ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ КАОЛИНА МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЖУРАВЛИНЫЙ ЛОГ (РОССИЯ). ЧАСТЬ 2
Аннотация
Изучены спектры ядерного магнитного резонанса с вращением под магическим углом (ЯМР ВМУ) обогащенного каолина месторождения Журавлиный Лог (Челябинская область, Россия) и продуктов его нагревания. В исходном каолине сильный сигнал 29Si наблюдался при –91,2 ppm, который соответствовал характерному резонансу слоистой силикатной структуры, не содержащей Al тетраэдров (Q3(0Al)). После нагревания до 800 °C центр сигнала Si смещался к –102,9 ppm. Пик становился шире, частично асимметричным, что могло указывать на разупорядоченную слоистую структуру метакаолина (Q3). При 900 °C центр спектральной линии находился при –106,8 ppm (Q4 Si), что соответствовало присутствию аморфного кремния или кристобалита. Спектр 27Al ЯМР исходного каолинита состоял из единственной острой линии с центром при 1,3 ppm, отнесенной к AlVI. Тепловая обработка выше 500 °C приводила к частичному разрушению слоистой структуры; появлялись две новые линии при 58,1–60,2 и 29,0–32,9 ppm, которые соответствовали атомам AlIVи AlV соответственно. Интенсивность сигнала AlIV быстро возрастала. Исходный каолин имел остроугольные частицы псевдогексагональной формы, которые указывали на высокую упорядоченность структуры минерала. С повышением температуры обработки (800–1200 °C) чешуйки становились более округленными, а при 1000–1200 °C наблюдалась их агломерация. По данным дилатометрической кривой каолина, в интервалах 500–650 °C и 630–880 °C наблюдалась небольшая усадка, отнесенная к дегидроксилированию каолинита и структурной перестройке метакаолинита соответ-ственно с последующим переходом в Si-Al шпинель выше 900 °C.
Для цитирования:
Косенко Н.Ф., Филатова Н.В., Денисова О.П., Сидоренко И.Н. Физико-химическое изучение каолина месторождения Журавлиный Лог (Россия). Часть 2. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 2. С. 46-51. DOI: 10.6060/ivkkt.20246702.6886.
Литература
Filatova N.V., Kosenko N.F., Denisova O.P., Sadkova K.S. The physicochemical investigation of the Zhuravliny Log kaolin. Part 1. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 8. P. 85-93. DOI: 10.6060/ivkkt.20226508.6656.
Liu Q., Spears D.A., Liu Q. MAS NMR study of surface-modified calcined kaolin. Appl. Clay Sci. 2001. V. 19. P. 89–94. DOI: 10.1016/S0169-1317(01)00057-6.
Yan K., Guo Y., Fang L., Cui L., Cheng F., Li T. Decomposition and phase transformation mechanism of kaolinite calcined with sodium carbonate. Appl. Clay Sci. 2017. V. 147. P. 90–96. DOI: 10.1016/j.clay.2017.07.010.
Kloprogge J. Spectroscopic Methods in the Study of Kaolin Minerals and their Modifications. Switzerland AG: Springer Nature. 2019. 434 p. DOI: 10.1007/978-3-030-02373-7.
Chakraborty A.K. Phase Transformation of Kaolinite Clay. India: Springer. 2014. 346 p. DOI: 10.1007/978-81-322-1154-9.
Walkley B., Provis J.L. Solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy of cements. Mater. Today Adv. 2019. V. 1. Art. 100007. DOI: 10.1016/j.mtadv.2019.100007.
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. Art. 587. DOI: 10.3390/min9100587.
Zhang X., Liu H., Xing H., Wang G., Deng H., Hu H., Li X., Yao H. Correlations between the sodium adsorption capacity and the thermal behavior of modified kaolinite during the combustion of Zhundong coal. Fuel. 2019. V. 237. P. 170–177. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.09.121.
Jia D., He P., Wang M., Yan S. Geopolymer and Geopolymer Matrix Composites. Singapore: Springer Nature. 2020. 310 p. DOI: 10.1007/978-981-15-9536-3.
Andrini L., Gauna M.R., Conconi M.S., Suarez G., Re-quejo F.G., Aglietti E.F., Rendtorff N.M. Extended and local structural description of a kaolinitic clay, its fired ceramics and intermediates: An XRD and XANES analysis. Appl. Clay Sci. 2016. V. 124–125. P. 39–45. DOI: 10.1016/j.clay.2016.01.049.
Hao R., Li X., Xu P., Liu Q. Thermal activation and structural transformation mechanism of kaolinitic coal gangue from Jungar coalfield, Inner Mongolia, China. Appl. Clay Sci. 2022. V. 223. Art. 106508. DOI: 10.1016/j.clay.2022.106508.
Zheng G., Cui X., Huang D., Pang J., Mo G., Yu S., Tong Z. Alkali-activation reactivity of chemosynthetic Al2O3–2SiO2 powders and their 27Al and 29Si magicangle spinning nuclear magnetic resonance spectra. Particuology. 2015. V. 22. P. 151–156. DOI: 10.1016/j.partic.2014.10.006.
Partschefeld S., Wiegand T., Bellman F., Osburg A. Formation of Geopolymers Using Sodium Silicate Solution and Aluminum Orthophosphate. Materials. 2020. V. 13. Art. 4202. DOI: 10.3390/ma13184202.
Zhou Y., Cheng H., Wei C., Zhang Y. Effect of acid activation on structural evolution and surface charge of different derived kaolinites. Appl. Clay Sci. 2021. V. 203. Art. 105997. DOI: 10.1016/j.clay.2021.105997.
Wang X., Zhang C., Zhu H., Wu Q. Reaction kinetics and mechanical properties of a mineral-micropowder/ metakaolin-based geopolymer. Ceram. Int. 2022. V. 48. P. 14173–14181. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.01.304.
Filatova N.V., Kosenko N.F., Morozova I.V. Colloid-chemical properties of kaolin Zhuravliny Log suspensions. Steklo Keramika. 2023. V. 96. N 2. P. 48-52 (in Russian). DOI: 10.14489/glc.2023.02.pp.048-052.
Claverie M., Martin F., Tardy J.P., Cyr M., De Parseval P., Grauby O., Le Roux C. Structural and chemical changes in kaolinite caused by flash calcination: Formation of spherical particles. Appl. Clay Sci. 2015. V. 114. P. 247–255. DOI: 10.1016/j.clay.2015.05.031.
Inocente J.M., Elyseu F., Jaramillo Nieves L.J., Jiusti J., Cargnin M., Peterson M. Production and characterization of high-reactivity metakaolins calcined in flash reactor. Appl. Clay Sci. 2021. V. 213. Art. 103247. DOI: 10.1016/j.clay.2021. 106247.
San Nicolas R., Cyr M., Escadeillas G. Characteristics and applications of flash metakaolins. Appl. Clay Sci. 2013. V. 83–84. P. 253–262. DOI: 10.1016/j. clay.2013.08.036.
Escalera E., Antti M L., Odén M. Thermal treatment and phase formation in kaolinite and illite based clays from tropical regions of Bolivia. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2012. V. 31. Art. 012017. DOI: 10.1088/1757-899X/31/1/012017.
