Технология модифицирования природных алюмосиликатов на основе Нурлатского бентонита тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат наук Бунтин Артем Евгеньевич

• Бунтин Артем Евгеньевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Бунтин Артем Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Структура и свойства природных алюмосиликатов

1.2 Способы изменения структуры и свойств природных алюмосиликатов

1.3 Прогнозирование свойств неорганических веществ по параметрам

химической связи

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования свойств природных алюмосиликатов

2.2.1 Методы исследования свойств алюмосиликатов

2.2.2 Методы исследования структуры алюмосиликатов

2.2.2.1 Определение гранулометрического состава

2.2.2.2 Определение структурных характеристик

2.2.2.3 Рентгенофазовый анализ

2.2.2.4 Спектроскопические исследования в инфракрасной области

2.3 Методика расчета параметров химической связи

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МОДИФИКАТОРОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ МОДИФИЦИРОВАНИЯ

АЛЮМОСИЛИКАТОВ

3.1 Влияние химической структуры на свойства оксидов

3.2 Обоснование выбора технологических операций модифицирования алюмосиликатов

3.3 Определение оптимальных размеров частиц модификаторов

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ

ПРИРОДНЫХ АЛЮМОСИЛИКАТОВ

4.1 Использование нанотехнологических принципов для модифицирования алюмосиликатов

4.1.1 Основные задачи технологии наномодифицирования

4.1.2 Механизмы действия наночастиц

4.2 Нанодисперсные модификаторы на основе оксидов алюминия и кремния

4.3 Исследования влияния нанодисперсных нанозолей оксидов алюминия и кремния на свойства природных алюмосиликатов

4.4 Влияние наночастиц оксидов алюминия и кремния на структуру бентонита

4.4.1 Оптическая и электронная микроскопия

4.4.2 Рентгенофазовый анализ

4.4.3 Инфракрасная спектроскопия

4.5 Технологическая схема модифицирования алюмосиликатов

4.5.1 Технико-экономическое обоснование

4.5.2 Исследования процессов флокуляции и седиментации суспензий бентонита с высокомолекулярными полимерными добавками для

очистки сточных вод

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список сокращений и условных обозначений

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1. Электронные фотографии структуры бентонита

Приложение 2. Технико-экономическое обоснование

Приложение 3. Расчеты минерального состава и продуктов обжига

алюмосиликатов

Приложение 4. Материальный баланс распылительной сушилки

Приложение 5. Акты использования результатов кандидатской диссертационной работы в ООО «ТОРОС ГК», «НАНОМЕТ и НПЦ

«Поиск-Волгатех»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология модифицирования природных алюмосиликатов на основе Нурлатского бентонита»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Бентониты являются важнейшими природными алюмосиликатами, которые используются в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Насчитывается более 200 направлений использования бентонитов и материалов на их основе. Наибольшей объем потребления бентониты получили в буровой (приготовлении буровых растворов), металлургической (связующий агент при окомковании железорудного концентрата), литейной (связующие в песчано-глинистых формах при литье чугуна и стали), керамической (керамзит и др.), химической (сорбенты, катализаторы, гидроизоляционные материалы инженерных барьеров, наполнители и др.) промышленностях. Ориентировочные запасы бентонита в мире составляют более 10 млр.т., в России -335 млн. т. Ежегодная добыча бентонита постоянно возрастает. Значительные запасы приходятся на Биклянское, Березовское и Нурлатское месторождения Республики Татарстан (44,6 млн. т.). Качество бентонитов по разведанным месторождениям невысокое. Основная часть разрабатываемых месторождений в России представлена осадочным бентонитом щелочноземельного типа, состоящего на 60-70 % из монтмориллонита, а также месторождения, сформированные бентонитоподобным алюмосиликатным сырьем.

Очевидно, что в условиях роста запасов, объемов добычи бентонита и потребностей промышленности актуальной задачей является разработка современных технологических решений, направленных на повышение качества отечественного алюмосиликатного сырья и получения на его основе продукции с улучшенными эксплуатационными и технологическими свойствами. Одним из перспективных направлений решений данной задачи может служить использование достижений в области нанотехнологий, в том числе связанных с введением активных наноструктурированных компонентов

(наномодифицирование) в исходное сырье или материал. За счет наномодифицирования становится возможным влиять на различные уровни (микро-, мезо- и макроуровни) структурной организации алюмосиликата и, как следствие, на его эксплуатационные свойства. Выбор данного направления

обусловлен стремлением к управлению структурообразованием для получения материалов с более высокими эксплуатационными показателями или их уникальными сочетаниями, достижение которых в рамках традиционных способов затруднительно.

Выбор способов подготовки, модифицирования алюмосиликатного сырья предполагает их глубокое научное обоснование. Одним из подходов является учет параметров химической связи элементов в алюмосиликатах, позволяющий не только оценить их влияние на структуру и свойства веществ, но и может использоваться как резервный инструмент для сужения круга поиска, выбора оптимальных технологических решений при разработке и совершенствовании технологии модифицирования алюмосиликатов.

Степень разработанности темы. Модифицированию алюмосиликатов посвящены работы ряда ученых P. Komadel, M. Rowles, В.О'Соппог, Л.П. Туманова, В.В. Крупская, И.А. Женжурист и др. Развитие методики расчета параметров химической связи и оценка ее влияния на особенности строения и свойств (включая «наноэффект») веществ ведется на кафедре «Материаловедение и технологии материалов» ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет» с 2001 года.

Цель работы: Научное обоснование и разработка технологии модифицирования природных алюмосиликатов.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

- провести анализ особенностей структуры, свойств природных алюмосиликатов и способов их активации;

- обосновать выбор модифицирующих добавок и технологических операций модифицирования природных алюмосиликатов;

- исследовать влияние нанодисперсных модифицирующих добавок на структуру и свойства природных алюмосиликатов на основе Нурлатского бентонита;

- оценить влияние модифицирующих добавок на соотношение компонент химической связи элемент-кислород в природных алюмосиликатах;

- разработать технологическую схему получения модифицированных алюмосиликатов из бентонита и продуктов на их основе.

Методология и методы исследований. Для определения свойств алюмосиликатов (набухаемость, прочность, показатель адсорбции, усадка и др.) применялись стандартные методы согласно ГОСТ 28840-90, 28177-89, 21283-93, 9169-75, 21216-2014. Исследования структурных характеристик бентонита проводились методами: Брунауера, Эммета и Теллера (БЭТ метод), оптической и электронной сканирующей микроскопии, инфракрасной спектроскопии, рентгенофазового анализа, лазерной дифракции. Для выбора технологических операций модифицирования алюмосиликатов, модифицирующих добавок и оценки их влияния на химическую структуру алюмосиликатов использована методика расчета компонент (параметров) химической связи (СК - степень ковалентности, СМ - степень металличности, СИ - степень ионности).

Научная новизна

1. Установлена эффективность наномодифицирования Нурлатского бентонита для улучшения свойств адсорбентов и формовочных смесей на его основе. Модифицирование бентонита для адсорбентов осуществляется путем введения в его водную суспензию стабилизированных гидрозолей наночастиц оксидов кремния (0,1%) или алюминия (0,5%), а для формовочных смесей последовательным введением наночастиц оксидов алюминия и кремния (по 0,1%) с последующим интенсивным перемешиванием, ультразвуковой и термической обработками. Наномодифицирование приводит к увеличению набухаемости до 20%, текучести водных суспензий до 2 раз и времени сушки на 5%, показателя адсорбции до 25% и прочности при сжатии сухих и обожжённых образцов до 2 раз.

2. Установлено, что наномодифицирование бентонита способствует уменьшению размера его частиц и увеличению удельной поверхности в ~ 1,4 -2 раза, формированию однородной структуры, высокодисперсной фазы на границах контактов и поверхностях алюмосиликатных частиц, изменению фазового состава после термической обработки (увеличивается доля рентгеноаморфной фазы, образуется фаза силлиманита). Указанные преобразования сопровождаются

изменением положения и интенсивности полос поглощения связей элемент-кислород в инфракрасных спектрах бентонита.

3. Создана база данных по влиянию параметров химической связи элемент-кислород в наиболее практически значимых оксидах на ее характеристики (длина, энергия), разницу в их химической структуре, свойствах и технологиях получения основных неорганических продуктов. Она использована как дополнительный инструмент для обоснования выбора нанодисперсных золей оксидов алюминия, кремния в качестве модификаторов и технологических операций модифицирования алюмосиликатов. На ее основе показано, что ковалентность связи Si-O в кремнекислородных фрагментах структуры бентонита снижается ~ на 3,7% при модифицировании его наночастицами оксида кремния и ~ на 2,6% у состава с наночастицами оксида алюминия.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработана технологическая схема получения модифицированных природных алюмосиликатов из бентонита нанодисперсными оксидами алюминия и кремния с улучшенными показателями адсорбции, прочности, текучести для дальнейшего их использования в производстве адсорбентов и формовочных смесей.

Разработана программа для ЭВМ № 2019618435 «Характеристики химической связи и их влияние на структуру и свойства простых веществ и оксидов», позволяющая оценить влияние соотношения компонент химической связи элемент-кислород на свойства оксидов и алюмосиликатов на их основе.

Результаты работы использованы для совершенствования технологий очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов и получения формовочных смесей с улучшенными эксплуатационными свойствами в ООО «ТОРОС ГК», «НАНОМЕТ» и НПЦ «Поиск-Волгатех».

Личный вклад автора состоит в подготовке литературного обзора, постановке задач, планировании и проведении исследований, анализе, обобщении, систематизации теоретических и экспериментальных данных, развитии и апробации методики расчета компонент химической связи.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Научный подход по обоснованию выбора технологических операций модифицирования алюмосиликатов через дополнительную оценку влияния соотношения компонент химической связи элемент-кислород на структуру и свойства оксидов их составляющих.

2. Особенности изменения структуры и свойств природных алюмосиликатов в зависимости от типа, концентрации модифицирующей добавки на основе нанодисперсных оксидов алюминия и кремния.

3. Совокупность операций и характеристик золей оксидов алюминия и кремния, обеспечивающих улучшение свойств алюмосиликатного сырья из бентонита, суспензий и материалов на их основе.

