Исследование физико-химических и прикладных свойств новых полимерных композиционных материалов на основе слоистых силикатов и полиэлектролитов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Бентонитовые глины принадлежат к числу важнейших неметаллических полезных ископаемых и широко используются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Объем добычи бентонитовых глин в мире в течение последних лет стабильно составляет ежегодно около 10 млн. т.

Основным потребителем природных глин и продуктов на их основе является промышленность – металлургическая, литейная, буровая, химическая, нефтехимическая, строительная, керамическая, пищевая, фармацевтическая, техническая экология и др. Согласно структуре потребления, до 25 % бентонитов в мире используется для приготовления формовочных смесей, до 60 % – в производстве адсорбентов, буровых растворов, железорудных окатышей. Прогнозируемая потребность в качественном бентоните только машиностроительного и металлургического комплексов России на 2010 г. составляет не менее 750‑800 тыс. т.

Добыча и производство бентонитовых глин в России в настоящее время значительно отстаёт от потребностей промышленности. Очевидно, что развитие отечественной базы высококачественного бентонитового сырья и разработка технологий подготовки природного сырья с учетом особенностей химико-минералогического состава, физико-химических свойств, области применения бентонитов, является важной научной и практической задачей.

В последнее время особое внимание привлекают бентониты, характеризующиеся низкой стоимостью и большими запасами. Кабардино-Балкарское месторождение бентонитов по объему запасов является одним из крупнейших в России – утвержденные запасы бентонита 145 млн. т. Однако, вследствие недостаточной изученности, бентонит Кабардино-Балкарской республики не нашел широкого применения. В этой связи исследование бентонита месторождения «Герпегеж», получение на его основе органоглин и компохизиционных материалов различного назначения являются актуальными.

Цель данной работы заключалась в определении закономерностей модифицирования бентонита Кабардино-Балкарского месторождения, разработке органоглин и полимерных композиционных материалов на их основе различного назначения и исследовании свойств объектов исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

Выполнить комплекс исследований химико-минералогического состава и физико-химических свойств бентонита Центрального месторождения «Герпегеж» КБР.

Исследовать закономерности трансформации состава и свойств бентонита в процессе модифицирования.

Провести исследования сорбционной активности природных и модифицированных форм бентонита.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Природные минеральные сорбенты и методы их модификации

На территории России, Украины, Грузии, Армении, Молдавии и других стран СНГ имеются большие месторождения природных кремнеземов диатомитов, трепелов, опок. Два последних кремнезема, подобно синтетическому силикагелю, имеют глобулярную природу. Они различаются долей макропор в общем объеме пор VΣ. В структуре опок объем макропор Vма радиусом r > 0,1 мкм составляет до 50 % VΣ, в структуре трепела Vма /VΣ = 0,7 - 0,8. Остальной объем сорбционного пространства опок и трепелов приходится на долю мезопор, r = 3-7 и 15-65 нм.

Диатомит представляет собой окаменелые остатки диатомовых водорослей. Он характеризуется большим количеством крупных мезопор, r = 0,03 - 0,1 мкм, и макропор, r = 0,1- 0,15 мкм. На их долю приходится до 80 ~ 90 % суммарного сорбционного объема этого сорбента, составляющего V = 1-2,4 см3/г. По характеру пористости к диатомиту близок вспученный перлит, получаемый термообработкой при 950-1150°С вулканического стекла.

Опоки, имеющие преимущественно мезопористую структуру, используются для контактной очистки растительных и минеральных масел, очистки парафина, рафинирования канифоли и, в других адсорбционных процессах.

Наибольшее значение как сорбент приобрели диатомит и близкий к нему перлит. Диатомит и разновидность вспученного перлита фильтроперлит, обладающий открытыми порами, применяются в качестве фильтрующих порошков для очистки воды, масел, соков и пива.

Для достижения необходимых фильтрационных характеристик природный диатомит подвергают обжигу при 900-1000°С, чаще всего с добавками флюсов - хлорида или карбоната натрия. Иногда обжигу диатомита предшествует его обработка неорганическими кислотами с целью удаления оксидов железа и алюминия. Для повышения макропористости низкокачественных диатомитов предложено перед термической обработкой подвергать их воздействию гидроксидов натрия или кальция.