ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ГИДРАТАЦИИ ОРЕНБУРГСКОЙ ПРИРОДНОЙ ГЛИНЫ

Введение

Глины и глинистые горные породы, представляющие большой интерес для гидрогеологии, почвоведения, нефтяной геологии и нефтедобычи, технологии производства строительных материалов и др., давно и успешно изучаются методами минералогии, кристаллографии и других геолого-физических наук.[2]

В настоящее время глинам придается все большее значение как дешевому и недифицитному сырью для производства керамики. Одна и та же глина может служить для получения керамических материалов с различными комплексами функциональных характеристик. Для создания новых технологий, разработки новых керамических масс, прежде всего, необходимо изучить химический состав и структуру глины, определяющих свойства керамики. В связи с этим очень важен всесторонний анализ потенциала местного сырья, в частности, кирпичной глины, самой распространенной в Оренбургской области.

Установлено, что особые свойства глин, такие, как способность к сорбции и ионному обмену, образование в концентрированных и разбавленных суспензиях тиксотропных коагуляционных структур, способность активно поглощать влагу из паров и растворов, пластичность в увлажненном состоянии, способность в некоторых случаях к набуханию, связаны с наличием в их составе особых минералов, называемых глинистыми. [3]

Оренбургскую природную глину принято считать каолин содержащей глиной. На поглощение влаги данной породы влияет в основном этот минерал. При производстве из глины строительных материалов, содержание влаги в подготовленной шихте будет существенно влиять на свойства продукта обжига.[4] Следовательно, возникает необходимость определения степени гидратации природной глины для её дальнейшего использования.

Методика определения степени и кинетики гидратации глины

Первым этапом эксперимента является пробоподготовка. Глину необходимо высушить от химически несвязанной и связанной влаги.

Помещают тигли с образцами глины (масса каждого образца 1 г) в сушильный шкаф и при температуре 120 ˚С сушить 2 ч. Данным этапом образцы освобождаются от химически несвязанной влаги.

После просушенные образцы помещаются в муфельную печь и прокаливаются при 300 ˚С в течении получаса, для освобождения от кристаллической влаги.

Прокаленные образцы взвешиваются и подвергаются гидратации. В каждый тигель добавляется по 0,3 мл воды.

Далее образцы сушатся несколько дней до затвердевания массы, после чего взвешиваются. [5]

Фиксируется разница гидратированной и сухой глины, и используя  формулу 1 и значение поглощённой влаги

                                                     (1)

где A – масса гидратированной глины, B – масса сухой глины, находится степень гидратации.[1]

Обсуждение результатов

Для проведения опыта были взяты три образца Оренбургской природной глины различной дисперсности: фракции 630−160 мкм, 160−40 мкм, и менее 40 мкм. Руководствуясь методикой, были получены следующие результаты:

Таблица 1.

Результаты гидратации.

Наиболее сильно гидратируется последняя фракция, менее – вторая.

Также определен коэффициент поглощения (K).

Рисунок 1. Зависимость степени гидратации от размеров частиц глины

Наибольшая поглощаемость влаги во фракции с наименьшим размером частиц. Предположительно, влага сорбируемая мелкими кристаллами, образует некие кластеры и ассоциаты, скрепляясь между собой молекулами воды.[6]

Минимум гидратации приходится на фракцию с размерами частиц около 100 мкм. Вероятнее всего более крупные частицы «трудноскрепляемы» водой.

С дальнейшим увеличением размеров частиц  способность поглащать влагу возрастает, что обуславливается поверхностной сорбцией крупных частиц.

Заключение

Способность глинистых систем поглощать влагу определяет свойства получаемой керамики, поэтому определение исследуемых показателей необходимый технологический этап. Определена степень гидратации Оренбургской природной глины различного дисперсного состава. Сделан вывод о способности отдельных фракций к гидратации.

Список литературы:

1. Буров Ю. С., Колокольников В. С. Лабораторный практикум по курсу «Минеральные вяжущие вещества» / 1967. – 172 с.
2. Гуггенгейм Э.М. Современная термодинамика, изложенная по методу У. Гиббса. –М.-Л.: Госхимиздат, 1941. – 188 с.
3. Кульчицкий Л.И., Усьяров О.Г. Физико-химические основы формирования свойств глинистых пород. – М.: Недра, 1981. – 178 с.
4. Мечай А. А., Гидролиз и твердение минеральных вяжущих веществ: учеб. метод. пособие для студентов / А. А. Мечай, О. Е. Хотянович, А. А. Сакович. − Минск: БГТУ, 2012. − 72 с. ISBN 978-985-530-203-3.
5. Федорин Р. П., Храмченков М. Г.,  Набухание глин и фильтрация растворов в глинах.
6. Eirish M.V., Tret’yakova L.I. The role of sorptive layers in the formation and change of the crystal structure of montmorillonite // Clay Minerals. – 1970. – V. 8. – P. 255–266.