Достоверность и обоснованность полученных результатов работы обеспечивается применением апробированной методики, их согласованием с фундаментальными положениями, литературным и экспериментальными данными, сходимостью результатов расчетов и эксперимента. Научная обоснованность подтверждается публикациями в изданиях из перечня ВАК и индексируемых базой Scopus.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на аспирантско-магистерских научных семинарах КГЭУ (г. Казань), Международной научно-практической конференции XL неделя науки СПбГПУ (Санкт-Петербург, 2011 г.), Всероссийской конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы в наноинженерии» (г. Саратов, 2012 г.), Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2013 и 2019 гг.), Международной научно-практической конференции «Наука и образование в современных условиях» (г. Нефтекамск, 2017 г.), мини-симпозиуме «Бутлеровское наследие - 17-18» (г. Казань, 2018 г.), Международной молодежной научной конференции «Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы» (г. Саратов, 2018 г.), Международной научно-технической конференции Smart Energy Systems 2019 (г. Казань) и на кафедре ТНВМ в Казанском национальном исследовательском технологическом университете (г. Казань, 2020).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных трудов, из них 10 статей в журналах из перечня ВАК и 1 статья, индексируемая базой Scopus, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 157 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 170 страницах, включает 67 рисунков и 38 таблиц.

Автор выражает благодарность профессору, д.г.-м.н. Т.З. Лыгиной, доцентам И.А. Женжурист, Р.О. Сироткину и Р.Х. Хузиахметову за консультации и помощь в проведении исследований.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Структура и свойства алюмосиликатов

Алюмосиликаты являются группой природных силикатов - химических соединений с комплексным кремнекислородным радикалом и преобладанием ковалентного типа химической связи элементов. Природные алюмосиликаты являются наиболее распространёнными породообразующими минералами [1], имеющими полимерную природу [2]. Основными из них являются двухслойный минерал каолинит Al4[Si4O10](OH)8 и трехслойный - монтмориллонит (диоктаэдрический смектит) Al2[Si4O10](OH)2•nH2O. В основе их кристаллической структуры лежат два базовых структурных элемента: кремнекислородные тетраэдры ^Ю4)4- и октаэдры, состоящие из атомных остовов кислорода, ОН-групп и алюминия, магния, железа в октаэдрической позиции [1]. В каолините (рис. 1.1) [1] тетраэдрический кремнекислородный слой сочетается с одним гидраргиллитовым слоем. Это водный силикат алюминия. Пакет имеет как бы 5 уровней: на первом находятся ионы О2-, затем ионы Si4+, на следующем уровне ионы О2- чередуются с ионами ОН-, потом идут ионы А13+ и заканчивается пакет гидроксильными ионами.

Рисунок 1.1 - Схематическое изображение структуры каолинита и его микрофотография [1]

Между гидроксильными ионами одного пакета и кислородными ионами второго пакета существует достаточно сильная водородная связь, поэтому каолины не склонны к набуханию, малопластичны, огнеупорны.

В монтмориллоните (рис. 1.2) [1] гидраргиллитовый алюмокислородный слой (алюмокислородные октаэдры) соединяет два кремнекислородных слоя. Трехслойный пакет толщиной 9,4 нм заканчивается «сеткой» из ионов кислорода. Поэтому связь между пакетами слабая (остаточная), здесь находится межпакетная вода, удерживаемая ван-дер-ваальсовыми силами. Количество воды зависит от температуры и влажности окружающей среды. Во влажной среде количество межпакетной воды возрастает, и расстояние между пакетами увеличивается, минерал набухает (внутрикристаллическое набухание) и пластифицируется. В результате в монтмориллоните присутствует адсорбционная вода и гидроксильная вода решётки.

Рисунок 1.2 - Схематическое изображение структуры монтмориллонита и его микрофотография [1]

Молекулы воды формируют единый ионно-гидратный комплекс (слой) с тремя основными типами связи:

- гидроксильная связь, образуемая по донорно-акцепторному механизму между атомом водорода молекулы воды и кислородом тетраэдрической сетки;

- координационная связь между молекулами воды и внеслоевыми катионами;

- водородные связи между молекулами воды ионно-гидратного слоя в нормальном направлении и в плоскости базальных поверхностей частиц монтмориллонита [3].

При сушке часть межпакетной воды удаляется без разрушения кристаллической решетки, происходит лишь сближение пакетов. В воздушно-сухом монтмориллоните расстояние между пакетами равно 15,2-10-10 м, во влажном - 20-10-10 м, в обезвоженном при 200оС - 9,9-10-10 м [2]. Вследствие высокой степени дисперсности и слабой упорядоченности кристаллической решётки на микрофотографиях (рис. 1.2) частицы монтмориллонита видны не в виде индивидуальных кристаллов, а в форме сферических агрегатов или хлопьев.

За счет внутренней поверхности и высокой дисперсности монтмориллонитовые минералы характеризуются высокой удельной поверхностью 600-800 м2/г и емкостью катионного обмена, обусловливающие их высокую физико-химическую активность, которая уменьшается по мере увеличения доли неразбухающих межслоев [1].

В тетраэдрическом слое монтмориллонита до 15 % Si4+ замещено А13+, а в октаэдрах А13+ замещается на Mg2+, Fe2+ и др. [2]. Замещение катионов в тетраэдрических и октаэдрических позициях монтмориллонита формирует отрицательный заряд слоя около 0,2-0,5 эВ [4]. Отрицательный заряд компенсируется межслоевыми обменными катионами №+, Ca++, Mg++ и др. обычно в гидратированной форме, что в свою очередь обеспечивает адсорбционную активность на внутренних и внешних поверхностях кристалла [4]. От величины этого заряда зависят характер и жесткость (прочность) связи между слоями.

Обозначенные особенности структуры монтмориллонита обуславливают специфический комплекс физико-химических и механических свойств бентонита, в частности высокую сорбционную способность [4], ионный обмен [1], водопоглощаемость, набухаемость, пластичность, а также способность к самодиспергации c образованием незавершенных структурных элементов (плейтлетов). Кроме этого, отмечается, что бентониты с преимущественным

содержанием монтмориллонита дают значительную воздушную усадку, обладают повышенной склонностью к образованию трещин процессе сушки и вспучиванию в процессе обжига [5].

Способность алюмосиликатных минералов гидратироваться в водной среде приводит к формированию вокруг их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС), зависящего от рН и концентрации солей раствора, в котором он формируется. Отрицательно заряженная поверхность минеральной частицы образует внутреннюю часть ДЭС, а адсорбционный и диффузный слои гидратированных катионов образуют внешнюю часть ДЭС. При изменении рН раствора происходит перезарядка торцевых участков частиц, что обусловлено амфотерными свойствами поверхности бокового скола октаэдрической сетки (в щелочной среде имеет отрицательный заряд, а в нейтральной и кислой средах -положительный) [6].

В зависимости от состава обменных катионов бентониты разделяют на щелочные (№+, К+), щелочноземельные (Ca++, Mg++) и смешанные. Бентониты щелочного типа дефицитны и отличаются значительной набухаемостью (~ в 10 раз), коллоидальностью, дисперсностью, высокими связующими параметрами и ионнообменной способностью. Щелочноземельные бентониты характеризуются низкой набухаемостью (до 3 раз), дисперсностью и коллоидальностью, меньшей связующей способностью. Смешанные бентониты обладают промежуточными свойствами [7]. Высокая емкость обменных катионов обеспечивает повышенную связующую способность, адсорбционную, каталитическую активность бентонитов и целесообразность их модифицирования различными по природе веществами. Механизм адсорбции монтмориллонита осуществляется следующими путями:

- замещение катионами обменного комплекса (ионный обмен), размещающегося как между элементарными слоями, так и по базальным поверхностям частиц минералов (где расположены ионы кислорода и гидроксильные группы);

- за счет образования водородных связей во внешних (поверхностных) гидроксильных группах (хелатные комплексы);

- за счет валентных «оборванных» (разрушенных) связей на краях и углах (способствует анионному обмену), на сдвиговых ступенях роста кристаллов монтмориллонита [8].

В таблице 1.1. представлены данные по составу и емкости обменного комплекса бентонитов Республики Татарстан (РТ).

Таблица 1.1 - Состав и емкость обменного комплекса бентонитов РТ [9]

Месторождение Содержание обменных катионов в 100 г сухого вещества, мг-экв

Са2+ Mg2+ № Сумма

Биклянское 24,80 10,80 0,5 0,2 36,3

Верхне-Нурлатское 17,80 17,13 1,88 1,04 38,29

Тарн-Варское 20,91 18,58 2,62 1,36 43,49

Березовское 20,54 16,23 1,04 0,82 38,53

Из таблицы 1.1 следует, что представленные бентониты имеют щелочноземельный обменный комплекс, т.е. в нем преобладают обменные двухвалентные катионы Са2+ и Mg2+, обладающие меньшей поляризуемостью и способностью к гидратации в отличие от ионов №+.

Катионы Са2+ и Mg2 в обменном комплексе монтмориллонита способны замещаться на №+, что приводит к нарушению электронейтральности системы, поскольку для ее обеспечения необходим еще один катион №+, которому трудно локализоваться в первоначально занятой Са+2 области. Поэтому положительный компенсирующий заряд катионно-гидратного слоя монтмориллонита перераспределяется и вызывает изменение взаимодействия электростатической природы между слоями, т.е. электростатики слоев и степени гидратации, приводящей к росту набухаемости, коллоидальности монтмориллонита. По мнению автора работы [3], процесс ионного обмена приводит к развороту и смачиванию части поверхности силикатных слоев, на которых он завершился с последующим образованием «веерной» структуры частиц. Это, в свою очередь, способствует формированию дополнительной осмотической системы (первая

образована катионами в результате диссоциации на базальных поверхностях кристаллитов).

Физико-химические и механические свойства бентонита, прежде всего, определяются спецификой структуры монтмориллонита, его количеством [10], характером межслоевого комплекса, т.е. составом и емкостью обменных катионов [9] и степенью изоморфных замещений катионов в октаэдрических, тетраэдрических позициях, и диссоциации [7].

Состав и качество бентонитов формируется в процессе их образования. По генетическому типу (месторождению) различают гидротермально-метасоматические, вулканогенно-осадочные, терригенно- и коллоидно-осадочные и элювиальные бентониты. Из перечисленных выше качественными являются щелочные бентониты гидротермально-метасоматических и вулканогенно-осадочных месторождений [7]. К терригенно- и коллоидно-осадочному типу относится широкая группа щелочноземельных бентонитов кальциево-магниевого (Са++-Мg++) состава, принадлежащая известным отечественным месторождениям таких как Нурлатское, Биклянское, Тарн-Варское, Березовское, Бехтеревское, Куркачинское, Чистопольское, Ямашинское [7, 9, 11], которые в среднем содержат 19-21,5% ЛЬОз, 7-8%. Fe2Oз (табл. 1.2).

