CC BY
32
КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
DOI: 10.32743/UniChem.2022.96.6.13 784
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НУКУССКОГО ПЕСКА И БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН БЕШТЮБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Исмаилов Бахтияр Муратбаевич
докторант
Каракалпакского научно-исследовательского института Каракалпакского отделения АНРУз., Республика Узбекистан г. Нукус E-mail: bahtiyar. ismailov@mail.ru
Туремуратов Шарибай Наурызбаевич
д-р хим. наук, профессор Каракалпакского научно-исследовательского института Каракалпакского отделения АНРУз., Республика Узбекистан г. Нукус E-mail: tsharibay@mail. ru
PHYSICO-CHEMICAL AND MINERALOGICAL PROPERTIES OF THE NUKUS SAND AND BENTONITE CLAYS OF THE BESHTYUBINSKY DEPOSIT
Bakhtiyar Ismailov
PhD student
of the Karakalpak Scientific Research Institute of the Karakalpak Branch of the AScRUz.
Uzbekistan, Nukus
Sharibay Turemuratov
D.Sc, doctoral chemical sciences, professor of the Karakalpak Scientific Research Institute of the Karakalpak Branch of the AScRUz.
Uzbekistan, Nukus
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследования песка Нукусского месторождения и бентонитовой глины Бештюбинского месторождения. Показаны результаты элементного содержания песка и бентонитовой глины, минералогический состав песка Нукусского месторождения.
ABSTRACT
The article presents the results of a study of the Nukus sand and bentonite clays of the Beshtyubinsk deposit. The results of the elemental content of sand and bentonite clay, the mineralogical composition of the sand of the Nukus deposit are shown.
Ключевые слова: бентонит, глина, суспензия, соапсток, мелиорант. Keywords: bentonite, clay, suspension, soapstock, ameliorant.
Введение
Значительную часть территории Республики Узбекистан, в том числе и Каракалпакстан, занимают пустыни.
Задача закрепления подвижных песков возникает в связи необходимостью борьбы против их негативного влияния на окружающую среду и большого вреда
народному хозяйству приносимого в результате активного движения песков.
Поэтому все усилия ученых направлены прежде всего на разработку наиболее выгодных в экономическом отношении и приемлемых в данной природной зоне методов борьбы с этим явлением. Поиск эффективных способов закрепления подвижных песков, пригодных условий для роста растений, и его осу-
Библиографическое описание: Исмаилов Б.М., Туремуратов Ш.Н. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НУКУССКОГО ПЕСКА И БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН БЕШТЮБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2022. 6(96). URL:
https://7universum. com/ru/nature/archive/item/13 784
ществление в комплексе с фитомелиорацией в определенной степени создает возможность для культивирования опустынивания [1-4].
С этой целью нами разрабатывается новый метод коллоидно-химического структурообразования для закрепления подвижных песков с помощью суспензии бентонит-соапсток-вода. Этот способ не только экологически безвредный, но и создает благоприятные условия для роста растений, имеет необходимые структурные элементы для процесса почвообразования. Положительные стороны нового способа, о котором идет речь отрабатывается и исправляются его недостатки. Поэтому перед разработкой новых пескозакрепляющих мелиорантов необходимо более подробно изучить структуру и свойства исходных материалов.
Объекты и методы исследования
Для создания пескозакрепляющего мелиоранта необходимо иметь четкую, научно обоснованную
Химический состав песка
информацию о составе, структуре и свойствах данного песка. Это связано с тем, что каждый песчаник, в зависимости от его природного состояния, вероятно, имеет существенные различия в истории формирования песков [5-6].
С этой целью в ходе научной работы были изучены физико-химические и минералогические свойства песка Нукусского месторождения. Месторождение сложено мелкозернистыми эоловыми песками серовато-желтого цвета, залегающими на верхнемеловых отложениях.
Эоловые пески имеют форму гряд, бугров и барханов, высота их колеблется от 2 до 6 м. Общая площадь составляют 2118172 м2.
Результаты исследования по определению химического состава, физико-механического свойства, определения зернового состава и минералогического состава песка Нукусского месторождения указывается ниже следующих таблицах 1,2,3,4,5.
Таблица 1.
усского месторождения
Пробы 8102 ЛШэ Ре20з Mg0 СаО ^20 Н2О S0з Потери при прокаливании I %
1 78.08 5,57 1,20 1,33 4,26 1,64 1,52 следи 6,02 99,57
2 78,03 6,55 1,21 1,31 4,26 1,66 1,53 следи 5,01 99,80
3 73,05 6,59 1,21 1,31 4,27 1,66 1,53 следи 5,01 99,54
Таблица 2.
