Wpływ czasu aktywacji bentonitu węglanem sodu na stopień stabilności wybranych parametrów produktu

Abstract

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań mineralogicznych niemodyfikowanego bentonitu ze złoża w Kopernicy oraz bentonitu aktywowanego węglanem sodu (przy różnych stosunkach wagowych węglanu sodu do bentonitu i przy różnych czasach aktywacji). Bentonity to ilaste skały osadowe, zbudowane w dużej mierze z minerałów z grupy smektytu, które ze względu na rodzaj kationu międzypakietowego smektytu, wyróżnia się bentonity wapniowe (najczęściej występujące), sodowe oraz magnezowe. Najczęściej stosowanym procesem przemysłowym jest aktywacja bentonitu węglanem sodu, w celu wprowadzenia w przestrzenie międzypakietowe jonów Na+, na drodze wymiany jonowej, w miejsce obecnych tam wcześniej kationów. Celem badań jest kompleksowa analiza mineralogiczna bentonitu z Kopernicy oraz zwiększenie efektywności procesu przemysłowego otrzymywania bentonitu sodowego, który obecnie opiera się na dojrzewaniu materiału do momentu uzyskania odpowiedniego stopnia aktywacji. Elementem nowości przeprowadzonych badań jest aktywacja, wcześniej suszonego w 200 ˚C bentonitu, na drodze impregnacji wodnymi roztworami węglanu sodu. W pracy wykonano następujące badania: XRD, analizę termiczną (DTA, TG, DTA), XRF, FTIR, które potwierdziły, iż głównym składnikiem bentonitu z Kopernicy jest montmorillonit. Kolejną część pracy stanowiła impregnacja materiału w różnym stężeniu węglanu sodu, oraz kalcynacja w 200 ˚C przez 2 h. Podane ilości substancji węglanu sodu jakie zostały wzięte do eksperymentu, zostały wyznaczone w taki sposób, aby otrzymać aktywację o wartości odpowiadającej kolejno 0,5 CEC (pojemności wymiany kationów) i 1,5 CEC. Oba impregnowane bentonity wykazały się stabilnością. To potwierdziło bardzo dobry wpływ kalcynacji w 200˚C na efektywność wymiany kationów wapnia na sodowe, co zostało przedstawione za pomocą badań XRD, FTIR, oraz pomiarów pH. Metoda ta mogłaby być wdrożona na skalę przemysłową. To rozwiązanie pozwoliłoby na skrócenie okresu „dojrzewania” aktywowanego bentonitu. This Master’s thesis presents the results of mineralogical study of unmodified bentonite and bentonite activated with sodium carbonte (with different weight ratio of sodium carbonate to bentonite and with different activation times). The most common industrial process is activation of bentonite with sodium carbonate, in order to replace $Ca^{2+}$ or $Mg^{2+}$ by $Na^{+}$ cations. The aim of the study was to conduct a comprehensive analysis of the mineral composition of bentonite from Kopernica deposit and to increase efficiency of industrial production of sodium bentonite. The following tests: XRD, FTIR, thermal analysis (DTA, TG, DTG) and XRF showed, that the main mineral is montmorillonite. The second part of the study was dedicated to impregnation of bentonite. The amount of sodium carbonate used in the experiment, was calculated as to obtain a value corresponding to the activation with 0.5 CEC (Cation Exchange Capacity) and 1.5 CEC. Samples were subjected to calcination at 200˚ C for 2 hours to facilitate removing water from the smectite structure. Both impregnated bentonites showed stability which was determined by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and pH tests. The results confirmed very good impact of calcination at 200° C on the efficiency of calcium for sodium cation exchange.