Таблица 1.2 - Химический состав бентонитов Татарстанских месторождений [12]

Месторождение Содержание на сухое вещество, %

8Ю2 ТЮ2 Л12О3 Fe2Oз СаО М§О К2О Ш2О 8О3

Нурлатское 56,3 0,34 21,55 7,62 2,21 2,9 1,43 1,03 0,18

Биклянское 56,9 0,25 21,34 8,86 1,26 2,03 1,38 0,49 -

Чистопольское 56,4 1,06 19,56 8,80 1,53 2,38 1,51 1,23 0,05

Ямашинское 56,2 1,0 19,14 8,26 2,56 2,08 1,65 0,54 -

Бехтеревское 54,3 - 24,0 7,5 0,6 2,3 1,3 1,0 0,5

Куркачинское 53,5 0,32 18,9 7,16 2,86 4,17 1,5 1,1 0,23

Минеральный состав бентонитов Татарстанских месторождений представлен в основном монтмориллонитом с примесями гидрослюд до 20% и каолинита до

35%. Содержание частиц размером <0,001 мм колеблется в пределах 35-70%, из них ~ 20% составляют коллоидные частицы размером <0,0001 мм [11, 12].

Специфика структуры и свойств монтмориллонит содержащих природных алюмосиликатов определяют многообразие областей их использования. Бентониты, содержащие 60-70 % монтмориллонита, получили широкое использование в различных отраслях промышленности (рис. 1.3) [9, 13]. Бентониты с меньшим содержанием монтмориллонита относят к бентонитоподобным глинам, пригодным для производства керамзитового гравия [9].

Рисунок 1.3 - Области применения бентонитов [9]

Повышение качества бентонитов достигается тонким помолом с добавками натрийсодержащих солей и различных полимеров в шаровых или ролико -маятниковых мельницах. Однако, как показала мировая практика, существующая технология не дает эффективного модифицирования и получается материал -компаунд. При последующем приготовлении из него бурового раствора существенная часть Na2COз остается в свободном состоянии, и повышение выхода

раствора достигается за счет преимущественного роста предела текучести, а не пластической вязкости. Это обусловливает рост коэффициента пластичности выше допустимых международным стандартом АНИ-13А [11].

Бентониты получили весьма широкий спектр областей применения:

- в качестве адсорбентов, пластификаторов, катализаторов и наполнителей (химическая промышленность);

- для очистки питьевой воды от ионов Fe3+ и сточных вод - от Си2+;

- для сорбции сероорганики и других органических молекул (очистка мазута);

- для приготовления буровых растворов, включая растворы на углеводородной основе (буровая техника);

- для получения формовочных смесей (в том числе безводных) как связующий компонент в литейных формах при литье чугуна и стали и окомкования железорудных концентратов (литейное производство);

- для получения керамзита (строительство);

- для получения органобентонита;

- в производстве лаков, красок, пластмасс, смазок [4, 5, 9-13].

Бентониты РТ характеризуются относительно средними показателями

пластичности и адсорбции, обладают низкой набухаемостью, коллоидальностью. Как буровое сырье соответствуют требованиям ГОСТ 25795-83 «Сырье глинистое в производстве глинопорошков для буровых растворов. Технические условия (с изменениями)» марке Б-6. Как формовочное сырье отвечают ГОСТ 28177-89 «Глины формовочные бентонитовые. Общие технические условия» маркам С4Т3 и С4Т2.

Бентониты являются важнейшими природными алюмосиликатными, которые используются в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Ориентировочные запасы бентонита в Мире составляют более 10 млр.т., в России - 335 млн. т. Ежегодная добыча бентонита постоянно возрастает. Суммарная добыча в России за 2017 год составила более 700 тыс. тонн, что на 150 тыс. т больше по сравнению с 2008 годом, тогда как в США - 1,9 млн. т. За

девятилетний период суммарный прирост запасов бентонитов в России составил 95 млн. тонн. Значительные запасы по категории А+В+С1 приходятся на Биклянское, Березовское и Нурлатское месторождения Республики Татарстан (44,6 млн. т.). Качество бентонитов по разведанным категориям невысокое. Основная часть разрабатываемых месторождений России представлена осадочным бентонитом щелочноземельного типа, состоящего на 60-70 % из монтмориллонита, а также месторождения, сформированные бентонитоподобным алюмосиликатным сырьем [13].

Согласно современным представлениям особенности свойств, широкие перспективы применения монтмориллонит содержащих природных алюмосиликатов и продуктов их модифицирования могут быть признаны материалами XXI столетия [5].

Таким образом, сырьевая база в России представлена в основном низко-и среднекачественным алюмосиликатами, в частности, щелочноземельными бентонитами [9, 10, 13]. При этом все более возрастает потребность промышленности в высококачественных бентонитах, ввиду многообразия направлений их использования (рис. 1.3) [9-13]. В связи с этим достаточно актуальной задачей является создание современных или совершенствование уже имеющихся технологий подготовки и переработки природного алюмосиликатного сырья, в особенности бентонитового с целью получения на их основе продукции с улучшенными технологическими параметрами, физико-химическими и механическими свойствами.

1.2 Способы изменения структуры и свойств природных алюмосиликатов

Химические модификации бентонитов, такие как кислотная активация, восстановление Fe(Ш), фиксация катионов или их комбинация, в значительной степени влияют на слоистую структуру монтмориллонита (смектита), а также на наиболее важные свойства и области применения. Это послужило поводом для широкого изучения тонкодисперсных фракций бентонитов различных месторождений и эффектов от их химических модификаций [14].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бунтин Артем Евгеньевич, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крамаренко, В.В. Грунтоведение: Учебное пособие / В.В. Крамаренко. -Томск: Томский политехнический ун-т, 2011. - 431 с.

2. Bergaya F. Developments in Clay Science. V. 1. Handbook of Clay Science / F. Bergaya, B.K.G. Theng, G. Lagaly - Amsterdam: Elsevier Science, 2006 - 1224 pp.

3. Федорин, Р.П. Набухание глин и фильтрация растворов в глинах / Р.П. Федорин, М.Г. Храмченков // Ученые записки Казанского университета. - 2010. -Т.152. - №1. - С. 235-243

4. Krupskaya, V.V. Experimental study of montmorillonite Structure and transformation of its properties under treatment with inorganic acid solutions / V.V. Krupskaya, S.V. Zakusin, E. A. Tyupina, O. V. Dorzhieva, A. P. Zhukhlistov, P. E. Belousov, M. N. Timofeeva // Minerals. - 2017. - V.7. - №49. - Р. 1-15.

5. Анисина, И.Н. Закономерности формирования структуры и свойств керамического материала на основе природных алюмосиликатов: Дис. ... канд. техн. наук: 05.16.09 / И.Н. Анисина. - Оренбургский. гос. ун-т. - Оренбург, 2016. -152 с.

6. Королев, В. А. Связанная вода в горных породах: новые факты и проблемы / В.А. Королев // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - № 9. - С. 79-85.

7. Кирсанов, Н.В. Генетические типы и закономерности распространения месторождений бентонитов в СССР / Н.В. Кирсанов, М.А. Ратеев, А.А. Сабитов и др. - М.: Недра, 1981. - 214 с.

8. Везенцев, А.И. Установление кинетических закономерностей сорбции ионов Си2+ нативными и магний - замещенными формами монтмориллонитовых глин / А.И. Везенцев., С.В. Королькова, Н. А. Воловичева // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2010. - Т.10. - № 1. С. 115-120.

9. Сабитов, А.А. Месторождения бентонитов Республики Татарстан: геология и генезис, направления использования сырья / А.А. Сабитов // Георесурсы - 2015. - Т.1. - № 4[63]. - С. 38-43.

10. Добрынин, И.В. Механоактивационные методы в области производства эффективных бентопорошков для бурения / И.В. Добрынин // Нефть. Газ. Новации

- 2009. - №10. - С. 23-28.

11. Сабитов А.А. Бентониты России: состояние освоения и перспективы развития сырьевой базы / А.А. Сабитов, Е.С. Руселик, Ф.А. Трофимова, А.Н. Тетерин // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. - 2010. - №5.

- С. 8-17.

12. Вольфсон, С.И. Влияние механохимической активации бентонитовых глин на свойства нанокомпозитов / С.И. Вольфсон, Н.А. Охотина, Т.З. Лыгина, Ф.А. Трофимова, О. А. Панфилова, А. А. Никифоров // Вестник технологического университета. - 2014. - Т.17. - №8. - С. 54-57.

13. Белоусов, П.Е. Бентонитовые глины России и стран зарубежья / П.Е. Белоусов, В.В. Крупская // Георесурсы. - 2019. - Т.21. - № 3. - С. 79-90

14. Komadel, Р. Chemically modified smectites / Р. Komadel // Clay Minerals. -2003. - № 38 - Р. 127-138

15. Madejova, J. Comparative FTIR study of structural modifications during acid treatment of dioctahedral smectites and hectorite / J. Madejova, J. Bujdak, М. Janek, P. Komadel // Spectrochimica Acta A. - 1998 - №54. - Р. 1397-1406.

16. Komadel, Р. Acid activated clays: Materials in continuous demand / Р. Komadel // Applied Clay Science. - 2016. - V.131. - Р. 84-99.

17. Кононенко, С.А. Технологические основы модифицирования бентонита Тарасовского месторождения для формовочных смесей: Дис. ... канд. техн. наук: 05.17.01 / С.А. Кононенко. - Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 2009. - 120 с.

18. Krupskaya, V. The influence of acid modification on the structure of montmorillonites and surface properties of bentonites / V. Krupskaya, L.A. Novikova, T. Tyupina, P. Belousov, O. Dorzhieva, S. Zakusin, K. Kim, F. Roessner, E. Badetti, A. Brunelli, L.I. Belchinskaya // Applied Clay Science. - 2019. -V. 172. - P. 1-10.

19. Franco, F. Effectiveness of microwave assisted acid treatment on dioctahedral and trioctahedral smectites. The influence of octahedral composition / F. Franco, M.

Pozo, J.A. Cecilia, M. Benitez-Guerrero, M. Lorente // Appl. Clay Sci. - 2016. - №120.

- Р. 70-80.

20. Novikova, L. Effect of low frequency ultrasound on the surface properties of natural aluminosilicates / L. Novikova, L. Belchinskaya, P. Ayrault, C. Fontaine, G. Chatel, F. Jérôme // Ultrasonics Sonochemistry. - 2016. - V. 31. - P. 598-609.

21. Timofeeva, M.N. Effect of nitric acid modification of montmorillonite clay on synthesis of sotketal from glycerol and acetone / M.N. Timofeeva, V.N. Panchenko, V.V. Krupskaya, A. Gil, M.A. Vicente // Catal. Commun. - 2017. - № 90. - Р. 65-69.

