ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ КАОЛИНА МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЖУРАВЛИНЫЙ ЛОГ. ЧАСТЬ 1
Аннотация
Значительная часть каолина, используемого в России, импортируется из Украины. Существует неотложная необходимость в импортозамещении, тем более что в России имеются соответствующие залежи алюмосиликатного сырья. Крупнейшим (более 60 млн т подтвержденных запасов первичного каолина) является месторождение чистых каолинов Журавлиный Лог (Челябинская область, Россия). В работе выполнен химический и фазовый анализ обогащенного концентрированного каолина данного месторождения. Соотношение SiO2/Al2O3 в данном сырьевом материале составило 1,30. Содержание свободного оксида кварца – до 4,4%. Оксид кальция и слюда не обнаружены. Порошок каолина является тонкодисперсным (основная часть до 2 мкм) сырьевым материалом. В работе изучено термическое поведение обогащенного концентрированного каолина данного месторождения методами комплексного термического, рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье. Показано, что дегидроксилирование природного обогащенного каолина протекает при температуре примерно 500 °С, а при 910 °С метакаолинит превращается, предположительно, в кремниевую шпинель. Отсутствие пика около 250–300 °C указывает на отсутствие свободного гиббсита Al(OH)3 или гётита FeOOH в обогащенном продукте. По величинам рефлексов в диапазоне 2θ 20–22° оценен индекс Хинкли (HI) как показатель порядка структуры: НI = 1,76, что указывает на высокую степень упорядоченности обогащенного каолина. После термической обработки при 400 °С индекс Хинкли снизился до 1,69. Размер кристаллитов вдоль оси с составил 61,5 нм. Муллит представлял собой основную фазу при 1200 °С.
Для цитирования:
Филатова Н.В., Косенко Н.Ф., Денисова О.П., Садкова К.С. Физико-химическое изучение каолина месторождения Журавлиный Лог. Часть 1. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 8. С. 85-93. DOI: 10.6060/ivkkt.20226508.6656.
Литература
Fierascu I., Baroi A.M., Brazdis R.I., Fistos T., Nicolae C.A., Raditoiu V., Inel I.C., Sava V., Fierascu R.C. Ar-chaeometrical Characterization of Romanian Late Bronze Age Ceramic Fragments. Front. Mater. 2021. V. 8. Art. 630137. DOI: 10.3389/fmats.2021.630137.
Murray H.H. Applied clay mineralogy. Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite, Sepiolite, and Common Clays. Elsevier. 2007. 189 p. DOI: 10.1016/S1572-4352(06)02008-3.
Boudchicha M.R., Rubio F., Achour S. Synthesis of glass ceramics from kaolin and dolomite mixture. Int. J. Miner., Metall., Mater. 2017. V. 24. P. 194–201. DOI: 10.1007/s12613-017-1395-4.
Usman J., Othman M.H.D., Ismail A.F., Rahman M.A., Jaafar J., Abdullahi T. Comparative study of Malaysian and Nigerian kaolin-based ceramic hollow fiber membranes for filtration application. Malaysian J. Fund. Appl. Sci. 2020. V. 16. N 2. P. 182-185. DOI: 10.11113/mjfas.v16n2.1484.
Mocciaro A.,·Conconi M.S., Rendtorff N.M., Scian A.N. Ceramic properties of kaolinitic clay with monoaluminum phosphate (Al(H2PO4)3) addition. J. Therm. Anal. Calorim. 2021. V. 144. N 4. P. 1083–1093. DOI: 10.1007/s10973-020-10488-2.
Yang X., Yang W., Hu J. Preparation of Low-Dielectric-Constant Kaolin Clay Ceramics by Chemical Cleaning Method. Front. Mater. 2021. V. 8. Art. 692759. DOI: 10.3389/fmats.2021.692759.
Ahmed N.M. Comparative study on the role of kaolin, cal-cined kaolin and chemically treated kaolin in alkyd-based paints for protection of steel. Pigment Resin Technol. 2013. V. 42. N 1. P. 3–14. DOI: 10.1108/03699421311288715.
Frías M., Rodríguez O., De Rojas M.S. Paper sludge, an environmentally sound alternative source of MK-based cementitious materials. A review. Construct. Build. Mater. 2015. V. 74. P. 37–48. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.10.007.
Gordina N.E. Mechanochemical activation as method of intensifying synthesis processes of low-modulus zeolites. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 7. P. 4-22 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186107.5687.
Gordina N.E., Prokof`ev V.Yu., Borisova T.N., Elizarova A.M. Synthesis of granular low-modulus zeolites from metakaolin using mechanochemical activation and ultrasonic treatment. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 7. P. 99-106 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt201962fp.5725.
Mocciaro A., Lombardi M.B., Scian A.N. Effect of raw material milling on ceramic proppants properties. Appl. Clay Sci. 2018. V. 153. P. 90-94. DOI: 10.1016/j.clay.2017.12.009.
Bewa C.N., Tchakoute H.K., Banenzoue C., Cakanou L., Mbakop T.T., Kamseu E., Ruscher C.H. Acidbased geopolymers using waste fired brick and different metakaolins as raw materials. Appl. Clay Sci. 2020. V. 198. 105813. DOI: 10.1016/j.clay.2020.105813Get.
Jindal B.B., Alomayri T., Hasan A., Kaze C.R. Geopolymer concrete with metakaolin for sustainability: a compre-hensive review on raw material's properties, synthesis, performance, and potential application. Environ. Sci. Pollut. Res. 2022. Jan 9. DOI: 10.1007/s11356-021-17849-w.
