Изучение некоторых физико-химических характеристик глины юга Кыргызстана

По величине обменной способности дисперсные минералы делятся на три группы:

1) с большой обменной  емкостью, в среднем равной 80-100 мг-экв на 100 г глины (монтмориллонит, байделлит, вермикулит, галлуазит).

2) со средней обменной  емкостью (некоторые цеолиты, слюды, полевые шпаты).

3) с малой обменной  емкостью, в среднем равной 3-15 мг-экв на 100 г глины (каолиниты, пирофиллит, тальк).

       По методу  Бабко-Аскинази-Алешина перед определением емкости катионного обмена из глины были удалены карбонаты. Для этого на лабораторных весах были взяты навески глины по 2,5 г, которые  были помещены в химический стакан вместимостью 50 мл и обработаны раствором разбавленной соляной кислоты. Раствор соляной кислоты приливали в стакан с глиной порциями по 25-30 мл, тщательно перемешивали, затем декантацией сливали отстой на фильтр. После удаления карбонатов глину промывали от кислоты 250 мл дистиллированной водой. После этого к пробе глины приливали 300 мл хлористого бария и пробу полностью переносили на фильтр. Далее проводили насыщение глины хлористым барием в течение 10-12 часов. По окончании насыщения хлористым барием пробу глины фильтровали на фильтре и фильтр промывали один раз дистиллированной водой и оставляли на воздухе на ночь. Подсушенный фильтр с глиной переносили в колбу вместимостью 200 мл, добавляли в нее 100 мл раствора серной кислоты, взбалтывали содержимое в течение 5 минут и отфильтровывали. Затем отбирали по 20 мл фильтрата в конические колбы вместимостью 100 мл и титровали 0.1 М раствором гидроксида натрия до слабо-розовой окраски в присутствии 2 капель фенолфталеина. Затем проводили контрольное титрование 20 мл исходного раствора 0,05 М раствора серной кислоты.

Обработку результатов проводили по следующей формуле:

 

 

 где ЕКО - емкость катионного обмена в мг-экв на100 г глины;

V-объем раствора гидроксида натрия, израсходованного на контрольное титрование 20 мл серной кислоты, мл;

V1- объем раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование      20 мл фильтрата, полученного при вытеснении ионов Ba2+ серной кислотой, мл

C - молярная концентрация раствора гидроксида натрия

V2- объем серной кислоты, взятый для вытеснения поглощенного глиной хлористого бария, мл;

m - масса навески воздушно-сухой глины, г;

V3- объем фильтрата, взятый для титрования, мл;

100-коэффициент пересчета  на 100 г глины.

Поглощенный натрий определяли по методу Антипова-Каратаева. Метод основан на вытеснении обменного натрия титрованным раствором сернокислого кальция, при этом Ca2+ вытесняет поглощенный натрий.

      На лабораторных  весах были взяты навески глины  по 5 г, которые поместили в колбу вместимостью 250 мл, куда прибавляли 200 мл титрованного раствора гипса CaSO4 *2H2O. Колбу закрывали пробкой, несколько раз взбалтывали и оставляли на ночь. Затем раствор отфильтровали в сухую колбу через плотный беззольный фильтр. Отбирали пипеткой 100 мл фильтрата, помещали в коническую колбу и нагревали до кипения. К горячему раствору постепенно приливали 70 мл щелочной смеси (Na2CO3 и NaOH). При этом выпадает белый осадок CaCO3 и Mg(OH)2, поскольку в равновесный раствор вместе с обменным натрием переходит водорастворимый магний.  Раствор с выпавшим осадком CaCO3+Mg(OH)2 кипятили 2-3 мин, после чего этого ставили на 15-20 мин на электроплитку для лучшего выделения осадка.       После охлаждения сначала на воздухе, а затем охлаждением на холодной водяной бане раствор вместе с осадком переносили в мерную колбу емкостью 200 мл, доливали дистиллированную воду до метки, перемешивали и фильтровали через плотный беззольный фильтр в сухую колбу. Отбирали пипеткой 100 мл прозрачного фильтрата, помещали в коническую колбу и титровали 0,1н раствором HCL по метиловому оранжевому. По количеству затраченного 0,1н раствора HCL определяли поглощенный натрий.

     Количество  обменного кальция в глине  определялось путем вытеснение  его магнием, находящимся в спиртовом  растворе MgSO4 и последующим осаждением иона SO42- 10%-ным раствором BaCl2 в виде BaSO4.