Физико-механическое свойства песков Нукусского месторождения
Наименование пород Удельный вес г/см3 Объемный вес г/см3 Цвет органических примесей Содержание щелочей в % Количество пылевидных и илистых частиц, в % Количество глинистых частиц в %
Барханный песок 2,51 1,50 Светлее эталона 2.43 5,68 1,0
Барханный песок 2,52 1,52 Светлее эталона 2,45 5,69 1,2
Барханный песок 2,50 1,51 Светлее эталона 2,43 5,68 1,0
Таблица 3.
Результаты определения зернового состава
Наименование пород Размер отверстий мм. 0,14< Модуль крупности I %
2,5 1,26 0,63 0,315 0,14
Барханный песок - 0,15 0,26 1,96 92,15 5,01 0,52 100
Барханный песок - 0,14 0,27 1,93 92,18 5,01 0,55 100
Барханный песок - 0,16 0,25 1,94 92,17 5,03 0,54 100
Минералы песка легкой фракции: Кварц - обломки зерен водяно-прозрачные. Форма разнооб-
замутненный содержит включения, мелкие, точечные разная округленная и многогранная.
и наблюдается кристаллы циркона. Встречаются
Таблица 4.
Минералогический состав песка Нукусского месторождения
№ Размеры фракции, мм. Минералы легкой фракции (уд. вес. 2,90 кг/м)
кварц Полевые шпаты Глинист. вещество Обломки породы Мусковит I %
1 0.25-0.1 35,5 39,1 20,8 2,6 2,00 100
2 0,25-0.1 37,3 39,8 21,6 0,9 0,30 99,9
3 0,25-0,1 44,9 33,8 20,8 - 0,04 99,5
Полевые шпаты. Калиевые полевые шпаты преобладают плагиоклазы. Вид зерен обоих минералов разложены неправильной формы, наблюдается микроклин с микроклиновой решеткой.
Мусковит - наблюдается в виде бесцветных чешуек с округлыми, иногда рваными краями.
Эпиодот - встречается в виде неправильной и часто округленной формы, обладает желтовато-бурым цветом.
Амфибиол - зеленая роговая обманка наблюдается в виде широких призмочек. Цвет зеленый, темно-зелёный, погасание косое. Встречаются зерна разложенные.
Минералы т
Пироксен - встречаются бледна зеленые и бесцветные пироксены. Сингония моноклинная, не пы-леохромирующая, погасание косое 440. В обломах пироксена никаких следов октанности не наблюдается.
Гранат - наблюдается в виде остроугольных обломков, близких к изотермической форме, цвет розоватый и бесцветный, преобладает бесцветный.
Биотит - цвет биотита зеленый, реже коричневый. Зеленый биотит пылеохромирует от светло-зеленого до травяно-зеленого. Выветрелые биотиты желтовато-зеленые. Форма биотита таблитчатая и округленная.
Таблица 5.
й фракций %
Размеры фракций Пироксен Эпидот Роговая обманка Биотит Гранат Циркон Рудные минералы Барит I %
0,25-0,1 18,2 23,7 11,2 16,1 9,1 0,9 18,3 1,4 98,9
0,25-0,1 19,3 23,3 17,6 3,2 7,1 4,8 23,1 1.5 99,7
0,25-0,1 17,3 21,9 10,6 5,7 7,8 6,4 21,6 2,7 99,1
Рудные минералы: пирит, магнетит и гидроге-тит. Они встречаются в бесформенных зернах с микрозернистой структурой, в виде шаровидных агрегатов. Чаще наблюдается хорошо образованные кубические кристаллы, цвет в отраженном свете ла-тунно-желтый.
Барит - бесцветный, в виде неправильных обломков. Сфен - наблюдается в виде бесформенных, чаще округленных обломках.
Морфологические исследования и элементный состав барханного песка проводились с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM - EVO MA 10 (Zeiss, Germany). Эксперименты на сканирующем электронном микроскопе проводились следующим образом. Для проведения процесса проба подготовки, на круглый держатель из металлического сплава, поверх которой приклеена углеродная пленка, с двухсторонней клейкой поверхностью, наносились образцы в форме таблеток диаметром 7 мм и толщиной
3 мм. В ходе измерения подавалось ускоряющее напряжение (EHT - Extra High Tension) 15,00 кВ, рабочее расстояние (WD-workingdistance) равнялось 8,5 мм. Изображения были получены в масштабе 250 мкм с помощью программного обеспечения Smart SEM.