22. Tyupina, E.A. The sorption refinement of liquid organic radioactive waste for Cs-137 / E.A. Tyupina, E.P. Magomedbekov, A.I. Tuchkova, V.B. Timerkaev // Adv. Mater. Spec. Issue. - 2010. - № 8. - Р. 329-333.

23. Laverov, N.P. The Russian strategy of using crystalline rock as a repository for nuclear waste / N.P. Laverov, S.V. Yudintsev, B.T. Kochkin, V.I. Malkovsky // Elements.

- 2016. - №12. - Р. 253-256.

24. Чаус, К.В. Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций: Учебник для вузов / К.В Чаус, Ю.Д. Чистов, Ю.В. Лабзина. - М.: Стройиздат, 1988. - 448 с.

25. Здоренко, Н.М. Реотехнологические свойства каолинитовых и каолинитгидрослюдистых глинистых масс с комплексной органоминеральной добавкой: Дис... канд. техн. наук: 02.00.11 / Н. М. Здоренко. - Белгородский гос. технологический ун-т. - Белгород, 2009. - 140 с.

26. Горюшкин, В.В. Технологические свойства бентонитов палеоцена воронежской антеклизы и возможности их изменения / В.В. Горюшкин // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. - 2005. - № 1. -С. 166-177.

27. Берри Л.Г. Минералогия / Л.Г. Берри, Б.Г. Мейсон, Р.В. Дитрих, - М.: МИР, - 1987, - 603 с.

28. Бунтин, А.Е. Оценка влияния нанодисперсных оксидов алюминия и кремния на технологические параметры формовочных смесей / А.Е. Бунтин, П.Б. Шибаев, М.М. Кашапов // Сборник материалов Всероссийской молодежной

конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы в наноинженерии». - Саратов: СГТУ, 2012. - С. 155-157.

29. Женжурист, И.А. Перспективные направления наномодифицирования в строительной керамике / И.А. Женжурист // Строительные материалы. - 2014 - № 4- С. 36-40

30. Женжурист, И.А. Зависимость технологических характеристик Нижнеувельской глины от добавок гидрозолей алюминия и влияния электромагнитного поля / И.А. Женжурист, И.П. Карасева // Огнеупоры и техническая керамика. - 2013 - №3 - С. 50-54

31. Хозин В.Г. Модифицирование эпоксидных связующих наночастицами для полимеркомпозитной арматуры / В.Г. Хозин, Е.С. Зыкова // Вестник технологического университета. - 2013. - Т.16. -№18. - С. 178-181

32. Ярцев, В.П. Влияние наполнителей и нанодобавок на эксплуатационные свойства композитов на основе битума / В.П. Ярцев, М.В. Долженкова, Н.В. Петрова // Вестник ТГТУ. - 2014. - Т. 20. - № 4. - С. 801-809

33. Кузьмина, В.П. Создание новых рецептур и технологий для производства бетона / В.П. Кузьмина // Технологии бетонов. - 2017. - №1-2. - С. 26-30.

34. Цыплаков, Д.С. Механоактивация глинистого сырья - эффективный способ улучшения эксплуатационных характеристик керамических материалов / Д.С. Цыплаков, А.В. Корнилов, Т.З. Лыгина, Е. Н. Пермяков // Вестник технологического университета. - 2011. - №16. - С. 86-90

35. Трофимова, Ф.А. Степень дисперсности, как один из критериев качества природных алюмосиликатов / Ф.А. Трофимова, А.М. Губайдуллина, М.И. Демидова // Вестник технологического университета. - 2010. - №6. - С. 218-224

36. Лесив, Е.М. Механохимическая активация каолиновых и бентонитовых глин для формовочных смесей и противопригарных красок: Дис. ... канд. техн. наук: 05.16.04 / Е.М. Лесив - Гос. ун-т цветных металлов и золота. - Красноярск, 2007. - 140 с.

37. Женжурист, И.А. Эффективность микроволновой обработки глинистых композиций при подборе шихты в технологии керамики / И. А. Женжурист // Строительные материалы. - 2015 - № 4- С. 60-64

38. Женжурист, И.А. Влияние поля СВЧ на структуру и свойства силикатов с алюмонатрийхлорным модификатором / И.А. Женжурист // Стекло и керамика. -2016 - №7. - С. 39-43.

39. Лесив, Е.М. Исследование влияния модифицирующей добавки на свойства противопригарных покрытий для чугунного и стального литья / Е.М. Лесив, П.О. Юрьев, С.В. Беляев, В.Н. Баранов, Г.С. Саначева, Е.В. Рассказова // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. -2016. - Т. 9. - № 6. - С. 933-943.

40. Kon'kova, T.V. Modification and Physicochemical and Catalytic Properties of Natural Layered Aluminosilicates / T.V. Kon'kova, A.N. Morozov, G.I. Kandelaki, M.B. Alekhina // Russian Journal of Physical Chemistry A. - 2018. - V.92. - №11. - Р. 21352138

41. Shuangchun, Yang. Study on Preparation and Performance of High Swelling Bentonite / Yang Shuangchun, Guo Mingzhe, Yang Erlong, Zhang Haiyan // Materia (Rio de Janeiro). - 2018. - V.23. - №3. - Р. 1288-1295.

42. Наумкина, Н.И. Модифицирование - ведущее направление изменения свойств глинистого сырья с доминированием смектитов / Н.И. Наумкина, Ф.А. Трофимова // Разведка и охрана недр. - 2012. - № 5. - С. 53-59.

43. Дудина, С. Н. Повышение сорбционной способности природных глин электромагнитной активацией: дис.. канд. техн. наук : 02.00.11 / С.Н. Дудина -Белгор. гос. техн. ун-т. - Белгород. - 2008. - 156 с.

44. Иванова, Е. Н. Адсорбенты для разделения газовой смеси кислород-аргон на основе пилларированных монтмориллонитовых глин / Е.Н. Иванова, Н. H. Бурмистрова, М.Б. Алехина, Т.В. Конькова // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - Т. XXIX. - № 3. - С. 74-76.

45. Онищенко, М.И. Модифицирование мезопористых силикатов MCM-41 и SBA-15 имидазольной ионной жидкостью / М.И. Онищенко, И.А. Тябликов, Е.Е.

Князева, В.В. Чернышев, А.В. Яценко, Б.В. Романовский // Журнал физической химии. - 2013. - Т. 87. - № 1. - С. 93-98.

46. Тюкавина, В.В. Получение аморфного кремнезема из шлаков цветной металлургии и его использование для магнезиальных вяжущих / В.В. Тюкавина,

A.Г. Касиков, Б.И. Гуревич, Е.А. Майорова // Химическая технология. - 2014. -Т.15. - №3. - С. 167-172.

47. Римкевич, В.С. Синтез наночастиц аморфного кремнезема фторидным методом / В.С. Римкевич, А.А. Пушкин, Ю.Н. Маловицкий, Т.Ю. Еранская // Перспективные материалы. - 2011. - С. 768-773.

48. Матвеев, В.В. Получение алюмокалиевых квасцов и диоксида кремния из кремнеземсодержащих растворов серно-кислотного разложения нефелинсодержащего сырья / В.В. Матвеев, В.И. Захаров, Д.В. Майоров, А.С. Филюк // Химическая технология. - 2012. - Т.13. - №2. - С. 68-71.

49. Колосов, А.Д. Технология получения и применения нанокремнезема при производстве новых материалов для машиностроения / А.Д. Колосов, А.А. Немаров, С.А. Небогин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование - 2017. - №3(55). - С. 59-66.

50. Гринберг, Е.Е. О возможности получения концентрированного нанозоля диоксида кремния особой чистоты / Е.Е. Гринберг, А.Е. Амелина, А.И. Кузнецов, П.А. Волков // Вестник международной академии системных исследований. Информатика, экология, экономика. - 2014. - Т.16. - №1. - С.64-68.

51. Иванов, В.Г. Введение в теорию химико-технологических систем. Ч.1. /

B.Г. Иванов, И.М. Кузнецова, Х.Э. Харлампиди, Э.В. Чиркунов. - Казань: КГТУ, 1997. - 464 с.

52. Абалонин, Б.Е. Основы химических производств. Учебное пособие для Вузов / Б.Е. Абалонин, И.М. Кузнецова, Х.Э. Харлампиди - М.: Химия, 2001. - 472 с.

53. Сироткин, Р.О. Физикохимия гомо- и гетероядерных бинарных веществ и материалов на их основе (особенности комплексного влияния элементного состава

и химической связи на структуру и свойства) / Р.О. Сироткин. - М.: Русайнс, 2018. - 237 с.

54. Паулинг, Л. Природа химической связи: монография [Текст] / Л. Полинг [пер. с англ., под ред. Я.К. Сыркина]. - М.: Госхимиздат, 1947. - 440 с.

55. Бацанов, С.С. О количественной характеристике металличности связи в кристаллах / С.С. Бацанов // Журнал структурной химии. - 1971. - Т. 12. - № 5. -С. 883-888.

56. Бацанов, С.С. Молекулярные рефракции кристаллических неорганических соединений / С.С. Бацанов // Журнал неорганической химии. -2004. - Т. 49. - №4. - С. 617-625.

57. Томашпольский, Ю.Я. Влияние типа химической связи на процессы поверхностной автосегрегации / Ю.Я. Томашпольский, Н.В. Садовская, В.М. Матюк // Неорганические материалы. - 2014. - Т. 50. - № 1. - С. 99.

58. Куликова, Д.И. Межатомные взаимодействия в химии ^-элементов V группы / Д.И. Куликова // Вестник Казанского технологического университета. -2012. - Т. 15. - № 16. - С. 7-9.

59. Нгуен Тхи Хоа. Исследование влияния иона А на химическую связь ионов титана и кислорода в кристаллах АТЮ3 (А = Бг, Ва, Са, РЬ) со структурой перовскита / Нгуен Тхи Хоа, Т.Н. Даниленко, Н.М. Новиковский, Ю.А. Козинкин, А.А. Новакович, Р.В. Ведринский // Известия РАН серия физическая. - 2009. - Т. 73. - № 8. - С. 1113-1114.

60. Журавлев, Ю.Н. Структура, механическая стабильность и химическая связь в окислах щелочных металлов / Ю.Н. Журавлев, О.С. Оболонская // Журнал структурной химии. - 2010. -Т.51. -№6. -С. 1043-1051.

61. Полещук, О.Х. Квантово-химическое исследование структуры и свойств халькогенидов свинца / О.Х. Полещук, Н.Б. Егоров, Е.В. Полицинский, М.Н. Ермаханов, П.А. Саидахметов, А.Л. Ивановский // Фундаментальные исследования. - 2014. - №9. - С. 556-561.