На лабораторных весах были взяты навески глин по 10 г, помещали в колбу вместимостью 200 мл и прибавляли 5 0 мл раствора сернокислого магния и 50 мл этилового спирта. Жидкость взбалтывали и оставляли на ночь. Затем раствор отфильтровали в сухую колбу через плотный беззольный фильтр. Отбирали пипеткой 100 мл фильтрата, помещали в коническую колбу и добавляли 2-3 капель HCL и 5 мл горячего раствора BaCL2. Выпадает белый осадок BaSO4, который оставляли до следующего дня, затем осадок отфильтровываем. Осадок промываем горячей водой, фильтры переносим в заранее взвешанные на аналитических весах тигли, которые сушатся до постоянного веса в муфельной печи, затем взвешиваются на аналитических весах.

Обработку результатов проводили по следующей формуле:

                                                       

где  Х - содержание сульфатов в мг/л, а - масса тигля с осадком, мг

в - масса тигля, мг,

с - масса осадка холостой пробы, мг

0,4115 - коэффициент пересчета  BaSO4 на SO42- 

V -  объем фильтрата, взятый для осаждения сульфатов, мл

Поглощенный магний определяли  по разности.

Результаты определения емкости обмена и состава обменных катионов и pH водных суспензий приведены в таблице 2.3.

                                                                                             Таблица 2.3

Емкость обмена и состав обменных катионов глины Бешкент

№ пробы	мг-экв на 100 г глины
	Емкость обмена	Ca++	Mg++	Na+
1	60,2	39,9	16,3	4,0
2	58,8	38,9	16,4	3,5
3	57,4	38.0	16,3	3,1
Среднее значение	58,8	39,0	16.3	3,5

                                                                                                   

При изучении емкости катионного обмена глины месторождения Бешкент значение емкости катионного обмена равно 58.8 мг-экв на 100 г глины. По величине емкости катионного обмена глину Бешкент можно отнести к глинам со средним значениям емкости обмена.

Как видно из таблицы 2.5, величина емкости катионного обмена катион замещенных форм  ниже, чем у природной глины, причем у натрий замещенной формы ниже, чем у кальций замещенной формы. При получении натрий замещенной формы  глины Бешкент рН водной суспензии увеличивается за счет увеличения содержания ионов натрия.

 

 

Таблица 2.4

Емкость катионного обмена глины Бешкент и ее катион замещенных форм.

Проба	мг-экв на 100 г глины
	Емкость обмена	Ca++	Mg++	Na+	рН водной   суспензии
Природная форма	58,8	39,0	16,3	3,5	7,0
Na   - форма	40,5	16,5	13,5	10,5	8,0
Ca  -  форма	47	20,5	14	12,5	7,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученные экспериментальные данные по определению элементного состава глины Бешкент позволяют делать  вывод, что в глине содержатся значительные количества  оксидов кальция и оксидов магния, что в свою очередь, говорит о том, что, вероятнее всего, в глине Бешкент содержатся  карбонаты кальция и магния. Соотношение содержания оксида кремния к оксиду алюминия в глине  месторождения Бешкент – 5:1, что позволяет делать вывод о том, что глину  Бешкентского месторождения можно отнести к бентонитовым глинам. Химический состав натрий замещенной формы глины Бешкент показывает изменение содержания основных оксидов и незначительное уменьшение содержание диоксида кремния и небольшое увеличение содержания оксида натрия. Величины  емкости катионного обмена глины Бешкент 58,8, что  позволяет отнести ее к глинам со средним значением емкости катионного обмена.

 Величины емкости катионного  обмена у катион замещенных форм глины Бешкент  ниже, чем у природной формы, причем натрий замещенная форма имеет самое низкое значение емкости катионного обмена, что можно объяснить изменением состава обменных катионов в процессе получения катион замещенных форм глины.

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ:

Изучены физико-химические свойства глины Бешкент:

а) получены катион замещенные формы глины Бешкент (натрий замещенные и кальций замещенные формы)