Определение элементного состава было проведено сканирующем электронном микроскопе SEM -EVO MA 10 (Zeiss, Germany) методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии на локальном участке (energy-dispersive X-rayspectroscopy (EDS)), и c помощью энерго-дисперсионным элементным анализатором марки - Oxford Instrument - Aztec Energy Advanced X-act SDD. При получении данных об элементном составе были представлены электронные фотографии с выделенными локальными участками, таблица состава, а также графический спектр. Ниже указанном рисунке 1 и таблице 6.
Электронное изображение 120
100|ifn
Рисунок 1. Электронная микрофотография и элементный анализ песка Нукусского месторождения
Таблица 6.
Элементный анализ песка Нукусского месторождения
№ Элемент Вес.% о, Вес.%
1 O 52.40 0.36
2 Na 0.94 0.08
3 Mg 0.89 0.07
4 Al 4.31 0.10
5 Si 31.74 0.26
6 K 2.31 0.08
7 Ca 3.68 0.09
8 Ti 0.19 0.06
9 Fe 2.57 0.13
10 Sr 0.96 0.27
Сумма: 100.00
Измерения фазовых характеристик исследуемого образца барханного песка, проводились на порошковом рентгеновском дифрактометре «Panalytical Empyrean». Весь контроль за работой оборудования осуществляся посредством компьютера на программе Data Collector^ анализ рентгенограмм проводился на программе High Score с базой данных PDF 2013. Рентгенофазовый анализ исследуемых порошков
выполняли на рентгеновском дифрактометре «Panalytical Empyrean» оснащенным Cu трубкой (Ka1=1.5406 А). Измерения проводились при комнатной температуре в интервале углов 20, в диапазоне от 5° до 90° в режиме пошагового сканирования с шагом 0,013 градуса и временем накопления сигнала в точке 5 с. Который указано ниже рисунке 2.
Рисунок 2. Рентгенофазовый анализ песка Нукусского месторождения
Рентгенофазовый анализ песка Нукусского Результаты рентгенофазового анализа песка Ну-
месторождения показывает, что в составе песка содер- куского месторождения указано ниже таблице 7.
жится следующие минералы: кварц, полевые шпаты, роговая обманка, мусковит и.т.д.
Таблица 7.
Результаты рентгенофазового анализа песка Нукуского месторождения
Наименование Формула %
Кварц SiO2 64
Полевые шпаты (Алюмосиликат натрия-кальция) (Na0,98Ca0,02) (All,02Si2,98O8) 6
Полевые шпаты (Алюмосиликат кальция и натрия) Cao,65 ^0,32 (All,62Si2,38O8) 5
Полевые шпаты (Алюмосиликат кальция-стронция) (С*,^Г0,8) (AhSi2O8) 4
Полевые шпаты (Алюмосиликат натрия-кальция) № Ca) М Al)з O8 3
Роговая обманка (Гидроксид фосфата натрия-стронция) Sr9,5 N^,3 (Р04)6 (ОН)1,31 1
Мусковит (Гидроксид калия-алюминия-кремния) КАЬ (№ А1) О10 (ОН)2 11
Полевые шпаты (Силикат калия-натрия-алюминия) К0,96 ^0,04 А1 Siз 08 6
Для проведения эксперимента нами выбран бентонит из Бештюбинского месторождения и в ходе работы были изучены химические, рентгенографические, термогравиметрические и минералогические свойства.
Бештюбинское месторождение бентонитовых глин находится на правом берегу р. Амударьи (14-15 км на юго-восток от г. Нукуса). Глины зеленовато-серые, жирные на ощупь, с редкими пятнами ожелезнения и плотные при высыхании. Минералы легкой фракции глин представлены преимущественно кварцем и разложенными полевыми шпатами. В небольших количествах отмечаются слюда, хлорит и обломки кремнистых и кремнисто-слюдистых пород. Минералы тяжелой фракции составляют от 0,1 до 0,5 %, представлены гранатом, цирконом, магнетитом, ильменитом, рутилом, апатитом, баритом, турмалином, мусковитом, хлоритом. Глины полиминерального состава в основном монтмориллонитовые с примесью гидрослюды и каолинита [7].
Химический состав бентонита
Бентонитовая глина, входящая в состав суспензии, обладает хорошей адсорбционной способностью, довольно интенсивно взаимодействует с водой, имеет очень мелкий размер частиц, обладают большим поверхностным объемом взаимодействия. Благодаря этим свойствам бентонитовая глина, заполняя пустоты между частицами песка способна переводить его из свободнодисперсного состояния в связанно -дисперсное, т.е. способствует преобладанию сил притяжения над силами отталкивания, образуя пространственные каркасы структуры [8-10].
