CC BY
45
А. В. Скворцов, А. С. Чекмарев, А. З. Сулейманова,
А. И. Хацринов, А. Р. Ситдикова, Е. А. Кривошеев
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА СУШИЛЬНЫЕ
СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ ШИХТ С КАРБОНАТНЫМИ ДОБАВКАМИ
Ключевые слова: электрокинетический потенциал, сушильные свойства, шихта, глина, кремнезем аморфный и кристаллический, диатомит, доломит, кальцит. electrokinetic potential, drying properties, clayey compositions, clay, amorphous dioxide silicon and crystal dioxide silicon, diatomite, dolomite, calcite.
Исследованы шихты на основе глин месторождения Шеланги с добавками сырья содержащего различное количество кальцита. Представлен сравнительный анализ между сушильными параметрами исследуемых глин и композициями, приготовленными на их основе со значениями электрокинетиче-ского потенциала (определена корреляция между значениями % -потенциала и сушильными параметрами сырья и шихт керамической промышленности). Произведен качественный сравнительный анализ карбонат содержащих добавок относительно их влияния на сушильные свойства глины месторождения Шеланга.
Investigated are composition on the basis of clay of deposit Shelanga with additives of raw materials containing various quantity of calcite. Presented is the comparative analysis between drying parameters of investigated clay and the compositions prepared on their basis with values of an electrokinetic potential (correlation between values % potential both drying parameters of raw materials and composition of ceramic industry ). Has been executed the qualitative comparative analysis a carbonate of containing additives concerning their influence on drying properties of clay of deposit Shelanga.
В качестве основного объекта исследования была выбрана полиминеральная глина месторождения Шеланга без содержания кальцита (далее именуемая ОГ). Для сравнения рассматривалась полиминеральная глина (далее именуемая ЗГ) с содержанием кальцита (10 ± 3%) и доломита (3 ± 1%) того же месторождения.
Добавка известняка в глины
По вопросу о знаке заряда поверхности минералов группы кальцита в воде и водных растворах электролитов в литературе имеются весьма противоречивые данные. В работах [1] при изучении электрокинетических свойств природных карбонатов кальция был обнаружен положительный заряд, в других работах [2] отрицательный. На основе многочисленных данных в работе [3] был сделан вывод, что знак заряда поверхности чистых кальцитов определяется преимущественно уходом ионов Са2+ из кристаллической решетки в раствор.
Вопрос о знаке заряда осложняется тем, что заряд поверхности в этом случае зависит не только от адсорбции либо перехода в раствор одного из потенциалопределяющих ионов, но и их гидролиза и кислотно-основного равновесия в растворе. При значениях рН раствора, больших, чем 8,2-8,4 - поверхность карбонатов кальция будет заряжена отрицательно, при рН< 8,2 - положительно.
рН -среды исследованного нами известняка (далее именуемого И) имел значение 7,97. При изучении электроповерхностных свойств последнего, был обнаружен положительный заряд, что вполне вписывается в рамки изложенной выше теории, несмотря на то, что используемая добавка только на 86 ± 7 % состоит из кальцита. Результаты расчетных значений % -потенциала отражены на рисунке 1.
Из литературных данных [4] известно, что при добавке известняка (с положительным зарядом) к концентрату (в нашем случае к глинам), поверхность которого имеет отрицательный заряд, будет происходить взаимная коагуляция тонкодисперсной части, что способствует сближению частиц, уменьшению расстояния между ними.____________________
♦ Шихты на основе ОГ • Шихты на основе ЗГ
Рис. 1 - Зависимость ^-потенциала от состава шихты системы ОГ-И и ЗГ-И
Просматривается упрочняющее действие известняка, объясняющееся коагуляцией разноименно заряженных коллоидных частиц карбоната и глин. Следствием сближения разноименно заряженных частиц является перекрывание диффузных слоев воды и переводу последних в свободную воду. Уменьшение же толщины прочно связанных слоев объясняется значением отношения ЭЮ2/А120з, равное 5,19. Таким образом, можно предположить, что водопотребность шихт для затворения последних до формовочной влажности, с увеличением в них количества известняка, будет падать. Это предположение подтверждается, данными, приведенными в таблице 1.
Таблица 1 - Сушильные характеристики системы ОГ-И и ЗГ-И
Состав шихты, % Усадка, % Формовочная влажность, % Критическая влажность, % Формовочный градиент влажности, %
ОГ100% 9,3 25,3 5,7 19,7
ОГ90% И10% 7,7 20,6 6,5 14,1
ОГ80% И20% 8 22,9 7 15,9
ОГ70% И30% 6,9 24 7,1 13,3
ОГ60% И40% 5,8 19,2 7,7 11,6
ОГ50% И50% 4,7 17,5 8,7 8,8
ЗГ100% 5,8 19,9 10,2 9,8
ЗГ90% И10% 6,3 21,6 10,2 11,4
ЗГ80% И20% 4,9 20,3 9,7 10,6
ЗГ70% И30% 4,1 17,9 10,7 7,1
ЗГ60% И40% 3,9 17,7 9,8 7,9
ЗГ50% И50% 3,4 16,6 9,5 7,1
Добавка Максимковской глины
Аналогично вышерассмотренной добавки были проведены исследования по влиянию Максимковской глины, с повышенным содержанием высокодисперсного кальцита (далее именуемая М) на глины месторождения Шеланга.
Результаты Зависимостей «^-потенциала от состава шихты системы ОГ-М и ЗГ-М отражены на графике (рис. 2).