62. Медведев, Н.И. Моделирование электронного строения, химической связи и свойств тройного силикокарбида Ti3SiC2 / Н.И. Медведев, А.Н. Еняшин, А.Л. Ивановский // Журнал структурной химии. - 2011. - Т.52. - №4. С.806-822.

63. Шейн, И.Р. Соединения тория с неметаллами: электронное строение, химическая связь, физико-химические свойства / И.Р. Шейн, А.Л. Ивановский // Журнал структурной химии. - 2008. - Т.49. - №2. -С. 348-370.

64. Kral, C. Critical review on the elastic properties of transition metal carbides, nitrides and carbonitrides / C. Kral, W. Lengauer, D. Rafaja, P. Ettmayer // J. Alloys Comp. - 1998. - 265 - №1-2. - P. 215-233.

65. Сироткин, О.С. Квантово-химическая оценка металлической составляющей гомоядерного химического взаимодействия / О.С. Сироткин, Д.В. Глухов, Р.Р. Назмутдинов // Известия вузов. Химия и химическая технология. -2004. - Т.47. - №8. - С. 149-154

66. Sirotkin, O.S. On the necessity and procedure of taking into account the metallic component of a heteronuclear bond / O.S. Sirotkin, R.O. Sirotkin, A.M. Trubacheva // Russian Journal of Inorganic Chemistry. - 2005. - V.50. - №1. - P. 67-71.

67. Сироткин, О.С. О соотношении трех компонент химического гетероядерного взаимодействия некоторых интерметаллидов / О.С. Сироткин, А.М. Трубачева, Р.О. Сироткин // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2005. - Т. 48. - Вып. 5. - С. 14-16.

68. Сироткин, Р.О. О характере изменения соотношения ковалентной и металлической составляющих гомоядерной связи в материалах на основе соединений s-, р-, ^-элементов в группах и периодах периодической системы / P.O. Сироткин, О.С. Сироткин, С.Н. Иванова // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2006. - Т. 49. -№ 6. - С. 11-14.

69. Sirotkin, O.S. Effect of the character of homo- and heteronuclear chemical bond on the intermolecular interaction energy and properties of halogens and hydrogen halides / O.S. Sirotkin, R.O. Sirotkin, P.B. Shibaev // Russian Journal of Inorganic Chemistry. - 2011. - V. 56. - № 7. - Р. 1100-1104

70. Sirotkin, O.S. Multilevel structure and properties of metals and polymers within the unified model of chemical bond / O.S. Sirotkin, R.O. Sirotkin // Journal of Materials Science and Engineering A. - 2016. - V. 6. - № 2. - Р. 71-74.

71. Sirotkin, R.O. Titanium chemical nature features which determine its most important performance properties in linear engine-generator / R.O. Sirotkin, O.S. Sirotkin, I.V. Ivshin, A.R. Safin, A.N. Tsvetkov, L.V. Dolomanyuk // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2016. - V.11. - №16. - P. 9664-9666.

72. Sirotkin, R.O. Рhysico-chemical principles of universal methodology of controlling structure and properties of metallic and nonmetallic materials / R.O. Sirotkin, O.S. Sirotkin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 11. Ser. «International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems 2017 - Processing Equipment, Mechanical Engineering Processes and Metals Treatment». 2018. - P. 042119.

73. Сироткин, О.С. Оценка соотношения компонент химической связи оксидов с учетом их стехиометрии / О.С. Сироткин, Д.Ю. Павлов, А.М. Трубачева // Технология металлов. - 2012. - №2. - С. 14-19

74. Сироткин, О.С. О влиянии металлической компоненты химической связи в полимерных веществах на их рефракцию / О.С. Сироткин, А.Е. Бунтин, П.Б. Шибаев, Р.О. Сироткин // Вестник Казанского технологического университета. -2011. - № 20. - С. 177-183.

75. Сироткин, Р.О. О влиянии специфики химической связи на тип кристаллической решетки и свойства некоторых металлических и неметаллических соединений / Р.О. Сироткин, О.С. Сироткин // Вестник технологического университета. - 2015. - № 6. - С. 41-43.

76. Сироткин, Р.О. Эволюция парадигм, раскрывающих влияние различных факторов на свойства веществ и материалов / Р.О. Сироткин, О.С. Сироткин, Р.Я. Дебердеев // Вестник технологического университета. - 2016. -№ 8. - С. 5-8.

77. Сироткин, О.С. Тип химической связи и электропроводящие свойства гомо- и гетероядерных (оксидных) неорганических веществ / О.С. Сироткин, Д.Ю.

Павлов, А.М. Трубачева, Р.О. Сироткин // Вестник Казанского технологического университета. - 2010. - № 10. - С. 22-29.

78. Sirotkin, R.O. Metallicity of Chemical Bonds and Its Role in Their Systematization and Effect on the Structure and Properties of Substances / R.O. Sirotkin, O.S. Sirotkin // Russian Journal of Physical Chemistry A. - 2020. - Vol. 94. - No. 6. -Р. 1153-1158.

79. Сироткин, О.С. О влиянии химической природы веществ на экзо- и эндотермичность реакций их превращения / О.С. Сироткин, Д.Ю. Павлов, Р.О. Сироткин, А.М. Павлова // Вестник Казанского технологического университета. -2013. - № 24. - С. 14-16.

80. Сироткин, О.С. Химия: учебник / О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин - М.: КНОРУС, 2017. - 364 с.

81. Протопопов, Е.А. Обобщенные характеристики резонирующей межатомной связи и прочность улучшенных конструкционных сталей при твердорастворном упрочнении / Е.А. Протопопов // Технология машиностроения и материаловедение. - 2018. - №2. - С. 74-80.

82. Протопопов, Е.А. О связи твердости и прочности металла с обобщенными степенями металличности и ковалентности межатомной связи / Е.А. Протопопов, Ю.В. Трофимова, А.А. Протопопов, А.И. Вальтер, П.И. Маленко // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2018. - Т.14. - №3. - С. 403-411.

83. Протопопов, Е.А. Регрессионные зависимости для оценки механических свойств сталей при твердорастворном упрочнении / Е.А. Протопопов, А.И. Вальтер, А.А. Протопопов, П.И. Маленко // Металлы. - 2015. - №4. - С. 64-71.

84. Протопопов, Е.А. Метод оценки влияния твердорастворного упрочнения на механические свойства стали в готовом изделии / Е.А. Протопопов, А.И. Вальтер, А.А. Протопопов, Г.А. Дорофеев, П.И. Маленко // Проблемы черной металлургии и материаловедения. - 2015. - №2. - С. 44-48.

85. Молчан, Н.В. Межмолекулярные взаимодействия в двухкомпонентных оксидных системах с SiO2 / Н.В. Молчан, Ю.Р. Кривобородов, В.И. Фертиков // Техника и технология силикатов. - 2018. - Т. 25. - № 3. - С. 80-84.

86. Мордасов, М.Д. Влияние ковалентности химической связи дисперсной фазы порошковых систем на их фрактальную размерность / М.Д. Мордасов, А.В. Фирсова, Д.М. Мордасов // Сборник материалов IV международной конференции «Многомасштабное моделирование структур, строение вещества, наноматериалы и нанотехнологии». - Тула: ТГПУ, 2017. - С. 90-91.

87. Молчан, Н.В. Взаимодействие воды с оксидами, образующими гидроксиды и кристаллогидраты / Н.В. Молчан, Ю.Р. Кривобородов, В.И. Фертиков // Техника и технология силикатов. - 2017. - Т.24. - № 1. - С. 11-16.

88. Medvedeva, G.A. Use of wastes from thermal power industry in manufacturing of high-strength sulfur concrete / G.A. Medvedeva, R.T. Akhmetova, L.A. Grigorievich // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. - 2016. - V.7. - № 1. - С. 1969-1981.

89. Чапкова, Ю.В. Подход к синтезу алюминиевых литейных сплавов / Ю.В. Чапкова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2011. - № 4. - С. 272-275.

90. Куликова, Д.М. Химические элементы: диагональная периодичность / Д.М. Куликова, Д.И. Куликова // Вестник Казанского технологического университета. - 2008. - № 2. - С. 5-11.

91. Аверина, Ю.М. Современные проблемы преподавания материаловедения и технологии материалов в технических вузах / Ю.М. Аверина, М.А. Ветрова, Г.Е. Калякина, и др. // Успехи в химии и хим. технол. - 2018. - Т.32. - №14(210) - С.35-36.

92. Моисеев, Г.К. Субсолидусная область и температура эвтектики в некоторых бинарных системах / Г.К. Моисеев, А.Л. Ивановский / Журнал физ. химии. - 2007. - Т.81. - №8. - С. 1370-1374

93. Сироткин, О.С. Оценка влияния химических компонент связи элементов на локализацию-делокализацию электронной плотности между ними и количество

ковалентных связей в их соединениях / О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин, А.Е. Бунтин, П.Б. Шибаев // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т.17. - №1. - С. 16-19.

94. Павлова, А.М. Методики получения уточненных шкал электроотрицательности химических элементов / А.М. Павлова, Р.О. Сироткин, О.С. Сироткин // Вестник Казанского технологического университета. - 2017. -Т.20. - № 3. - С. 17-24.

95. Полинг, Л. Химия / Л. Полинг, П. Полинг - М.: Мир, 1978. - 686 с.

96. Allen, L.C. Extension and Completion of the Periodic Table / L.C. Allen // J. Am. Chem. Soc. - 1992 - V. 144. - P. 1510-1511.

97. Jensen, W.B. A Quantitative van Arkel Diagram / W.B. Jensen // J. Chem. Educ. - 1995 - V. 72. - P. 395-398.

98. Sproul, G.D. Electronegativity and Bond Type 2. Evaluation of Electronegativity Scales / G.D. Sproul // J. Phys. Chem. - 1994. -V.98. -P. 6699-6703.

99. Sproul, G. D. Electronegativity and Bond Type 3. Origins of Bond Types / G.D. Sproul // J. Phys. Chem. - 1994. - V.98. - P. 13221-13224.

100. Leach, M.R. Concerning Electronegativity as a Basic Elemental Property and Why the Periodic Table is Usually Represented in Its Medium Form / M.R. Leach // Foundations of Chemistry. - 2013. - V.15. - №1. - P. 13-29.

101. Cambridge International Pre-U Chemistry (Principal) 9791. Syllabus for

examination in 2016, 2017 and 2018, Cambridge International Examinations 2013, 54 рр.

