность (К%)—21 и 18, катионная об- менная емкость (КОЕ мг/экв. 100г)—47 и 41 соответственно, тогда как у серноводских ме- сторождений они на порядок ниже. Для суспензий Катаямовского место- рождения проведены эксперименты по опре- делению химического состава образцов с по- мощью растрового электронного микроскопа Quanta 3D 200i, оснащённого системой энер- годисперсионного микроанализа Genesis Apex 2 EDS от EDAX. Рентгенографический анализ образцов проводили на дифрактометре XRD 6000 Shimadzu (CuKα –излучение, геометрия частиц на отражение) с шагом сканирования 0,1⁰, в интервале 2Ө 10⁰80⁰. На таблице 2 представлены химический состав нативного бентонита и суспензий, ко- Таблица 1. Потенциометрические измерения суспензий бентонита 0,5%

торые мы брали через каждые 60 мин., затем сушили и проверяли изменение химического состава на электронном микроскопе.

Из таблицы 2 видно, что электропрово- дность и время перемешивания не влияют на химический состав бентонита, т. е. кристалли- ческая структура монтмориллонита не транс- формируется. В нативном бентоните кремния (ат.%) 21,6, а железа 1,93. Тогда как в высушен-

ных суспензиях кремния 19,0 %, железа 1,4 %, и на однудве единицы увеличивается кисло- род.

Водные суспензии Катаямовского место- рождения исследовали с помощью анализа- тора субмикронных частиц HORIBA LB550, принцип действия которого основан на анали- зе динамического рассеяния лазерного света на исследуемых частицах. Он позволяет изме-

Таблица 2.

Химический состав водной суспензии бентонита

Таблица 3.

Средний размер частиц и динамика суспензий от продолжительности перемешивания

рить размер частиц в диапазоне от 1 до 6000 нанометров при концентрациях твердой фазы от 1 до 40 % и температуре от 5 до 70^оС. Для получения результата необходимо ввести в программу вязкость суспензии и показатели преломления диспергированной твердой фазы и дисперсионной среды. Показатель преломле- ния для воды принят равным 1,333 и для монт- мориллонита 1,504.

Для исследованных нами суспензий (табл. 3) величина r мало изменяется при росте кон- центрации. Суспензии содержат частицы от 1,68 мкм до 1,4 мкм и динамикой 10001250. Время перемешивания влияет на уменьшение размера частиц в районе 100 нм.

В работе исследованы удельная электро- проводность, химический состав и размер

частиц суспензий глинистых минералов. Экс- периментальные данные показали, что элек- тропроводность в суспензиях повышается с увеличением температуры и концентрации. Другие показатели, как адсорбция, коллои- дальность, обменная емкость и потенциоме- трические измерения, также влияют на данную величину, т. е. чем выше эти показатели, тем выше электропроводность. Причем суспензии Катаямовского месторождения имеют более высокие показатели, чем Нальчикит. Получен- ные результаты подтвердили перспективность использования бентонита Катаямовского ме- сторождения как в сухом, так и в виде суспен- зий различной плотности, во многих сферах промышленности, и в частности в нефтедобы- че, литейном производстве, строительстве.

Ключевые слова привет, один, три

ЛИТЕРАТУРА

1. Basko DM, Pfeiffer F, Adamus P, Holzmann M, Hekking FWJ. Superconductor-insulator transition in Josephson junction chains by quantum Monte Carlo calculations. 101(2). doi:10.1103/physrevb.101.024518

1. Fritz S, Radtke L, Schneider R, Weides M, Gerthsen D. Optimization of Al/AlOx/Al-layer systems for Josephson junctions from a microstructure point of view. 125(16). doi:10.1063/1.5089871

1. Structural and nanochemical properties of AlOx layers in Al/AlOx/Al-layer systems for Josephson junctions.Physical Review Materials,3,114805. doi:10.1103/PhysRevMaterials.3.114805.

1. Chen H-J, Xue H, Li S-X, Wang Z. A method of determining microwave dissipation of Josephson junctions with non-linear frequency response. 68(11):118501. doi:10.7498/aps.68.20190167

ЛИТЕРАТУРА

1. Козин В. В. Бентонитовые глины // Известия вузов. Горный журнал. 2003. № 4. С. 4752.

2. Связанная вода в дисперсных системах. М.: Издво Моск. гос. унта, 1970. Вып. 1. 165 с.

3. Сырьевая база бентонитов СССР и их использование в народном хозяйстве. М.: Недра, 1972. 288 с.

4. Мерабишвили М. С. Бентонитовые глины. Состав, свойства, производство, использование / М. С. Мерабишвили. Тбилиси: Мецниереба,1979. 308 с.

5. Овчаренко Ф. Д. Гидрофильность глин и глинистых минералов. Киев: АН УССР, 1961.