Разработка технологии активации бентонитового сырья для связующих, страница 8

Приведенный в разделе 1.1 аналитический обзор литературных источников [__] позволяет выделить три потенциально возможных принципа повышения связующей способности бентонитовых глин. Первый заключается в повышении степени дисперсности частиц минерала. Второй связан с увеличением адгезионно-кагезионной свойств прочности единичных контактов F. Третий представляет комбинацию двух первых. Обозначенные принципы обобщенно отражают основные положения теории регулирования каллоидно-химических свойств глинистых минералов [__], согласно которым регулирование указанных свойств возможно производить за счет: изменения дисперсности частиц минерала, изменения характера образования контактов частиц, преобразования кристаллической структуры глины. На основании такого разделения можно констатировать, что большинство научных работ [  ] в области литейного производства связывает потенциальные возможности улучшения эксплуатационных свойств бентонитового сырья с повышением степени дисперсности минерала [__]. Соответственно, абсолютное большинство известных методов активации формовочного сырья для глинистых связующих реализуют только первый из обозначенных принципов.

Наиболее распространенным и общепризнанным из них является метод механохимической активации. Он положен в основу большинства современных технологий промышленной переработки и активации глинистых минералов не только в литейном производстве, но и во многих других отраслях [__]. Это объясняется тем что механическое воздействие на минерал позволяет наиболее доступным и рентабельным образом создать энергонапряженность воздействия, достаточную для возникновения деформационных дефектов структуры минерала и создания активных центров в сравнительно больших объемах материала. Иные методы, как правило, имеют либо узкую область применения, либо низкую эффективность в виду их специфики (высокоэнергоемки, приемлемы для реализации в малых объемах, требует особых свойств и условий введения реагента, реализуется на условии последующего рецикла жидкости и т.д.) [__], что существенно ограничивает их применение. Такими недостатками обладают методы ультразвуковой и вибрационной обработки. Метод активации бентонитов в магнитном поле [__] малоэффективно влияет на их связующую способность но существенно повышает текучесть (на 30–50%) и водопоглащающую способность (25–30%) смесей.

Общепризнанные и традиционные для литейного производства методы механохимической активации щелочноземельных бентонитов предусматривают производственную переработку карьерной глины, как правило в местах ее добычи, и заключаются в обработке глинистого сырья солями натрия (Na₂CO₃, NaOH, Na₃PO₄, Na₂B₄O₇), анионы которых образуют в воде труднорастворимые соединения с катионами Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ [ ]. В основе химической части активационных процессов лежат реакции ионного обмена, направленные на создание оптимального (рис.2) состава обменного комплекса минерала, который обеспечивает максимально возможные прочностные свойства связующей композиции. Иными словами сущность традиционной химической активации щелочноземельных формовочных бентонитов заключается в создании возможности их искусственного перевода в Na форму (50-60% Na⁺), а гарантом высокой связующей способности бентонита выступают высокая степень дисперсности минерала при приемлемой прочности связи в единичных контактах F.

В процессе механо-химической обработки минерала в бентонит вводится натрий содержащий реагент из условия:

, %

где М - массовая доля реагента;

Э - эквивалент реагента, г/(г_*экв.);

å - сумма обменных катионов природного бентонита, мг_*экв/100;

0,5-0,6 - оптимальная доля щелочных катионов;

Na⁺ - количество щелочных катионов в природном бентоните, мг_*экв/100;

0,001 - коэффициент перевода мг;

В результате катионообменных реакций увеличивается коэффициент щелочности бентонита, а поскольку катион Na⁺ связывает значительное количество водной дисперсной среды ввиду его высокой гидрофильности, вокруг глинистых частиц развиваются гидратные слои, что приводит к диспергированию [  ] и увеличению количества открытых кислородных позиций.