102. Сироткин, О.С. О связи стехиометрии и групповых значений ковалентности, металличности и ионности алканов с их энергетическими характеристиками / Сироткин О.С., Павлова А.М., Сироткин Р.О., Бунтин А.Е. // Вестник Технологического университета. 2018. -Т. 21. - № 2. - С. 17-21.

103. Сироткин, О.С. Влияние компонент химической гетероядерной связи Э-С на некоторые физико-механические свойства карбидов / О. С. Сироткин, А.Е. Бунтин // Технология металлов. - 2011. - №4. - С. 8-13.

104. Бунтин, А.Е. Электронно-ядерный уровень организации полимерных веществ как современная фундаментальная основа прогнозирования их свойств и совершенствования технологий придания им новых заданных теплофизических характеристик / А.Е. Бунтин, О.С. Сироткин, П.Б. Шибаев, Р.О. Сироткин // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 9. - С. 18-23.

105. Бунтин, А.Е. О связи характера химической связи с энергией ван-дер-ваальсового взаимодействия и температурой Дебая на примере низко- и высокомолекулярных соединений и наноструктурированных металлов / А.Е. Бунтин, П.Б. Шибаев, О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин // Материалы всероссийской молодежной науч. конф. «Актуальные проблемы разработки и применения новых материалов и технологий». - Саратов: ООО «Издательский Центр «Наука». - 2013. - С. 97-104.

106. Свид. 2019618435 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Характеристики химической связи и их влияние на структуру и свойства простых веществ и оксидов / О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин, А.М. Павлова, А.Е. Бунтин, М.Ю. Перухин, Р.Р. Хабибуллина; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО КГЭУ ^и). - № 2019617220; заяв. 18.06.2019; опубл. 01.07.2019.

107. Сироткин, О.С. Соотношение компонент связей элемент-кислород (Э-О) как основа прогнозирования их способности к образованию цепей в полимерных оксидах и оценки их некоторых свойств / О. С. Сироткин, А.Е. Бунтин, Р.О. Сироткин, П.Б Шибаев // Вестник технологического университета. - 2012. - Т.15.

- № 13. - С. 31-35.

108. Сироткин, О.С. Специфика химической структуры неорганических полимерных веществ со связями элемент-кислород, элемент-углерод и углерод-углерод в зависимости от компонент связи цепеобразующих элементов / О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин, А.Е. Бунтин // Вестник технологического университета.

- 2013. - Т.16. - № 2. - С. 10-14.

109. Пащенко, А.А. Физическая химия силикатов / А. А. Пащенко. - М.: Высшая школа, 1986. - 368 с.

110. Тарасов, В.В. Проблемы физики стекла / В. В. Тарасов. - М.: Стройиздат, 1979. - 256 с.

111. Бунтин, А.Е. Влияние специфики химической связи Э-С и Э-О на структуру, свойства и классификацию неорганических веществ на их основе / А.Е. Бунтин, Р.О. Сироткин, О.С. Сироткин // Вестник технологического университета.

- 2017. - Т. 20. - №5. - С. 5-11.

112. Сироткин, О.С. Характеристики гомо- и гетероядерных связей тонкой электронно-ядерной структуры и их влияние на свойства металлических и неметаллических материалов / О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин, А.М. Трубачева. -Казань: КГЭУ, 2009. - 304 с.

113. Сироткин, О.С. Неорганические полимерные вещества и материалы (Безуглеродные макромолекулы и полимеры) / О. С. Сироткин. - Казань: КГЭУ, 2002. - 288 с.

114. Самсонов, Г.В. Физико-химические свойства окислов / Г.В. Самсонов. -М.: «Металлургия», 1978. - 472 с.

115. Бацанов, С.С. Структурная химия (факты и зависимости) / С.С. Бацанов.

- М.: Диалог-МГУ, 2000. - 292 с.

116. Гельд, П.В. Энциклопедия неорганических материалов. - Киев: УСЭ, 1977- С. 641-642.

117. Сироткин, О.С. Квантово-механическая оценка характера распределения электронной плотности гомоядерных связей различных модификаций железа и полимерных форм углерода / О.С. Сироткин, А.В. Калашников, Р.О. Сироткин // Технология металлов. - 2008. - № 4. - С. 29-35.

118. Ремизникова, В.И. Физико-химические основы строительной керамики: Учебное пособие / В.И. Ремизникова, О.В. Спирина. - Казань: КГАСУ, 2006. - 85

119. Sirotkin, O.S. On a new approach to assessing the energy characteristics of substances / O.S. Sirotkin, A.M.Pavlova, R.O. Sirotkin, A.E. Buntin // E3S Web of Conferences. - 2019. - V.124 - 01017 - 5 p.

120. Сироткин, О.С. Химическая природа оксидов, особенности их структуры, свойств, областей применения и технологий получения и переработки /

О.С. Сироткин, Р.О. Сироткин, А.М. Павлова, Д.Ю. Павлов // Вестник технологического университета. - 2017. - Т.20. - №1. - С. 29-35.

121. Бунтин, А.Е. Особенности химического строения, свойств и технологий неорганических продуктов на основе оксидов / А.Е. Бунтин, Р.О. Сироткин, О.С. Сироткин // Бутлеровские сообщения. - 2018. - Т.53. - №2. - С. 153-160.

122. Сироткин, О.С. Особенности химической природы неорганических веществ, свойств и технологий их получения / О.С. Сироткин, А.Е. Бунтин // Вестник технологического университета. - 2017. - Т. 20. - №5. - С. 11-15.

123. Бунтин, А.Е. Взаимосвязь технологий неорганических веществ с их химическим строением / А.Е. Бунтин // Материалы международной научно-практической конференции «Наука и образование в современных условиях». -Нефтекамск: НИЦ «Мир науки», 2017. - С. 56-60.

124. Волков, Г.М. Классификационные критерии нанотехнологии материалов / Г.М. Волков // Научные труды Всеройского совещания материаловедов России. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - С. 10-14.

125. Андриевский, Р.А. Наноструктурные материалы /Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля. - М.: Академия, 2005 - 192 с.

126. Сироткин, О.С. Фундаментальные основы специфики природы и свойств наноструктурного уровня организации вещества / О.С. Сироткин // Нанотехнологии. Экология. Производство. - 2011. - № 5(12). - С. 102-107.

127. Бунтин, А.Е. Наномодифицирование алюмосиликатов / А.Е. Бунтин // Материалы VIII Международной молодежной научной конференции «Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы». - Саратов: СГТУ, 2018. - С. 54-58.

128. Туманова, Л.П. Опыт модифицирования песчано-бентонитовых формовочных смесей наноразмерными материалами / Л.П. Туманова, Ф.С. Кваша // Литейное производство. - 2011. - № 1. - С.7-9

129. Rowles, M. Chemical Optimization of the Compressive Strength of Aluminosilicate Geopolymers Synthesised by Sodium Silicate Activation of

Metakaolinite / M. Rowles, B. O'Connor // Journal of Materials Chemistry. - 2003. -V.13. - Р. 1161-1165.

130. Климош, Ю.А. Реологические свойства шликеров на основе полиминеральных глин с добавками электролитов / Ю.А. Климош, И.А. Левицкий // Стекло и керамика. - 2004. - №11.- С.19-22.

131. Женжурист, И. А. Влияние добавок гидрозолей оксидов алюминия и кремния на свойства формовочных смесей / И. А. Женжурист, А. Е. Бунтин // Литейное производство. - 2011. - №8. - С. 36-40.

132. Шарипов, М.Р. Структурообразование глинисто-песчаных формовочных смесей, модифицированных алюмосиликатными гидрозолями / М. Р. Шарипов, А. Е. Бунтин, И.А. Женжурист // Материалы международной научно-практической конференции XL неделя науки СПбГПУ. 4.VI. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011 - С. 93-94.

133. Бунтин, А.Е. Технология модификации природных алюмосиликатов нанозолями оксидов алюминия и кремния / А.Е. Бунтин, О.С. Сироткин, И.А. Женжурист, Р.Х. Хузиахметов // Вестник технологического университета. - 2018. - Т. 21. - №2. - С. 66-70.

134. Красиникова, Н.М. Влияние кремнезоля на фазовый состав гидратированного цемента с полифункциональной добавкой / Н.М. Красиникова, Н.М. Морозов, Р.Р. Кашапов // Известия КГАСУ. - 2016. - №1 (35). - С. 1752-178

135. Королев, Е.В. Оценка концентрации первичных наноматериалов для модифицирования строительных композитов // Нанотехнологии в строительстве. -2014. - № 6. - С. 31-34.

136. Королев, Е.В. Нанотехнология в строительном материаловедении. Анализ состояния и достижений. Пути развития // Нанотехнологии в строительстве. - 2014. - № 11. - С. 47-79.

137. Королев, Е.В. Нанотехнология в строительном материаловедении // Вестник МГСУ. - 2017. - Т.12. - №7(106). - С. 711-717.

138. Трухина, М.В. Закономерности упрочняющего наномодифицирования некоторых материалов / М.В. Трухина, М.В. Провоторов, Т.В. Мокочунина, В.А.

Винокуров // Сб. материалов II Всеросс. науч. интернет-конференции с международным участием «Нанотехнология в теории и практике». - Казань: Изд-во И.п. Синяев Д.Н., 2014. - С. 147-157.

139. Артамонова, О.В. Исследование влияния типа и дозировки суперпластификатора на устойчивость комплексной нанодобавки на основе SiO2 / О.В. Артамонова, М.А. Шведова, С.Р. Муратова, И.В. Останкова // Химия, физика и механика материалов. - 2018. - № 1 (16). - С. 45-55.

140. Женжурист, И.А. Влияние нанодисперсных частиц гидрозолей оксидов кремния и алюминия на структурообразование глинистых минералов в водной среде / И.А. Женжурист, В.М. Зарипова, Л.Ф. Мубаракшина, В.Г. Хозин // Стекло и керамика. - 2010. - № 7. - С. 28-32.

141. Женжурист, И.А. Особенности структурообразования керамических масс пылеватых суглинков, модифицированных нано и высокодисперсными алюмосиликатными добавками / И.А. Женжурист, В.М. Зарипова, Л.Ф. Мубаракшина, В.Г. Хозин // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2010. - № 1 (13). - С. 281-286.

142. Шефер, К.И. Особенности реальной структуры псевдобемитов: нарушения структуры и упаковки слоев, связанные с кристаллизационной водой / К.И. Шефер, С.В. Черепанова, Э.М. Мороз, Е.Ю. Герасимов, С.В. Цыбуля // Журнал структурной химии. - 2010. - Т.51. - №1. - С.137-147.

