Влияние высокого давления на изменение структуры пакета, минерала, коллоида и агрегата бентонитовой глины

Abstract

Актуальность. Интерес к получению необходимых «заданных» адсорбционных свойств глин с помощью обжатия их давлением неуклонно растет. Это связано с тем, что такой способ формирования свойств очень востребован в хозяйственной деятельности человека. Цель: исследовать результат влияния высокой нагрузки на модифицирование дефектности структурных составляющих глины - пакета, минерала, коллоида и агрегата. Объектом исследования является бентонитовая глина, которая на 88 % состоит из минерала монтмориллонита. Методы. Дефектность в пакете минерала монтмориллонита изучалась рентгенофлуоресцентным анализом и инфракрасной спектроскопией, за критерий оценки взята высота пика. Дефектность минерала монтмориллонита изучалась дифрактометрическим методом, коллоида - электрокинетическим методом (дзета-потенциалом), агрегата - атомно-силовой микроскопией. Для оценки дефектности агрегата принята сила адгезии на его поверхности. Результаты. В пакете минерала монтмориллонита при воздействии давления менее 150 МПа в первую очередь образуются дефекты за счет разрушения связей Si-O-Al и Fe-OH. Связь Si-O более сильная, т. к. высота пика связи Si-O имеет тенденцию уменьшения при нагрузках до 800 МПа и более. Если придать нагрузку менее 150 МПа на такую структурную составляющую глины, как минерал, наблюдается увеличение его дефектности, о чем свидетельствует уменьшение толщины (Мк) бездефектного кристаллита. С дальнейшим увеличением давления процесс образования дефектов затухает. В коллоиде с приложением нагрузки менее 300 МПа дефектность возрастает, о чем свидетельствует возрастание дзета-потенциала (ζ), при увеличении нагрузки более 300 МПа изменение приращения ζ не фиксируется. Выявить какую-либо закономерность изменения силы адгезии при увеличении нагрузки на агрегат бентонитовой глины не удалось, так как диапазон изменения силы адгезии при каждой нагрузке изменяется в широких пределах для разных образцов бентонитовой глины.

Interest in obtaining the necessary «specified» adsorption properties of clays by pressing them with pressure is steadily growing. This is due to the fact that this method of forming properties is in great demand in human economic activity. The purpose of the work is to investigate the result of high load influence on modification of the defectiveness of the structural components of clay - package, mineral, colloid and aggregate. The object of the study is bentonite clay, which consists of 88 % of the mineral montmorilonite. Methods. The defectiveness in the montmorillonite mineral package was studied by X-ray fluorescence analysis and infrared spectroscopy, the peak height was taken as the evaluation criterion. The defectiveness of the montmorillonite mineral was studied by the diffractometric method, the colloid - by the electrokinetic method (zeta potential), and the aggregate - by atomic force microscopy. To assess the defectiveness of the aggregate, the adhesion force on its surface was taken. Results. In the montmorillonite mineral package, when exposed to a pressure of less than 150 MPa, defects are primarily formed due to the destruction of the Si-O-Al and Fe-OH bonds. The Si-O bond is stronger, because the peak height of the Si-O bond tends to decrease under loads up to 800 MPa or more. If a load of less than 150 MPa is applied to such a structural component of clay as a mineral, an increase in its defectiveness is observed, as evidenced by a decrease in the thickness (Mk) of a defect-free crystallite. With a further increase in pressure, defect formation dies out. In a colloid with a load of less than 300 MPa, the defectiveness increases, as evidenced by an increase in the zeta potential (ζ), with an increase in the load of more than 300 MPa, a change in the increment ζ is not fixed. It was not possible to identify any regularity in the change in the adhesion force with an increase in the load on the bentonite clay aggregate, since the range of change in the adhesion force with each load varies over a wide range for different samples of bentonite clay.