УДК 551.114(0758) + 553 + 666.32/.36
ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛИН ШЕБЕКИНСКОГО РАЙОНА БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
А. И. Везенцев, Л. Ф. Голдовская, М. А. Трубицын, А. Н. Петин, Н. А. Сиднина, Е. В. Баранникова, Е. В. Добродомова
Белгородский государственный университет
Сорбционно-активные глины, как и другие минеральные ресурсы, являются невозобновимыми, что требует рационального их использования. В данной работе установлен химико-минералогический состав и технологические характеристики глин месторождений Поляна и Купино Шебекинского района и определено содержание монтмориллонита. Установлена целесообразность организации производства детской оздорав-ливающей игрушки на основе глин Купинского месторождения.
Clay with good sorption properties as well as other mineral resources are nonrenewable This fact demands the conservation use of it. In the work a chemical and mineralogical composition and technological properties of clay located in Polyana and Kupino fields of Shebekino region are determined, but as montmorillonite composition is defined. It also makes evident the efficiency of production of health-improving ceramic toys made of clay located in Kupino field.
Одним из способов очистки вод от различных токсикантов является сорбционный. В качестве сорбента могут быть использованы различные минералы и горные породы.
Белгородская область, входящая в состав Центрально-Черноземного региона, богата земельными и минеральными ресурсами.
На её территории разведано около 400 месторождений полезных ископаемых (железных руд, мела, глин, песка, мергеля, а также бокситов и апатитов). На базе этих месторождений в области широко развита горнодобывающая и металлургическая промышленность, производство строительных материалов.
По существующим классификациям минеральные ресурсы являются незаменимыми, производственными, исчерпаемыми, невозобновимыми, что требует бережного отношения к ним и рационального использования.
Геологическое строение территории Белгородской области связано с ее положением на древней Русской (Восточно — Европейской) платформе. Для неё характерно наличие фундамента и осадочного чехла. Фундамент сложен древними кристаллическими породами, он образовался более 1,5 млрд лет назад. Осадочный чехол всюду в области перекрывает фундамент толщей пород, суммарная мощность которых возрастает с востока на запад, достигая 65—950 метров [1].
Важной особенностью части фундамента платформы, захватывающей Белгородскую область, является скопление железистых кварцитов, образующих Курскую магнитную аномалию (КМА). Железные руды являются главным минеральным богатством области.
В Белгородской области разведано 70 месторождений разнообразных глин: огнеупорных (Краснояружское месторождение), тугоплавких (Сергеевское месторождение, Губкинский район),
черепичных и кирпичных (Алексеев-ский, Белгородский, Вейделевский, Ва-луйский, Шебекинский районы и др.), гончарных (Борисовский район) [1]. Они служат сырьем для изготовления майолики, сувениров, керамической посуды, кирпича, облицовочной плитки, черепицы, канализационных труб и иной продукции. Следует заметить, что кроме собственных месторождений, глина входит в состав вскрышных пород Лебединского и Стойленского ГОКов, 75—80 % которых складировано в отвалах и не нашло еще практического применения. Вскрышные породы загрязняют окружающую среду. Эта проблема также требует решения.
Глины слагаются преимущественно чрезвычайно мелкими кристаллическими частицами небольшой группы минералов, получивших названия глинистых минералов. Главным образом, это слоистые гидроалюмосиликаты (тА1203 х и$Ю2 х рН20), причем в некоторых из них алюминий полностью или частично заменен магнием или железом, а в других в больших количествах присутствуют щелочные или щелочноземельные катионы. По структуре глинистые минералы можно разделить на несколько больших групп:каолинитовые, монтмориллонито-вые, иллитовые, вермикулитовые, хлоритовые, аллофановые, галлуазитовые, смешаннослойные. Кроме глинистых минералов, глины нередко содержат так называемые неглинистые минералы — кварц, кальцит, полевой шпат, пирит. Многие глины содержат органическое вещество и растворимые в воде соли.
От химико-минералогического состава зависят технологические свойства, которые определяют пригодность глин для изготовления керамических и огнеупорных изделий.
Ранее показано, что глины месторождений Поляна [2] и Купино [3] обладают способностью сорбировать тяжелые металлы из водных растворов. В настоящее время на основе купинских глин планируется организация производства керамических игрушек мощностью до двух миллионов штук в год. Однако вещественный состав и технологические свойства указанных глин ранее не были определены.
Целью данной работы является определение химического и минералогиче-
ского состава глин Шебекинского района Белгородской области для оценки их пригодности в производстве детских оз-доравливающих керамических изделий.
Материалы и методы исследования. Исследованы глины месторождений Поляна и Купино Шебекинского района. Определение состава и свойств глины Купинского месторождения особенно актуально, так как она уже используется для изготовления детской керамической игрушки в Купинском центре воспитания детей на народных традициях. Комплексное исследование химического состава, технологических характеристик и биологической активности купинской глины проводится в соответствии с решением ученого совета Белгородского государственного университета об оказании научно-технической помощи Купинскому центру воспитания детей на народных традициях.
Минералогический и химический состав глин определяли следующими методами анализа: рентгенофазовый (ДРОН 3.0), аналитической трансмиссионной электронной микроскопии (JEM — 100C, KEVEx — 5100), спектрофотометриче-ский (СФ — 26), атомно-абсорбционной спектроскопии (AAS — 1), пламенно-фотометрический (ПФЛ — 2), титриметри-ческий и гравиметрический.
