高庙子钠基膨润土热老化后矿物成分变化
发布时间：2021-12-11 03:39
为了了解单纯热老化对高庙子天然钠基膨润土中矿物组分和微观结构的影响,拓展高放地质处置缓冲材料性能评价范围,以内蒙古高庙子天然钠基膨润土和北山地下水为研究对象,利用红外光谱仪、X射线衍射仪和穆斯堡尔谱仪分析了不同老化温度（90℃、150℃、170℃、190℃和210℃）和老化时间（2个月、4个月、6个月、8个月、10个月和12个月）热老化后高庙子天然钠基膨润土中官能团、矿物组分和Fe的赋存状态以及含量的变化,并对其Si在北山地下水中的溶解性进行测试。结果表明:随着老化温度和老化时间的增加,膨润土中官能团数量有所变化,蒙脱石含量减少,云母和沸石含量增加,但没有发生种类变化;可溶性偏硅酸根增加,存在Fe（Ⅱ）向Fe（Ⅲ）转变的趋势。总体而言,热老化引起了高庙子天然钠基膨润土矿物组分的显著变化,但尚需深入研究。
【文章来源】：中国矿业. 2020,29(11)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
热老化样品开罐后的外观
图2给出了热老化前后膨润土样品的红外光谱。约3 600cm-1处为Al—O—H伸缩振动峰；约3 400cm-1处为层间水分子H—O—H伸缩振动峰；约2 800～3 000cm-1处为不对称和对称CH3、CH2伸缩振动峰，以及CH伸缩振动峰；约1 640cm-1处为层间水分子H—O—H弯曲振动峰；约1 400cm-1处为变形的CH、CH3、CH2和C—O—H振动峰；约1 040cm-1处为层间Si—O—Si伸缩振动峰；约920cm-1处为A—Al—O—H弯曲振动峰；约840～880cm-1处为Al—Fe—O—H/Al—Mg—O—H弯曲振动峰；约790cm-1处为Si—O—Si伸缩振动峰；约690cm-1处为石英的谱峰；约625cm-1处为晶格中Si—O—Mg弯曲振动峰；约525cm-1处为晶格中Si—O—Al弯曲振动峰；约470cm-1处为晶格中Si—O—Si弯曲振动峰。从图2中可以看出，即使膨润土在210℃老化10个月，其红外光谱谱图仍与参考样红外光谱图相似，谱图中没有产生新的特征峰，同时也未发现原有特征峰消失；此外，在辐射作用后某些官能团的吸光度有所改变。这表明热老化前后并没有引起膨润土分子结构的改变，但是热作用使得某些官能团的含量发生了变化。其中加热后CH、CH2和CH3伸缩振动峰显著减小，在老化温度≥190℃时基本消失，可能是膨润土中原有有机物受热分解导致；Al—Al—O—H、Al—Fe—O—H、Al—Mg—O—H、Si—O—Si、石英谱峰以及晶格中Si—O—Mg、Si—O—Al、Si—O—Si弯曲振动峰变化不明显；层间的H—O—H伸缩和弯曲振动峰、层间Si—O—Si伸缩振动峰及Al—O—H伸缩振动峰发生了较大变化，且在老化温度≥190℃时与其他老化温度没有明显区别，没有明显的规律可循。PUSCH等[25]发现125℃和150℃下膨润土会转化成黏结态的硅酸盐；HOWARD等[26]研究表明在250℃条件下，膨润土中会生成富Al的盐类；而JOHNSTON等[27]、CARSTEA等[28]、WERSIN[29]和OCHS等[30]认为高温条件下会生成Al—OH类复合物，因此可能是上述物质的生成导致了官能团振动峰的变化。但也有可能与加热过程层间水分子活动有关，同时也不排除膨润土本身不均匀的因素。
相关文献发现在高温条件下蒙脱石会转变成稳定的硅酸盐，例如云母和沸石，且该过程的时间效应显著[31-33]。这与本研究的结果吻合，因此上述矿物组分含量的变化同样是热老化过程中蒙脱石转变的结果。图4 膨润土矿物组分含量随老化温度变化趋势
本文编号：3533945
【文章来源】：中国矿业. 2020,29(11)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
热老化样品开罐后的外观
图2给出了热老化前后膨润土样品的红外光谱。约3 600cm-1处为Al—O—H伸缩振动峰；约3 400cm-1处为层间水分子H—O—H伸缩振动峰；约2 800～3 000cm-1处为不对称和对称CH3、CH2伸缩振动峰，以及CH伸缩振动峰；约1 640cm-1处为层间水分子H—O—H弯曲振动峰；约1 400cm-1处为变形的CH、CH3、CH2和C—O—H振动峰；约1 040cm-1处为层间Si—O—Si伸缩振动峰；约920cm-1处为A—Al—O—H弯曲振动峰；约840～880cm-1处为Al—Fe—O—H/Al—Mg—O—H弯曲振动峰；约790cm-1处为Si—O—Si伸缩振动峰；约690cm-1处为石英的谱峰；约625cm-1处为晶格中Si—O—Mg弯曲振动峰；约525cm-1处为晶格中Si—O—Al弯曲振动峰；约470cm-1处为晶格中Si—O—Si弯曲振动峰。从图2中可以看出，即使膨润土在210℃老化10个月，其红外光谱谱图仍与参考样红外光谱图相似，谱图中没有产生新的特征峰，同时也未发现原有特征峰消失；此外，在辐射作用后某些官能团的吸光度有所改变。这表明热老化前后并没有引起膨润土分子结构的改变，但是热作用使得某些官能团的含量发生了变化。其中加热后CH、CH2和CH3伸缩振动峰显著减小，在老化温度≥190℃时基本消失，可能是膨润土中原有有机物受热分解导致；Al—Al—O—H、Al—Fe—O—H、Al—Mg—O—H、Si—O—Si、石英谱峰以及晶格中Si—O—Mg、Si—O—Al、Si—O—Si弯曲振动峰变化不明显；层间的H—O—H伸缩和弯曲振动峰、层间Si—O—Si伸缩振动峰及Al—O—H伸缩振动峰发生了较大变化，且在老化温度≥190℃时与其他老化温度没有明显区别，没有明显的规律可循。PUSCH等[25]发现125℃和150℃下膨润土会转化成黏结态的硅酸盐；HOWARD等[26]研究表明在250℃条件下，膨润土中会生成富Al的盐类；而JOHNSTON等[27]、CARSTEA等[28]、WERSIN[29]和OCHS等[30]认为高温条件下会生成Al—OH类复合物，因此可能是上述物质的生成导致了官能团振动峰的变化。但也有可能与加热过程层间水分子活动有关，同时也不排除膨润土本身不均匀的因素。
相关文献发现在高温条件下蒙脱石会转变成稳定的硅酸盐，例如云母和沸石，且该过程的时间效应显著[31-33]。这与本研究的结果吻合，因此上述矿物组分含量的变化同样是热老化过程中蒙脱石转变的结果。图4 膨润土矿物组分含量随老化温度变化趋势
本文编号：3533945
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