Use of Differential Treatment of Illite to Modify Their Structure and Properties / Diferencētas apstrādes pielietojums illītu struktūras un īpašību modificēšanai

Abstract

Abstract Influence of chemical, mechanical and thermal treatment on structure and properties of illite and impact on development of high-temperature ceramics was investigated. The object of this study was illite from Quartenary glacio-limnic clay of state importance deposit Apriki. Treated clay fractions were subjected to X-ray diffraction, SEM and differential thermal analysis. It was found that thermal and chemical treatment is effective. Thermally treated illite with Al(OH)3 additive was used for sintering a new dense ceramic compositions. Ceramics were characterized by bulk density, shrinkage and compressive strength 150−165 N/mm2. Pētīta ķīmiskas, mehāniskas un termiskas apstrādes ietekme uz illītu struktūras un īpašību izmaiņām, kā arī šīs apstrādes nozīme blīvu augsttemperatūras keramiko materiālu izstrādē. Par izpētes objektu bija izvēlēti kvartāra māli no Apriķu atradnes, kas ir valsts nozīmes māla atradne. Māli no šīs atradnes ir pieskaitāmi pie karbonātus mazsaturošiem māliem un tiem ir relatīvi augsts mālainās frakcijas saturs (daļiņas ar izmēru < 0,005 μm). Mālu frakciju (illīti/kaolinīts) izdalīja no māliem, pielietojot sedimentācijas un ķīmisko metodi. Pētījumiem pielietota ķīmiski izdalītā mālu frakcija. Šīs frakcijas ķīmiskai apstrādei ir pielietots 3 M un 6 M NaOH ūdens šķīdums, mehāniskai apstrāde bija 24 hilga intensīva malšana planetārajās dzirnaviņās, termiskā - izkarsēšana 600 °C temperatūrā 30 min. Neapstrādāto un apstrādāto illītu raksturojumam pielietoja rentgena fāžu analīzi (XRD modelis Rigaku, Japāna un D8 Advance Bruker AXS). Elelementu/oksīdu analīzi veica ar XRD spektrometru (S4 PIONEER Bruker AXS). Daļiņu morfoloģijas un sastāva izmaiņu izpētei pielietoja skenējošo elektronmikroskopu Nova- Nano 650 (FEI Netherlands). Diferenciāli termiskā fāžu pāreju analīzi veica ar iekārtu Setaram, SETSYS Evolution-1750. Ir parādīts, ka sedimentāri un ķīmiski izdalīto illītu/kaolonīta fāžu sastāvs, kā arī oksīdu analīze ir nedaudz nobīdīti. Bija vērojamas arī daļiņu morfoloģijas atšķirības - sedimentēto illītu plākšņveida morfoloģija bija izteiktāka nekā ķīmiski iegūto. Rentgena fāžu analīze rāda, ka saistībā ar intensīvi malto un ar 3 M NaOH šķīdumu apstrādāto illītu/ kaolinīta fāžu difrakcijas maksimumu izmaiņas ir niecīgas. Maz izmaiņu novēroja arī DTA rezultātos. Savukārt, termiski apstrādātie illīti ir daļēji destrukturēti, pie ~ 600 °C izdalījās struktūras OH- grupas. Izmaiņas pēc apstrādes ar 6 M NaOH šķīdumu arī ir attiecināmas uz illītu struktūras izmaiņām, veidojoties nātrija alumosilikāta hidrātam Na(AlSiO4)6·H2O, kurš, cauraužot illītus, tos “sacementē”. Termiski apstrādātie illīti ir aprobēti kā saķepšanu veicinošs komponents jaunu keramikas kompozīciju izveidošanai ar Al(OH)3. Ir parādīts, ka 60 masas % termiski apstrādātu illītu piedeva pie Al(OH)3 apdedzināšanas temperatūrā > 1050 °C veido blīvu keramikas materiālu ar augstu spiedes izturības vērtību - 168 N/mm2.