143. Марченко, И.Н. Синтез и коллоидно-химические свойства гидрозолей бемита и смешанных дисперсий АЮОН-7пО: Дис. ... канд. техн. наук: 02.00.11 / И.Н. Марченко. - Российский химико-технологический ун-т им. Д. И. Менделеева. - Москва, 2017. - 114 с.

144. Суворов, Д.С. Исследование влияния наномодифицирующих добавок на структурные и физико-механические характеристики огнеупорных материалов / Д.С. Суворов, Б.Б. Хайдаров, П.А. Жукова, Д.В. Кузнецов, Л.М. Аксельрод // Сб. материалов научно-практического семинара «Нанотехнологии в современных материалах технологического и биомедицинского назначения». - Севастополь: «Севастопольский государственный университет», 2018. - С. 117-118.

145. Пат. 2380315 Российская Федерация, МПК C01B 33/141, C01B 33/148. Способ получения концентрированного гидрозоля оксида кремния / Карасева И.П., Пухачева Э. Н., Саляхова М.А., Фатхутдинов Р.Х.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Казанский химический научно-исследовательский институт». - № 2008142567/15; заявл. 27.10.2008; опубл. 27.01.2010 Бюл. № 3 (II ч.). - 5 с.

146. Айлер. Р. Химия кремнезема / Р. Айлер. - М.: Мир, 1982. - 712 с.

147. Belchinskaya L. Contribution of Ion-Exchange and Non-Ion-Exchange Reactions to Sorption of Ammonium Ions by Natural and Activated Aluminosilicate Sorbent / L. Belchinskaya, L. Novikova, V.Khokhlov, Jen Ly Tkhi // Journal of Applied Chemistry. - 2013. - V. 2013 - ID 789410 - 9 p.

148. Шаповалов, Н.А. Оптимизация структуры наносистем на примере высоконцентрированной керамической вяжущей суспензии / Н.А. Шаповалов, В.В. Строкова // Строительные материалы. - 2006. - №8. - С.248-249.

149. Manikandan, D. Synthesis of metal intercalated clay catalysts for selective hydrogenation reactions / D. Manikandan, R.V. Mangalaraja, S. Ananthakumar, T. Sivakumar // Catalysis in Industry. - 2012. -V. 4. - №. 4. - Р. 203-215.

150. Медведева, Н.А. Сорбционная способность глин, подверженных сжатию / Н.А. Медведева, О.С. Ситева, В.В. Середин // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2018. - Т.18. - №2. - С.118-128.

151. Никитина, Н.В. Физико-химические свойства сорбентов на основе природного бентонита, модифицированного полигидроксокатионами металлов: дис.. канд. хим. наук: 02.00.04 / Н.В. Никитина - Саратовский национальный исследовательский гос. ун-т. имени Н.Г. Чернышевского. - Саратов, 2018. - 154 с.

152. Бельчинская, Л.И. Влияние различных механизмов нагрева слоистого алюмосиликата на сорбционные процессы. Сообщение 1. Сорбция воды при тепловом и электромагнитном (СВЧ) нагреве монтмориллонита / Л.И. Бельчинская, Н.А. Ходосова, Л.А. Новикова // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2017. - Т. 17. - № 5 - С. 781-791.

153. Осипов, В.И. Микроструктура глинистых пород / В.И. Осин, В.Н. Соколов, Н.А. Румянцева - М.: Недра, 1989. - 211 с.

154. Плюснина, И.И. Инфракрасные спектры минералов / И.И. Плюснина -М.: Изд.-во Моск. ун-та, 1976. - 190 с.

155. Крупская, В.В. Преобразование структуры и адсорбционных свойств монтмориллонита при термохимическом воздействии / В.В. Крупская, С.В. Закусина, Е. А. Тюпина, О.В. Доржиева, М.С. Чернов, Я. В. Бычкова // Геохимия. -2019. - Т.64. - №3. - С. 300-319.

156. Четверикова, А.Г. Исследования полиминеральной глины, содержащей трехслойные алюмосиликаты физическими методами / А.Г. Четверикова, В.С. Маряхина // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2015. -№1(176). - С. 250-255.

157. Larkin, P. Infrared and Raman spectroscopy: principles and spectral interpretation / P. Larkin - Elsevier, 2011. - 230 p.

Электронные фотографии структуры бентонита

Рис. 1 - Структура модифицированного бентонита 5 % КЗ (агломераты наночастиц кремнезоля на поверхности алюмосиликатных минералов)

Рис. 2 - Структура модифицированного микроагрегаты и их структура

кремнезолем бентонита:

Рис. 3 - Структура модифицированного кремнезолем бентонита: высокодисперсная фаза (200 нм) и измененная структура поверхности (более аморфная) - светлый участок; справа: поры, образованные неплотным прилеганием контактирующих частиц (средний размер пор - 50 нм)

SEM HV: 15.0 kV WD: 9.01 mm | | | | | | MIRA3 TESCAN

View field: 3.08 pm Det: SE 500 nm

Bl: 12.00 Scan speed: 3 Performance In nanospace

Рис. 4 - Структура модифицированного кремнезолем бентонита: однородный гранулометрический состав и поверхности частиц

Технико-экономическое обоснование

Технико-экономическая обоснованность предлагаемой технологии модифицирования природных алюмосиликатов ведется по следующим статьям калькуляции:

1. Затраты на модификаторы (М)

М = Мм • Цм, руб/т

где Мм - масса модификатора, кг., Цм - ориентировочная оптовая стоимость модификатора, руб./кг.;

2. Стоимость и амортизационные отчисления на дополнительное оборудование для модифицирования (дозирующие устройство);

3. Энергозатраты на технологические цели;

4. Снижение твердых отходов в процессе сушки:

М0 = Мн- ММ = 540 - 415 = 125

Мм= ^ Н0 • Кх • ^ (1-^з), т/год, Мм = 8 • 120 • 0.4 • 1.2 (1 - 0.1) = 415 где Мн - расчетное количество отходов без модификации; Мм - расчетное количество отходов при модификации, т/год; Уп - объем производства, мл.шт/год; Но - норма отходов, т/год; К1 - коэффициент, учитывающий влияние модификации и гранулометрического состава сырья; К2 - коэффициент, учитывающий уровень автоматизации и механизации производства; К3 - коэффициент, учитывающий влияние формы и пустотности выпускаемой продукции.

5. Повышение технологических и эксплуатационных свойств, критерий качества продукции (марочности) в соответствии с ГОСТ 28177-89.

Расчет затрат на модифицирование алюмосиликатного сырья

Таблица 1.1 - Стоимость и амортизационные отчисления на оборудование для модифицирования бентонита 0,1% АЗ+ 0,1% КЗ без ультразвуковой обработки

Наименование оборудования Кол-во, шт Балансовая стоимость Норма амортизации, % Сумма амортизации, руб.

за единицу всего

1. Дозатор объемно-весовой 2 71400 142800 11 15708,00

ИТОГО: К = 142800.0 А = 15708,00

Норма амортизации по учетному технологическому оборудованию: Нср = А/К*100, % = 15708.00/142800.0 = 11,00 %

Расчет годового расхода энергии

Наименование оборудования Мощность, кВт Кол-во Номинальный фонд времени, час Эффект. годовой фонд времени работы обор-я Потребляемая энергия, кВт/час

Дозатор модификаторов 1 2 8760 8322 16644

Неучтенные энергозатраты 2 1 8760 8322 41610

Итого: 58254

Планируемый процент времени на простой оборуд-я в ремонтах, % 5

Коэффициент спроса 0,8

Коэффициент потерь в электросетях 0,97

Энергия на технологические цели, кВт/час 48044,54

Норма расхода на калькуляционную единицу, кВт/т 0,480

Таблица 1.3 - Калькуляция себестоимости модификации на 1 т продукции

Статьи расходов Ед. изм. Цена за ед., руб Норма расхода Сумма, руб.

Действ. Проект. Действ. Проект.

I. Материальные затраты

1. Кремнезоль кг 160 1.1 1.0 176 160

2. Алюмозоль кг 200 1.1 1.0 200 200

3. Вода м3 16.6 0.5 0.5 8.3 8.3

Итого: 404.3 368.3

II. Энергия

4. Электроэнергия кВт/т 3,2 0,480 0,480 1.54 1.54

Итого: 1.54 1.54

III. Цеховые расходы

Цеховая себестоимость Руб. 405.84 369,84

Заводская себестоимость Руб. 405.84 369,84

Полная себестоимость Руб. 405.84 369,84

Таблица 1.4 - Технико-экономические показатели

Показатель Ед. изм. Проект. Действ.

1. Годовой выпуск продукции т/год 100000 100000

2. Стоимость оборудования руб. 142800 142800

3. Себестоимость модифицирования руб/т 369,84 405,840

4. Цена без НДС руб/т 462,3 507,3

Экономическая эффективность % 19.77 19.22

Срок окупаемости кап. вложений лет 0.6 0.6

Таблица 1.5 - Стоимость и амортизационные отчисления на оборудование для модифицирования бентонита 0,1% КЗ +УО

Наименование оборудования Кол-во, шт Балансовая стоимость Норма амортизации, % Сумма амортизации, руб.

за единицу всего

1. Дозатор объемно-весовой 1 71400 142800 11 15708,00

2. Ультразвуковой гомогенизатор типа ШР16000 1 3328044 3328044 11 366084,84

ИТОГО: 2 К = 3399444,0 А = 373938,84

Норма амортизации по учетному технологическому оборудованию: Нср = А/К*100, % = 373938,84 / 3399444,00 = 11,00 %

Расчет годового расхода энергии

Таблица 1.6 - Электроэнергия на технологические цели

Наименование оборудования Мощность, кВт Кол-во Номинальный фонд времени, час Эффект. годовой фонд времени работы обор-я Потребляемая энергия, кВт/час

Дозатор модификаторов 1 1 8760 8322 8322

Ультразвуковой гомогенизатор типа ШР16000 4x16 1 8760 8322 532608

Итого: 540930

Планируемый процент времени на простой оборуд-я в ремонтах, % 5

Коэффициент спроса 0,8

Коэффициент потерь в электросетях 0,97

Энергия на технологические цели, кВт/час 446127,84

Норма расхода на калькуляционную единицу, кВт/т 4,461

Таблица 1.7 - Калькуляция себестоимости модификации на 1 т продукции

Статьи расходов Ед. изм. Цена за ед., руб Норма расхода Сумма, руб.

Действ. Проект. Действ. Проект.