Рис. 2 - Зависимость ^-потенциала от состава шихты системы ОГ-М и ЗГ-М
Из рисунка 2 видно, что по мере увеличения в составе шихт Максимковской глины увеличивается количество прочно связанной воды, значения критической влажности изменяются соответственно (табл. 2).
Однако, рассматриваемая добавка, также приводит и к снижению градиента влажности для ОГ-М с 19,7 до 16,9 % и увеличению для ЗГ-М с 9,8 до 16,9 %, следствием чего является уменьшение усадки: для ОГ-М с 9,3 до 8 %, и увеличение для ЗГ-М - с 5,8 до 8 % соответственно. Такое влияние добавки, с нашей точки зрения, объясняется увеличением в составе шихт (с вводом последнего) доли глинистой фракции. Так, для системы ЗГ-М увеличение количества добавки приводит к увеличению доли глинистой фракции с 34,64 до 65,48 %, в то время как доля пылеватой и песчаной фракций снижается (рисунок 3). Для системы ОГ-М увеличение количества добавки приводит к увеличению доли глинистой фракции с 47,78% до 66,94%. Следствием этого является увеличение количества воды за-творения рассматриваемых составов.
Таблица 2 - Сушильные характеристики системы ОГ-М и ЗГ-М
Состав шихты, % Усадка, % Формовочная влажность, % Критическая влажность, % Формовочный градиент влажности, %
ОГ100% 9,3 25,3 5,7 19,7
ОГ90% М10% 8,8 21,9 6,3 15,6
ОГ80% М20% 8,8 22,8 6,8 16
ОГ70% М30% 8,3 23,4 7,1 16,3
ОГ60% М40% 8,6 24 7,2 16,8
ОГ50% М50% 8,1 24,1 8,4 15,8
ОГ40% М60% 8,1 25,8 9,4 16,4
ОГ30% М70% 7,8 24,6 9,4 15,3
ОГ20% М80% 7,2 25,9 10,3 15,6
ОГ10% М90% 7,8 29,4 11,5 17,9
М100% 8 29,4 12,5 16,9
ЗГ100% 5,8 19,9 10,2 9,8
ЗГ90% М10% 5,8 19,8 8,8 11
ЗГ80% М20% 6,1 21 8,9 12,1
ЗГ70% М30% 7,2 22 9,8 12,2
ЗГ60% М40% 7,1 23,7 10,2 13,5
ЗГ50% М50% 7,4 24,4 10,3 14,1
ЗГ40% М60% 7,5 24,1 10,7 13,4
ЗГ30% М70% 7,2 20,6 12,8 13,3
ЗГ20% М80% 7 26,7 12,5 14,2
ЗГ10% М90% 7 27,2 13,4 13,8
М100% 8 29,4 12,5 16,9
3= 70,00
| 60,00
У 50,00 ь
■в* 40,00 0)
| 30,00
й 20,00
& 10,00 0
° 0,00
зг 80 зг 70 зг 60 зг 50
м20 мЗО м40 м50
Состав шикты, %
■ пылеватые, 30-3мкм П тинистые, < Змкм
зг 10 м90
Рис. 3 - Зависимость глинистой, пылеватой фракции от состава шихты ЗГ-М
Заключение
В данной статье представлены электроповерхностные свойства сырья керамической промышленности и приготовленных на их основе шихт. Была подтверждена взаимосвязь коллоидных (в частности, £ -потенциала) и сушильных свойств некоторых природных материалов.
Из рассмотренных добавок, вводимых для улучшения технологических параметров исходных глин, следует выделить известняк. Эта добавка способствует упрочнению структуры вследствие взаимной коагуляции высокодисперсных частиц компонентов. К тому же, сближение разноименно заряженных частиц приводит к перекрытию диффузных слоев воды и переводу их в свободную. Следствием этого является уменьшение градиента влажности, и соответственно, усадки.
Максимковская глина в отличие от рассмотренной добавок ухудшает сушильные свойства глин Шеланги: увеличивает градиент влажности и усадку. Ухудшение технологических свойств материала является следствием увеличения в составе шихты доли глинистой фракции.
Литература
1. Григоров, О.Н. Электрокинетические свойства капиллярных систем / О.Н. Григоров. - М.:Изд-во АН СССР, 1956. - 120 с.
2. Григоров, О.Н. Электроповерхностные явления в дисперсных системах / О.Н. Григоров, Д.А. Фридрихсберг. - М.: АН СССР, 1972. - 86 с.
3. Готиков, В.М. Изучение электроповерхностных свойств карбонатов / В.М. Гортиков, Н.П. Малиновская // Коллоидный журнал. - 1936. - №2. - С.56-59.
4. Витюгин, В.М. Исследование электрокинетических явлений в процессах мокрой агрегации дисперсных материалов / В.М. Витюгин, И.Н. Ланцман // Известия томского ордена трудового красного знамени политехнического института им. С.М. Кирова. - 1969. - Вып. 196. - С. 183-185.
© А. В. Скворцов - асс. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ, skvorcovs@rambler.ru; А. С. Чекмарев - асс. той же кафедры; А. З. Сулейманова - зав. лаб. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ; А. И. Хацринов - д-р хим. наук, проф.,зав. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ; А. Р. Ситдикова - инж. 2-ой категории ана-литико-экологического испытательного центра ФКП «ГосНИИХП»; Е. А. Кривошеев - инж. 2-ой категории аналитико-экологического испытательного центра ФКП «ГосНИИХП».
