Влияние давления на структуру каолинита в огнеупорных глинах Нижне-Увельского месторождения по данным ИК-спектроскопии

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения структуры каолиновых глин в связи с их широким промышленным применением. Физические и физико-химические свойства глин изменяются при различных техногенных воздействиях на них, что обусловлено преобразованием кристаллической структуры. Цель: изучение влияния давления на структуру каолинита. Объект: каолиновая глина Нижне-Увельского месторождения Челябинской области. Метод: инфракрасная спектроскопия. Инфракрасные спектры регистрировались на ИК Фурье-спектрометре в интервале 400…3800 см{-1}. Обработка ИК-спектров проводилась с помощью программного обеспечения Fspec. Результаты экспериментальных исследований показали, что обогащенная каолиновая глина Нижне-Увельского месторождения Челябинской области, не подверженная воздействию давлением, характеризуется частично упорядоченной (дефектной) структурой. При воздействии давлений от 10 до 650 МПа глина характеризуется частично упорядоченной структурой, при давлениях от 700 до 800 МПа - слабо и неупорядоченной структурой. Обработка каолина давлением повышает дефектность структуры на уровне пакета. Связи между Al-OH, Si-O-Al, внутренними и внутриповерхностными гидроксилами разрушаются, что приводит к вытеснению Al из октаэдрического и Si из тетраэдрического листов и формированию "дырочных" энергетических центров в кристаллической решетке каолинита. При этом влияние давления до 150 МПа на формирование дефектов в каолините выше, чем при давлениях от 150 до 800 МПа. Кроме того, при обработке каолина давлением происходит образование дефектов структуры на межпакетном уровне за счет скольжения, вращения и прокатки структурных пакетов между собой.

The research is relevant due to the need to study the structure of kaolin clays in relation to their wide industrial application. Physical and physico-chemical properties of clays change under various technogenic impacts on them. The change is caused by crystalline structure transformation. The main aim of the research is to study the effect of pressure on the structure of kaolinite. The object of the research is the kaolin clay of the Nizhne-Uvelskoe deposit of the Chelyabinsk region. The method of the research is the infrared spectroscopy. Infrared spectra were recorded on an IR Fourier-spectrometer in the range 400...3800 cm{-1}. IR spectrum was processed using Fspec software. The results of experimental studies showed that the enriched kaolin clay of the Nizhne-Uvelskoe deposit of the Chelyabinsk region, which was not exposed to pressure, is characterized by a partially ordered (defective) structure. Under the influence of pressures from 10 to 650 MPa, the clay is characterized by a partially ordered structure, at pressures from 700 to 800 MPa - a poorly ordered and disordered structure. Pressure treatment of kaolin increases the defectiveness of the structure at the packet level. The bonds between Al-OH, Si-O-Al, inner and inner-surface hydroxyls are destroyed, which leads to the displacement of Al from the octahedral and Si from tetrahedral sheets and the formation of «hole» energy centers in the kaolinite crystal lattice. Moreover, the effect of pressure up to 150 MPa on formation of defects in kaolinite is higher than at pressures from 150 to 800 MPa. In addition, during the processing of kaolin by pressure, structural defects are formed at the inter packet level due to sliding, rotation and rolling of structural packets between themselves.