I. Материальные затраты

1. Кремнезоль кг 160 1.1 1.0 176 160

2. Вода м3 16.6 0.5 0.5 8.3 8.3

Итого: 184,30 168,30

II. Энергия

4. Электроэнергия кВт/т 3,2 5 4,46 16 14,27

Итого: 16 14,27

III. Цеховые расходы

Цеховая себестоимость Руб. 200,30 182,57

Заводская себестоимость Руб. 200,30 182,57

Полная себестоимость Руб. 200,30 182,57

Таблица 1.8 - Технико-экономические показатели

Показатель Ед. изм. Проект. Действ.

1. Годовой выпуск продукции т/год 100000 100000

2. Стоимость оборудования руб. 3399444 3399444

3. Себестоимость модифицирования руб/т 182,57 200,300

4. Цена без НДС руб/т 228,21 250,38

Экономическая эффективность % 19.16 18.97

Срок окупаемости кап. вложений лет 1.8 1.8

Расчеты минерального состава и продуктов обжига алюмосиликатов

Таблица 2.1 - Расчёт минерального состава бентонита

Дано Производительность по сырью (бентонит), кг 100

Состав БЮ2 Л12Оз Бе2Оз СаО М§О Я2О Н2О Ост. Сумма

56,4 21,55 7,62 2,2 2,90 2,4 5,62 1,3 100

Доля АЬОз в монтмориллоните - 0,9 0,9

Состав Кальци т Каолинит Монтмориллони т Альбит Форстери т Кварц Ост

СаСОз Л14[814О10](ОН)8 (ЛЪОз^Ю^ШО ) Л12[Б14О10](ОН)2^ ПН2О Ка[Л1Б1з О8] М§2БЮ4

3,93 5,45 66,36 4,50 0,12 11,42 8,2 100

Таблица 2.2 - Исходные данные

Дано Производительность по сырью (суглинок), кг 100

Состав БЮ2 Л12Оз БеО СаО М§О СО2 Н2О Ост. Сумма

7з,5 10,5 з 2 2 2 4 з 100

Доля Л12Оз в монтмориллоните - 0,5 0,8

Кальцит Каолинит Монтмориллонит Сидерит Форсте рит Кварц Ост.

Состав СаСОз Л14[Б14О10](ОН)8 (Л12Оз^281О2^2Н2О) Л12[Б14О10](ОН)2^ ПН2О FeСOз О4

з,57 25,29 з4,22 4,8з 0,14 22,5 9,45 100

Таблица 2.3 - Расчет минерального состава

1 2 3 4 5 Проверка нуля

Кальцит 56 44 100 0

Мв (г) = 56 44 100 0

Реакция 1 СаО + СО2 = СаСОз

Количество 2 1,571 з,571 0

Каолинит 102 120 з6 258 0

Мв (г) = 102 60 18 258 -78

Реакция 2 Л12Оз + 2БЮ2 + 2Н2О = ЛЬОз-28Ю2-2Н2О

Количество 10 11,765 з,529 25,294 0

Монтмориллонит 102 40 180 27 з49 0

Мв (г) = 102 40 60 18 з49 -129

Реакция 3 Л12Оз + М§О + зБЮ2 + 1,5 Н2О = М§О*Л12Оз^з8Ю2^1,5Н2О

Количество 10 3,92 17,65 2,65 34,22 0

Сидерит 72 44 116 0

Мв (г) = 72 44 116 0

Реакция 4 FeО + С02 = FeСOз

Количество 3 1,83 4,83 0

Форстерит 80 60 140 0

Мв (г) = 40 60 140 -40

Реакция 5 2М§0 + БЮ2 = М§2БЮ4 0

Количество 0,08 0,06 0,14 0

Таблица 2.4 - Расчет теоретического состава основных продуктов обжига

1 Разложение каолинита с образованием муллита

774 426 240 108 0

Мв (г) = 258 426 60 18 -246

Реакция 6 Л120э-28Ю2-2Н20 = 3(АЬ03^28Ю2) + 4БЮ2 + 6Н20

25,29 13,92 7,84 3,53 0

Каолинит Муллит 1 Кремнезем 1 Вода 1

2 Разложение монтмориллонита с образованием муллита

1047 426 210 330 81 0

Мв (г) = 349 426 140 60 18 -295

Реакция 7 3М§0*А120э-38Ю2.1,5Н20 = 3(АЬ03-28Ю2) 1,5М§2БЮ/ 5,5БЮ2 + 4,5Н20

34,22 13,92 6,86 10,78 2,65 0

Монтмориллонит Муллит 2 Форстерит Кремне зем 2 Вода 2

3 Разложение кальцита с образованием волластонита

100 60 116 44 0

Мв (г) = 100 60 116 44 0

Реакция 8 СаСОэ + + БЮ2 = СаSiOз + С02

3,571 2,14 4,14 1,57 0

Волластонит

4 Разложение сидерита с образованием FeO

116 72 44 0

Мв (г) = 116 72 44 0

Реакция 9 FeСOз = FeО + С02

4,83 3,00 1,83 0

Сидерит Оксид железа

Материальный баланс распылительной сушилки

Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета

Параметр Значение

Производительность сушилки по абсолютно сухому порошку (Оа.с), кг/ч з00

Потери порошка в сушилке (П), % 4

Относительная влажность шликера % 50

Относительная влажность готового порошка ^п), % 10

Расчетная плотность шликера (ус), г/смз 1,з95

Плотность модифицированного шликера (ус), г/смз 1,з8

Плотность немодифицированного шликера (ус), г/смз 1,40

Таблица з.2 - Материальный баланс распылительной сушилки

Приход Расход

Наименование кг/ч % Наименование статьи кг/ч %

Шликер Gш 625 100 Товарный порошок ззз,з 5з,з

Потери порошка Пп 1з,9 2,25

Испаряемая влага Ов.и. 277,8 44,4

Итого 625 100 Итого 625 100

Акты использования результатов диссертационной работы

ТОРОС

420061, РТ, г. Казань, ул. Николая Ершова, д. 35А, ИНН/КПП: 1660288531/166001001, ОГРН: 1171690013549,

®/ё:[phone]; 272-15-19; 272-18-19 Е: torosltd(Smail.ru: ©: www.torosltd.ru

использования результатов кандидатской диссертационной работы Бунтина Артема Евгеньевича

Комиссия в составе: председатель: Кузьмин A.A. - коммерческий директор, к.т.н. член комиссии: Онищенко A.B. - главный инженер, к.т.н.;

составили настоящий акт том, что результаты диссертационной работы Бунтина А.Е. использованы в производственной деятельности ООО «ТОРОС ГК» для совершенствования технологии очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов путем совмещения процессов их сорбции адсорбентом из модифицированного бентонита с последующим ускорением осаждения путем флокуляции.

Испытания проводились следующим образом. Усредненная сточная вода с гальванического производства, после регулирования рН и осаждения основной массы ионов металлов, направлялась в реактор, в который последовательно дозировались адсорбент из модифицированного бентонита (5-10 кг/м3), в виде пасты, а затем, после перемешивания, катионный флокулянт на основе сополимера акриламида (10г/м3). Полученная смесь перемешивалась и затем отстаивалась в полочном отстойнике. Время пребывания в отстойнике - 30 мин. Образовавшийся осадок с адсорбированными

АКТ

Шакирова С.Г. - технический менеджер

примесями ионов тяжелых металлов декантируется, обезвоживается и направляется на переработку.

Технологические характеристики адсорбента из модифицированного бентонита Нурлатского месторождения приведены в таблице 1. Характеристика сточной воды АО «ПО» Завод им. Серго», г. Зеленодольск приведена в таблице 2.

Таблица 1

Свойство Показатель

Средний размер частиц, мм 0,03-0,05

Влажность, % 5-6

Насыпная плотность, г/см3 0,76

Плотность, г/см3 2,66

Пористость, % 42

Показатель адсорбции по МГ, мг/г 118

Характеристика сточной воды АО «ПО» Завод им. Серго»

Таблица 2

Ион тяжёлого Остаточная Концентрация Эффективност Предельно-

металла концентрация после ь очистки, % допустимая

Меп+ после осаждения при рН=8,5-9, мг/л очистки, мг/л концентрация, (ПДК р/х), мг/л

Медь, Си2+ 0,15 < 0,001 99,3 0,001

Цинк, гп2+ 0,1 0,01 90 0,01

Хром, Сг3+ 0,1 0,015 85 0,07

Никель, №2+ 0,5 < 0,01 98 0,01

Анализ проб осуществлялся фотометрическим методом в соответствии с ПНД Ф 14.1:2:4.48-96, ПНД Ф 14.1:2.46-96, ПНД Ф 14.1:2:4.60-96 и ПНД Ф 14.1:2:4.52-96.

Результаты испытаний адсорбента из модифицированного бентонита показали эффективность его использования для доочистки сточных вод АО «ПО» Завод им. Серго» от ионов тяжелых металлов (Си2+, 7х)2+, Сг3+, 1\П2+) до норм приема в водоемы рыбохозяйственного назначения (ПДК р/х).

Отработанный адсорбент из модифицированного бентонита, рекомендовано переработать в адсорбент или керамзит путем грануляции с последующим обжигом.

Председатель комиссии: Члены комиссии:

А.А. Кузьмин А.В. Онищенко С.Г. Шакирова

УТВЕРЖДАЮ : 1ДИ(5МЕТ», д.'г.н Довыденков ~ /€? 2018 г.

АКТ

использования результатов диссертационной работы Бунтина А.Е.

Настоящий акт подтверждает, что результаты диссертационной работы Бунтина Артема Евгеньевича переданы и использован ы~в 000^<НАН0МЕТ>Г г. Йошкар-Ола.

В диссертационной работе на примере соединений со связями элемент-углерод и элемент кислород (карбиды и оксиды) предложен подход для прогнозирования структуры и свойств неорганических веществ, заключающийся в практическом использовании для этого установленных зависимостей между соотношением ' компонент химических связей элементов, их образующих и исследуемыми характеристиками.

Установлена эффективность использования в качестве модифицирующих добавок нанодисперсных золей оксидов алюминия и кремния для улучшения физико-механических свойств природных алюмосиликатов различного состава: набухаемость в водных суспензиях увеличивается на 20%, текучесть водных суспензий в 2 раза, прочность образцов в 1,5 раза. Разработанная на этой основе технология, по сравнению с существующими - традиционными, обеспечила суммарное снижение затрату (обусловленное уменьшением образующихся твердых отходов, времени формования, повышением качества продукции и т.д.) на 15 %.

Полученные результаты использованы для прогнозирования структуры и свойств неорганических веществ и наноструктурированных материалов, модифицирования алюмосиликатов с целью улучшения их технологических параметров, свойств и изделий на их основе.