Результаты и их обсуждение. Глина месторождения Поляна имеет светло — зеленый цвет. По данным рентгенофа-зового анализа, ее минералогический состав представлен кальциевой и натриевой формами монтмориллонита (1.5450, 1.2923, 0.4484, 0.2592, 0.2489, 0.1767, 0.1502 нм), иллитом (1.0091, 0.4484, 0.3795, 0.3236, 0.2971, 0.1639, 0.1502 нм), каолинитом (0.7161, 0.4484, 0.2592, 0.1502 нм), клиноптилолитом (0.8131, 0.5252, 0.3976, 0.2971, 0.2800, 0.1767 нм), кальцитом (0.2489, 0.2145, 0.2018, 0.1878 нм), пирофиллитом (0.2407, 0.2067, 0.1767, 0.1559 нм), гидрослюдой (0.4566, 0.3607, 0.2592, 0.1767, 0.1559 нм), полевыми шпатами (0.3236, 0.2330, 0.1731, 0.1595 нм). Установлено, что массовая доля монтмориллонита в полянской глине достигает 43 мас. %.
Исследуемые образцы глины (месторождение Поляна) имеют следующий химический состав, мас. %: Al2O3 — 8,85...13,37; SiO2 - 46,4...65,01; Fe б -3,87; FeO - 0,29...0,40; Fe.^-
5,21...5,72; MgO - 0,90... 1,83; СаО -2,01...10,01; Na2O - 0,4...0,53; К20 -2,13...2,5; TiO2 - 0,40...0,55; п.п.п. -9,09...18,93; 2 = 99,13...100,50. Химический анализ выполнен в ОАО «Бел-городгеология».
По содержанию суммы А1203 + ТЮ2 полянская глина относится к кислым глинам, для которых суммарное содержание этих оксидов составляет менее 15 мас. %.
По количеству А1203 исследуемую глину следует отнести к легкоплавким глинам, для которых содержание оксида алюминия составляет 7-21 мас.%. Малое содержание А1203 и сравнительно высокое SiO2 предполагают низкую огнеупорность и низкую температуру спекания глины. Изделия из такой глины после обжига будут иметь повышенную пористость и невысокую механическую прочность. Присутствие в полянской глине сравнительно большого количества Fe2O3 (5,21 - 5,72 мас.%) также снижает ее огнеупорные свойства, уменьшает температурный интервал спекания глины, увеличивает опасность деформации изделий при обжиге. Для огнеупоров и технического фарфора используются глины с низким содержанием Fe2O3 (не более 0,8-1,0 мас. %). Следовательно, полянская глина не пригодна для производства огнеупорных изделий, для кладки металлургических печей, футеровки конверторов, цементных печей, кладки коксовых печей, ванн стекловаренных печей и т. п.), технического фарфора, который должен обладать высокой механической, химической и термической стойкостью. Эти свойства фарфора, как правило, улучшаются с увеличением содержания муллита 3А1203 X 2SiO2 (степень муллитизации) [4].
Известно, что основным сырьем для производства стеновых изделий служат глина, суглинки, глинистые сланцы (аргиллиты) с содержанием А1203 8-28%, SiO2 45-80%, Fe2O3 2 — 15%. Содержание А1203, SiO2 и Fe2O3 в полянской глине соответствует указанному интервалу, количество первых двух оксидов ближе к нижнему значению указанного интервала.
Полянскую глину можно использовать для производства строительной керамики: стеновых материалов (различные виды глиняного кирпича), кровельной черепицы и некоторых других керамических изделий.
Глина Купинского месторождения имеет бурый цвет. Анализ порошковой рентгеновской дифрактограммы показал, что исследуемые образцы купинской глины состоят из: монтмориллонита (1.8881, 1.5343, 1.1755, 0.5485, 0.4844, 0.3545, 0.3496, 0.3356, 0.2903, 0.2587, 0.2132, 0.1989, 0.1690, 0.1517 нм);кварца (0.4270, 0.3356, 0.2285, 0.1821, 0.1672, 0.1650, 0.1609, 0.1543 нм); иллита (0.5485, 0.3356, 0.2903, 0.2463, 0.1650, 0.1517 нм); каолинита (0.4843, 0.4191, 0.3860, 0.3584, 0.2243, 0.2189, 0.1930, 0.1854, 0.1663 нм); кальцита (0.3034, 0.1626, 0.1609, 0.1508, 0.2285 нм); доломита (0.4114, 0.2463, 0.1761 нм). В изучаемой глине зафиксированы полевые шпаты: ортоклаз (0.6473, 0.4069, 0.3801, 0.3469, 0.2955, 0.2835, 0.2658, 0.1989, 0.1821 нм) и анорит (0.3920, 0.3164, 0.2835, 0.2658 нм). Содержание монтмориллонита в глине Купинского месторождения достигает 40,5 мас. %.
Исследуемый образец купинской глины имеет следующий химический со став, мас. %: А1203 -12,03; SiO2 - 66,78 Feобщ - 5,50; Fe2O3 - 7,87; FeO - 0,50 ТЮ2 - 0,70; СаО - 1,80; MgO - 1,30 МпО - 0,028; Р2О5 - 0,14; №2О - 0,245 К2О - 1,90; S - 0,02; п.п.п. - 7,08 2 = 100, 39.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.