Liu X., Jiang J., Zhang H., Li M., Wu Y., Guo L., Wang W., Duan P., Zhang W., Zhang Z. Thermal stability and microstructure of metakaolin-based geopolymer blended with rice husk ash. Appl. Clay Sci. 2020. V. 196. 105769. DOI: 10.1016/j.clay.2020.105769.
Jia D., He P., Wang M., Yan Sh. Geopolymer and Geopolymer Matrix Composites. Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2020. 310 p. DOI: 10.1007/978-981-15-9536-3.
Khairy M., Ayoub H.A., Rashwan F.A., Abdel-Hafez H.F. Chemical modification of commercial kaolin for mitigation of organic pollutants in environment via adsorption and generation of inorganic pesticides. Appl. Clay Sci. 2018. V. 153. P. 124–133. DOI: 10.1016/j.clay.2017.12.014.
Mustapha S., Tijani J.O., Ndamitso M.M., Abdulkareem S.A., Shuaib D.T., Mohammed A.K., Sumaila A. The role of kaolin and kaolin/ZnО nanoadsorbents in adsorption studies for tannery wastewater treatment. Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 13068. DOI: 10.1038/s41598-020-69808-z.
Zhang Q., Yan Z., Ouyang J., Zhang Y., Yang H., Chen D. Chemically modified kaolinite nanolayers for the removal of organic pollutants. Appl. Clay Sci. 2018. V. 157. P. 283–290. DOI: 10.1016/j.clay.2018.03.009.
Faghih S., Zamani Z., Fatahi R., Omidi M. Influence of kaolin application on most important fruit and leaf characteristics of two apple cultivars under sustained deficit irrigation. Biolog. Res. 2021. V. 54. N 1. DOI: 10.1186/s40659-020-00325-z.
Kumar S. Kaolin Market Size, Share & Trends Analysis Report by Application (Ceramics, Plastic, Pharmaceuticals & Medical, Paint & Coatings, Cosmetics, Fiber Glass, Paper, Rubber), by Region, and Segment Forecasts, 2019–2025. Res. Market. 2019. DOI: 10.1016/j.focat.2019.06.012.
Rackstraw P. Positive outlook for kaolin in ceramics. Indust. Minerals. 2019. N 609. P. 28-32.
Badr M.S.H., Yuan Sh., Dong J., El-Shall H., Bermudez Y.A., Ortega D.C., Lopez-Rendon J.E., Moudgil B.M. The Properties of Kaolin from Different Locations and Their Impact on Casting Rate. KONA Powder Part. J. 2020. V. 38. P. 251-259. DOI: 10.14356/kona.2021002.
Cheng Y., Xing J., Bu Ch., Zhang J., Piao G., Huang Y., Xie H., Wang X. Dehydroxylation and Structural Distortion of Kaolinite as a High-Temperature Sorbent in the Furnace. Minerals. 2019. V. 9. N 10. P. 587. DOI: 10.3390/min9100587.
Tchanang G., Djangang Ch.N., Abi C.F., Moukouri D.L.M., Blanchart Ph. Synthesis of reactive silica from ka-olinitic clay: Effect of process parameters. Appl. Clay Sci. 2021. V. 207. P. 106087. DOI: 10.1016/j.clay.2021.106087.
Yan K., Guo Y., Fang L., Cui L., Cheng F., Li T. Decomposition and phase transformation mechanism of kaolin-ite calcined with sodium carbonate. Appl. Clay Sci. 2017. V. 147. P. 90–96. DOI: 10.1016/j.clay.2017.07.010.
Xu X., Lao X., Wu J., Zhang Y., Xu X., Li K. Micro-structural evolution, phase transformation, and variations in physical properties of coal series kaolin powder compact during firing. Appl. Clay Sci. 2015. V. 115. P. 76–86. DOI: 10.1016/j.clay.2015.07.031.
Ghorbel A., Fourati M., Bouaziz J. Microstructural evolution and phase transformation of different sintered Kaolins powder compacts. Mater. Chem. Phys. 2008. V. 112. N 3. P. 876–885. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2008.06.047.
Sperinck Sh., Raiteri P., Marks N., Wright K. Dehydroxylation of Kaolinite to Metakaolin - A Molecular Dynamics Study. J. Mater. Chem. 2011 V. 21. N 7. P. 2118-2125. DOI: 10.1039/C0JM01748E.
Shimanskaya A.N., Dyatlova E.M., Popov R.Yu. Refractory Clay Raw Materials of Republic of Belarus for Production of the Porcelain Tile. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 12. P. 39-44 DOI: 10.6060/ivkkt.20196212.6018.
URL: http://kaolinzhl.ru/company/ (date of application: 20.02.2022).
Solodkiy N.F., Solodkaya M.N., ShamriKov A.S. Utilization of kaolin from 'Zhuravlinyj Log' deposit in production of fine ceramics. Ogneupory Tekhn. Keramika. 2000. N 5. P. 34-35.
Argynbaev T.M., Stafeeva Z.V., Belogub E.V. Deposit of Kaolins «Zhuravliny Log» - Complex Raw Materials for Manufacture of Building Materials. Stroit. Materialy. 2014. N 5. P. 68-71 (in Russian).
Li J., Lin H., Li J., Wu J. Effects of different potassium salts on the formation of mullite as the only crystal phase in kaolinite. J. Eur. Ceram. Soc. 2009. V. 29. N 14. P. 2929–2936. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.04.032.
