WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

На правах рукописи

Кононенко Сергей Александрович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ

БЕНТОНИТА ТАРАСОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

ДЛЯ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

05.17.01 – «Технология неорганических веществ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новочеркасск – 2009

Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) на кафедре технологии неорганических веществ.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Таранушич Виталий Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ильин Александр Павлович

доктор технических наук, профессор Зубехин Алексей Павлович

Ведущая организация: Донской государственный технический университет,

г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 30 июня 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д.212.304.05 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в 107 ауд. главного корпуса по адресу: 346428, Ростовская область, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)», с авторефератом – на сайте www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан «____» ____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Жукова И.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бентонитовые глины принадлежат к числу важнейших неметаллических полезных ископаемых и широко используются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Объем добычи бентонитовых глин в мире в течение последних лет стабильно составляет ежегодно около 10 млн. т.

Основным потребителем природных глин и продуктов на их основе является промышленность – металлургическая, литейная, буровая, химическая, нефтехимическая, строительная, керамическая, пищевая, фармацевтическая, техническая экология и др. Согласно структуре потребления, до 25 % бентонитов в мире используется для приготовления формовочных смесей, до 60 % – в производстве адсорбентов, буровых растворов, железорудных окатышей. Прогнозируемая потребность в качественном бентоните только машиностроительного и металлургического комплексов России на 2010 г. составляет не менее 750800 тыс. т.

Добыча и производство бентонитовых глин в России в настоящее время значительно отстаёт от потребностей промышленности, структура запасов сырья крайне неблагоприятна. Очевидно, что развитие отечественной базы высококачественного бентонитового сырья и разработка технологий подготовки природного сырья с учетом особенностей химико-минералогического состава, физико-химических свойств, области применения бентонитов, является важной научной и практической задачей.

На территории России бентониты представлены месторождениями Восточно-Европейской платформы и менее широко – в пределах Западно-Сибирской платформы, в Северо-Восточном регионе, на Урале и Дальнем Востоке. Качество глин по разведанным промышленным категориям сравнительно невысоко – большинство месторождений представлены щелочноземельными бентонитами. Однако проблема получения бентонитов с заданными свойствами может быть решена при использовании физико-химических методов модифицирования.

В последнее время особое внимание привлекают бентониты, характеризующиеся низкой стоимостью и большими запасами. Тарасовское месторождение бентонитов на севере Ростовской области по объему запасов является одним из крупнейших в Центральном экономическом районе – утвержденные запасы бентонита 25 млн. т. Бентонит данного месторождения составляет около 5 % объема добываемого отечественного сырья, однако, вследствие недостаточной изученности, пока не нашел широкого применения. В этой связи исследование бентонита Тарасовского месторождения, получение на его основе связующих для производства формовочных смесей являются актуальными.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением ЮРГТУ «Прогнозирование и разработка новых химических соединений с заданными свойствами, технологий и источников энергии», региональной научной программой «Комплексное исследование диатомитов и бентонитов Юга России».

Цель работы. Определение закономерностей модифицирования бентонита Тарасовского месторождения и разработка практических основ производства бентонитового связующего для формовочных смесей.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

Выполнить комплекс исследований химико-минералогического состава и физико-химических свойств бентонита Тарасовского месторождения.

Исследовать закономерности трансформации состава и свойств бентонита в процессе модифицирования.

Провести исследования на основе природных и модифицированных форм бентонита в процессах получения формовочных смесей.

Разработать рекомендации по технологии связующих для производства формовочных смесей на основе бентонита.

Научная новизна работы:

    1. Получены комплексные научные данные о химико-минералогическом составе и физико-химических свойствах бентонита Тарасовского месторождения.
    2. Определены закономерности изменения состава и свойств бентонита в зависимости от метода и условий модифицирования. Установлено, что обработка солями натрия изменяет тип ионообменного комплекса бентонита. Обогащение, кислотное, солевое, термическое модифицирование и модифицирование поверхностно-активными веществами трансформируют физико-химические свойства бентонита.
    3. На основе изучения химико-минералогического состава и физико-химических свойств бентонита установлена возможность получения связующих для производства формовочных смесей.
    4. Получены новые данные о влиянии технологических параметров на процессы получения формовочных смесей с использованием бентонитовых связующих.

Практическая ценность результатов исследований:

Определены условия модифицирования бентонита Тарасовского месторождения для получения эффективных связующих формовочных смесей.

Разработана новая технология бентопорошка с совмещением стадии обогащения и химического модифицирования с последующим макроструктурным модифицированием при сушке в распылительной сушилке.