б) определен элементный состав глины Бешкент и ее катион замещенных форм

в) определены емкости катионного обмена глины Бешкент и ее катиони замещенных форм. У катион замещенных форм глины значение емкости катионного обмена меньше, чем у природной формы глины Бешкент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Тусупова К. Н. Клинико – иммунологическая эффективность монтмориллонитовой глины (тагансарбента) при сальмонеллезе. Автореферат дисс. На соискание ученой степени к. мед. наук. Алматы, 2005 г.
2. Грим Р.Е. Минералогия и использование глин. М.:Мир, 1967,512 с.
3. Батталова Ш.Б. Физико-химические основы получения применения катализаторов и адсорбентов из бентонитов. Алма - Ата: Наука,1986, 165с.
4. Сало Д.П., Овчаренко Ф.Д. Высокодисперсные минералы в фармации и медицине. Киев: Наукова думка, 1969, 215 с.
5. Eleni Koutsopolou, Dimitris Papoulis, Panagiota Tsolis-Katagas, Michael Komoros. Clay minerals used in sanitary landfills for the retention of organic and inorganic pollutants. Applied Clay Science, volume 49, issue 4, August 2010, pages 372- 382.
6. M. Isabel Carretero, Manuel Pozo. Clay and non-clay minerals in the pharmaceutical and cosmetic industries. Part II.Active ingredients. Applied Clay Science, volume 49, issue 4, August 2010, pages 372- 382.
7. Giinseli Ozdemir, Saadet Yapar3’, Mine Ho^gor Limoncu. Preparation of cetylpyridinium montmorillonite for antibacterial applications. Applied Clay Science .Volume 72. February 2013, рages 201-205
8. Stefan Dultz’ Jong-Hyok Ana, Beate Riebe. Organic cation exchanged  montmorillonite and vermiculite as agsorbents for Cr (VI): Effect of layer charge on adsorption properties.Applied Clay Science, Volumes 67-68. October 2012 pages, 125-133
9. T.S. Anirudhan, S. Jalajamony,. Adsorption of heavy metal ions from aqueous solutions by amine and carboxylate functionalised bentonites. Applied Clay Science,Volumes 65-66, September 2012, рages 67-71
10. Mabrouk Eloussaief, Ikram Jarraya, Mourad Benzina. Adsorption of copper ions on two clays from Tunisia: pH and temperature effects. Applied Clay Science, Volume 46, Issue 4, December 2009, рages 409-413
11. M. Haiiaji, H. El Arfaoui. Adsorption of methylene blue and zinc ions on raw and acid-activated bentonite from Morocco. Applied Clay Science. Volume 46, Issue 4, December 2009, рages 418-421
12. M. Ghiacia’, H. Aghaeif S. Soleimanianb, M.E. Sedaghat Enzyme immobilization: Part 1. Modified bentonite as a new and efficient support for immobilization of Candida rugosa lipase. Applied Clay Science .Volume 43, Issues 3-4, March 2009, pages 289-295.
13. Katerina Malachova1, Petr Praus’, Zuzana Pavlickova , Martina Turkova'. Activity of antibacterial compounds immobilised on montmorillonite. Applied Clay Science , Volume 43, Issues 3-4, March 2009, pages 364-368
14. Yuhang Zhou, Meisheng Xia, Ying Ye, Caihong Hu’. Antimicrobial ability of Cu2H-montmorillonite. Applied Clay Science ,Volume 27, Issues 3-4, December 2004, pages 215-218
15. Семененко М. П. Фармакология и применение бентонитов в ветеринарии. Автореферат дисс. на соискание ученой степени доктора ветеринарных наук. Краснодар, 2008 г.  
16. Уолкер Г.Ф.— В кн.: Рентгеновские методы определения минералов глин. ИЛ, М., 1955, стр. 217
17. Сало Д.П., Овчаренко Ф.Д. Высокодисперсные минералы в фармации и медицине. Киев: Наукова думка, 1969, 39 с.

18. Вопросы минералогии глин. /Под ред. В.П. Петрова - М.: Изд-во иностр. лит.,1962, 463 с.

19. Уоррел У. Глины и керамическое сырье. - М.: Мир, 1978, 237с.

20. Мерабишвили М. С. Бентонитовые глины. Тбилиси: Мецниереба, 1979, 310

21. Арипов Э.А. Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование. Ташкент, "Фан"  1970, 252 с.

22. Соколова Т. А., Дронова Т. Я., Толпешта И.И. Минеральные глины в почвах. Тула: Гриф и К. ,2005, 336 с.

23 . Звягин Б. Б. Электронография и структурная кристаллография глинистых минералов. М.: Наука 1964, 282 с.

24. Батталова Ш. Б., Дуймагамбетова С. Д. Глины, их минералогия, свойства и практическое значение. М.: Наука, 1970, 257 с.

25. Батталова Ш.Б. Физико-химические основы получения применения катализаторов и адсорбентов из бентонитов. Алма - Ата: Наука,1986, 165с.

26. Овчаренко Ф. Д.,  Гидрофильность глин и глинистых минералов. Киев: АН УССР, 1961, 275 с.

27. Арипов Э.А., Агзамходжаев А.А. Активные центры монтмориллонита и хемосорбция. Ташкент, "Фан", 1983, 164 с.

28. Минеральные ресурсы неметаллических полезных ископаемых Кыргызской Республики. Справочник. Бишкек, 1996, 235 с.