Качество и свойства бентонитовых глин определяются их химическим минералогическим составом, связующей способностью, адсорбционной и каталитической активностью, пластичностью, коллоидальностью, обменной емкостью, набухаемостью и некоторыми другими параметрами.
Ниже таблице 8 указывается химический состав бентонита Бештюбинского месторождения.
Таблица 8.
тюбинского месторождения
Пробы SiO2 AЬOз Fe2Oз FeO ^2 MnO CaO MgO Na2O SOз Потери при прокаливании I %
1 62,48 15,31 6,39 0,29 1,02 0,1 0,98 0,60 1,22 1,64 0,34 9,63 100
2 58,40 17,80 6,33 0,22 0,90 0.05 0,45 1,92 2,90 2,80 0,22 8,00 99,99
3 57,86 16,89 6,11 0,29 0,95 0,1 0,5 1,60 2,58 2,92 0,22 9,98 100
В изученных глинах в значительном количестве содержится кремнезем которое составляет пределах от 57 до 63%. Второй основной компонент- это глинозем в изученных глинах которое составляет от 15 до 18%.
Окись и закись-оксиды железа (+2) и (+3) в изученных глинах составляет от 0,2 до 7 %. Окись кальция в изученных глинах составляет от 0,4 до 1%. По-
этому глины Каракалпакии отличаются бескарбо-натностью по сравнению с глинами Восточного и Южного Узбекистана. Оксид магния составляет в среднем от 0,60 до 1,92%. Количество содержания оксидов калия и натрия в изученных глинах составляет от 1,22 до 2,92%. Содержание серы (в пересчете на SO3) в изученных глинах 0,22-0,34%.
Рентгенограмма бентонита Бештюбинского месторождения который указано ниже рисунке 3.
Рисунок 3. Рентгенограмма бентонита Бештюбинского месторождения
По данным рентгенограммы установлен основной Результаты анализа методом электронной микро-
компонент бентонитовый глины Бештюбинского скопии указаны ниже таблице 9.
месторождения монтмориллонит, по характерным для него линиям.
Таблица 9.
Результаты анализа методом электронной микроскопии
C:\UQ5\USER\ARL\JOB\JOB.145 2021-10-11
Sample ident = 21MY145
Remark =
ARL 99WS-753 Rh 60kV LiF200 LiF220 PET AX03 Method : X_UQ.
C:\UQ5\USER\ARL\Appl\AnySample.kap 2019-11-27
Calculated as : Oxides Matrix (Shape &ImpFc) : 1|Teflon
X-ray path = Vacuum Film type = No supporting film
Case number = 0 All known
Eff.Diam. = 25.0 mm Eff.Area = = 490.6 mm2
KnownConc = 0 %
Rest = 0 % Viewed Mass = 18000.00 mg
Dil/Sample = 0 Sample Height = 5.00 mm
Compound m/m% StdErr% El m/m% StdErr%
SiO2 61,60000 0,24000 Si 28,80000 0,11000
Al2O3 21,69000 0,21000 Al 11,48000 0,11000
Fe2O3 4,64000 0,11000 Fe 3,25000 0,07000
K2O 3,13000 0,09000 K 2,60000 0,07000
Na2O 2,73000 0,08000 Na 2,02000 0,06000
MgO 2,49000 0,08000 Mg 1,50000 0,05000
CaO 1,24000 0,06000 Ca 0,88400 0,04000
Cl 1,02000 0,05000 Cl 1,02000 0,05000
TiO2 0,75600 0,03800 Ti 0,45300 0,02300
SO3 0,34100 0,01700 Sx 0,13600 0,00700
P2O5 0,12500 0,00600 Px 0,05460 0,00270
PdO 0,06900 0,01500 Pd 0,06000 0,01300
MnO 0,04820 0,00240 Mn 0,03730 0,00190
Ag2O 0,02070 0,00680 Ag 0,01930 0,00640
V2O5 0,01960 0,00130 V 0,01100 0,00070
ZrO2 0,01300 0,00120 Zr 0,00960 0,00090
Cr2O3 0,01050 0,00090 Cr 0,00720 0,00060
MoO3 0,01030 0,00150 Mo 0,00690 0,00100
Rb2O 0,00860 0,00070 Rb 0,00790 0,00070
ZnO 0,00850 0,00070 Zn 0,00680 0,00050
SrO 0,00780 0,00090 Sr 0,00660 0,00080
PtO2 0,00760 0,00100 Pt 0,00650 0,00090
NiO 0,00410 0,00060 Ni 0,00320 0,00050
La2O3 0,00390 0,00130 La 0,00330 0,00110
CuO 0,00380 0,00060 Cu 0,00300 0,00050
Nb2O5 0,00330 0,00140 Nb 0,00230 0,00100
Ga2O3 0,00260 0,00040 Ga 0,00190 0,00030
Co3O4 0,00220 0,00070 Co 0,00160 0,00050
KnownConc= 0 REST= 0 D/S= 0
Sum Conc's before normalisation to 100% : 100.5 %
Total % stripped Oxygen: 47.611
Not significant:
Br 0,00010 0,00051 | Br 0,00010 0,00051
TGffi. DSC /(mW/mg)
t exo
100 200 300 400 500