Апробация и внедрение результатов. Результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на: 9ой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ95» (г. Москва, 1995 г.); Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика96» (г. Краснодар, 1996 г.); Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (г. Саратов, 1997 г.); Всероссийской конференции по технологии неорганических веществ (г. Казань, 2001 г.); Всероссийской конференции «Электрохимия и экология» (г. Новочеркасск, 2008 г.).

В промышленных условиях реализованы технологии получения бентопорошков с кондуктивным режимом сушки (АО «ЭМПИЛС», г. Ростов-на-Дону) и комбинированным модифицированием (АО «Новочеркасский керамический завод», г. Новочеркасск).

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, обобщении и анализе литературных данных, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обобщении результатов исследований, в том числе при подготовке публикаций по теме работы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, патент РФ, 6 тезисов докладов.

Достоверность проведенных исследований обеспечивалась использованием новых и стандартных методов исследований, проверкой их воспроизводимости.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 124 наименований, приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включает 36 таблиц и 22 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, показаны новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведены литературные данные о химико-минералогическом составе и физико-химических свойствах бентонитов.

Установлено, что в литературе имеются ограниченные сведения о свойствах бентонита Тарасовского месторождения. Рассмотрены физико-химические методы модифицирования бентонитов.

Во второй главе рассмотрены особенности применения бентонитов в качестве связующих для формовочных смесей в литейном производстве. Показано, что для получения эффективных связующих используются методы модифицирования бентонитов солями натрия и поверхностно-активными веществами. Проанализированы технологические аспекты получения модифицированных продуктов. Сформулированы задачи исследований.

В третьей главе описаны методики проведения экспериментальных исследований. Комплексное исследование минералогического состава бентонита осуществляли методами рентгенографического, термогравиметрического, микроскопического анализа и инфракрасной спектроскопии. Съёмку рентгенограмм проводили по ГОСТ 21216.1093 на дифрактометре ДРОН1,5, работающем в режиме УРС, на Cu K – излучении с никелевым фильтром. Термогравиметрические исследования выполняли на дериватографе системы МОМ Паулик (Q1500D). ИК-спектры снимали на спектрометре «Specord 75 IR». Микроскопические исследования проводили с помощью поляризационного микроскопа МП3 и растрового электронного микроскопа Quanta200, оснащённого системой энергодисперсионного анализа EDAX Genesis.

Химический состав образцов определяли в соответствии с методическими рекомендациями научного совета аналитических методов Всесоюзного института минерального сырья, состав ионообменного комплекса – согласно требованиям ГОСТ 2817789, в лаборатории Ростовской геологоразведочной экспедиции. Общую пористость и удельный суммарный объем пор оценивали по значениям кажущейся и истиной плотности. Удельную поверхность определяли хроматографически по тепловой десорбции аргона. Исследование адсорбции органического красителя метиленового голубого проводили согласно требованиям ГОСТ 2128393. Адсорбционную способность по парам воды и бензола изучали в статических условиях эксикаторным методом. Для определения дисперсного состава использовали ситовой и седиментационный методы анализа. Определение глинистой составляющей, коллоидальности, пластичности образцов проводили согласно требованиям ГОСТ 2817789, 3594.1093, 2121681; механической прочности на раздавливание – на экстензометре ИПГ1.

Удаление крупнозернистых включений бентонита проводили мокрым методом. Модифицирование карбонатом и пирофосфатом натрия осуществляли пластифицированием густой пасты в течение 48 ч. Кислотное модифицирование проводили серной кислотой при температуре 98 °С.

Изучение свойств бентонита как связующего материала для формовочных смесей проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 2817789 «Глины формовочные бентонитовые. Общие технические условия». Исследования были выполнены в лаборатории формовочных материалов АО «Ростсельмаш» (г. Ростов-на-Дону).

В четвертой главе приведены результаты исследований химико-минералогичес-кого состава и физико-химических свойств природного и модифицированного бентонитов Тарасовского месторождения.

В составе бентонита (таблица 1) присутствуют оксиды кремния, алюминия, железа, титана, щелочных и щелочноземельных металлов, в виде примесей – оксиды марганца, фосфора и серы.

Таблица 1 – Химический состав природного и модифицированного бентонитов

Оксиды

Содержание оксидов, %

Бентонит

природный

обогащенный

модифицированный

серной

кислотой

карбонатом

натрия

SiO2

72,60

72,30

75,20

67,70

Al2O3

11,55

12,15

10,15

13,47

Fe2O3+ FeO

4,29

4,25

2,40

4,77

K2O

1,45

1,58

1,47

1,91

Na2O

0,85

0,88

0,82

2,13

CaO

0,60

0,71

0,66

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»