Temperatue ГС
Рисунок 4. Термограмма бентонита Бештюбинского месторождения
Термограмма этого бентонита представлена на рисунке 4. Первый ярко выраженный эндотермический эффект наблюдается в интервале 100-140 °С, где происходит удаление свободной и частично межпакетной воды и уменьшение массы образца на 2,94 %. Второй эндотермической эффект протекает при температуре 540-560 °С, уменьшение массы образца на 3,16% и это связано с разложением структурно связанных гидроксильных групп и возникновении безводной модификации. Третий эндотермический эффект на кривой нагревание Бештюбинского бентонита наблюдается в интервале температур 840-890 °С и вызван разрушением кристаллической решетки минерала, разрушении безводной модификации бентонита и превращением его в аморфное вещество.
Результаты и их обсуждение
Исследование физико-химических и минералогических свойств песка Нукусского месторождения показывает, что в составе песка содержится в основном кварцевый песок 64 % и кремнезем Si02 от 73 до 78%.
Исследование бентонитовых глин Бештюбин-ского месторождения показывает, что в составе глины преобладает монтмориллонитовый минерал и глинистые минералы в виде глауконита и плагиоклазы.
Таким образом, исследование физико-химических и минералогических свойств песка и бентонитовой глины указывает о возможности использование этих минералов в промышленности строительных материалов и в качестве наполнителей и структурообразова-телей при получении суспензии для закрепления подвижных песков.
Список литературы:
1. Арипов Э.А., Нурыев Г.Н. Физико-химическая механика подвижных песков // Ташкент, ФАН, 1989 г. с. 120.
2. Фазылов Т.Н. Закрепление подвижных песков вяжущими веществами // Ташкент, ФАН, 1987 г. с.105.
3. Агзамходжаев А.А., Жумабаев Б.А. Химическое закрепление засоленных песков побережья Казакдарьи Арала // Узб. Хим. Журн. - Ташкент, 2006, №4, -с. 24-26.
4. Исмаилов Б.М., Туремуратов Ш.Н. Способ химической мелиорации подвижных песков с пескозакрепляющими мелиорантами //Материалы Республиканской научно-практической конференции «Инновационные технологии на основе вторичных и местных сырьевых ресурсов» г. Ургенч, 2021 г. II том, с. 194-195.
5. Кулдашева Ш.А. Коллоидно-химические закономерности закрепления подвижных песков многофункциональными структурантами, Автореферат диссертации доктора химических наук (DSc), Ташкент-2018, с.66.
6. Реймов К.Д. Разработка технологии получения закрепителя засоленных почв высохшего дна аральского моря на основе дистиллерной жидкости -отхода производства кальцинированной соды, Автореферат диссертации доктора философии (PhD) по техническим наукам, Ташкент-2019, с. 46.
7. Курбаниязов К.К., Закиров М.З. / Бентониты Каракалпакии. Ташкент, изд-во, «Фан» УзССР, 1979 г. -C. 35, 36.
8. Исмаилов Б.М., Туремуратов Ш.Н. Химическое закрепление подвижных песков на побережьях автомагистральных и железных дорог в регионах Приаралья //Материалы Республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в современных условиях Узбекистана», г. Нукус, 20 - май 2020 г. Часть 1, С.78-79.
9. Исмаилов Б.М., Туремуратов Ш.Н. Пескозакрепляющий мелиорант на основе местных минералов и отходов производства // VIII Международная научно-практическая конференция «Проблемы рационального использование и охрана природных ресурсов Южного При Аралья» 2020 г., -С. 172-174.
10. Turemuratov Sh.N., Ismailov B.M. Consolidation of mobile sands with ameliorants and phytomelioration // Karakalpak Scientific Journal, Vol. 4, Issue 1, Article 7, November 2021. ISSN-2010-9075. E-ISSN-2181-1229. https://uzjour-nals.edu.uz/karsu/vol4/iss1/7
