高廟子鈉基膨潤(rùn)土熱老化后礦物成分變化
發(fā)布時(shí)間：2021-12-11 03:39
為了了解單純熱老化對(duì)高廟子天然鈉基膨潤(rùn)土中礦物組分和微觀結(jié)構(gòu)的影響,拓展高放地質(zhì)處置緩沖材料性能評(píng)價(jià)范圍,以內(nèi)蒙古高廟子天然鈉基膨潤(rùn)土和北山地下水為研究對(duì)象,利用紅外光譜儀、X射線衍射儀和穆斯堡爾譜儀分析了不同老化溫度（90℃、150℃、170℃、190℃和210℃）和老化時(shí)間（2個(gè)月、4個(gè)月、6個(gè)月、8個(gè)月、10個(gè)月和12個(gè)月）熱老化后高廟子天然鈉基膨潤(rùn)土中官能團(tuán)、礦物組分和Fe的賦存狀態(tài)以及含量的變化,并對(duì)其Si在北山地下水中的溶解性進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:隨著老化溫度和老化時(shí)間的增加,膨潤(rùn)土中官能團(tuán)數(shù)量有所變化,蒙脫石含量減少,云母和沸石含量增加,但沒(méi)有發(fā)生種類變化;可溶性偏硅酸根增加,存在Fe（Ⅱ）向Fe（Ⅲ）轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。總體而言,熱老化引起了高廟子天然鈉基膨潤(rùn)土礦物組分的顯著變化,但尚需深入研究。
【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè). 2020,29(11)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
熱老化樣品開罐后的外觀
圖2給出了熱老化前后膨潤(rùn)土樣品的紅外光譜。約3 600cm-1處為Al—O—H伸縮振動(dòng)峰；約3 400cm-1處為層間水分子H—O—H伸縮振動(dòng)峰；約2 800～3 000cm-1處為不對(duì)稱和對(duì)稱CH3、CH2伸縮振動(dòng)峰，以及CH伸縮振動(dòng)峰；約1 640cm-1處為層間水分子H—O—H彎曲振動(dòng)峰；約1 400cm-1處為變形的CH、CH3、CH2和C—O—H振動(dòng)峰；約1 040cm-1處為層間Si—O—Si伸縮振動(dòng)峰；約920cm-1處為A—Al—O—H彎曲振動(dòng)峰；約840～880cm-1處為Al—Fe—O—H/Al—Mg—O—H彎曲振動(dòng)峰；約790cm-1處為Si—O—Si伸縮振動(dòng)峰；約690cm-1處為石英的譜峰；約625cm-1處為晶格中Si—O—Mg彎曲振動(dòng)峰；約525cm-1處為晶格中Si—O—Al彎曲振動(dòng)峰；約470cm-1處為晶格中Si—O—Si彎曲振動(dòng)峰。從圖2中可以看出，即使膨潤(rùn)土在210℃老化10個(gè)月，其紅外光譜譜圖仍與參考樣紅外光譜圖相似，譜圖中沒(méi)有產(chǎn)生新的特征峰，同時(shí)也未發(fā)現(xiàn)原有特征峰消失；此外，在輻射作用后某些官能團(tuán)的吸光度有所改變。這表明熱老化前后并沒(méi)有引起膨潤(rùn)土分子結(jié)構(gòu)的改變，但是熱作用使得某些官能團(tuán)的含量發(fā)生了變化。其中加熱后CH、CH2和CH3伸縮振動(dòng)峰顯著減小，在老化溫度≥190℃時(shí)基本消失，可能是膨潤(rùn)土中原有有機(jī)物受熱分解導(dǎo)致；Al—Al—O—H、Al—Fe—O—H、Al—Mg—O—H、Si—O—Si、石英譜峰以及晶格中Si—O—Mg、Si—O—Al、Si—O—Si彎曲振動(dòng)峰變化不明顯；層間的H—O—H伸縮和彎曲振動(dòng)峰、層間Si—O—Si伸縮振動(dòng)峰及Al—O—H伸縮振動(dòng)峰發(fā)生了較大變化，且在老化溫度≥190℃時(shí)與其他老化溫度沒(méi)有明顯區(qū)別，沒(méi)有明顯的規(guī)律可循。PUSCH等[25]發(fā)現(xiàn)125℃和150℃下膨潤(rùn)土?xí)D(zhuǎn)化成黏結(jié)態(tài)的硅酸鹽；HOWARD等[26]研究表明在250℃條件下，膨潤(rùn)土中會(huì)生成富Al的鹽類；而JOHNSTON等[27]、CARSTEA等[28]、WERSIN[29]和OCHS等[30]認(rèn)為高溫條件下會(huì)生成Al—OH類復(fù)合物，因此可能是上述物質(zhì)的生成導(dǎo)致了官能團(tuán)振動(dòng)峰的變化。但也有可能與加熱過(guò)程層間水分子活動(dòng)有關(guān)，同時(shí)也不排除膨潤(rùn)土本身不均勻的因素。
相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)在高溫條件下蒙脫石會(huì)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的硅酸鹽，例如云母和沸石，且該過(guò)程的時(shí)間效應(yīng)顯著[31-33]。這與本研究的結(jié)果吻合，因此上述礦物組分含量的變化同樣是熱老化過(guò)程中蒙脫石轉(zhuǎn)變的結(jié)果。圖4 膨潤(rùn)土礦物組分含量隨老化溫度變化趨勢(shì)
本文編號(hào)：3533945
【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè). 2020,29(11)北大核心
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【部分圖文】：
熱老化樣品開罐后的外觀
圖2給出了熱老化前后膨潤(rùn)土樣品的紅外光譜。約3 600cm-1處為Al—O—H伸縮振動(dòng)峰；約3 400cm-1處為層間水分子H—O—H伸縮振動(dòng)峰；約2 800～3 000cm-1處為不對(duì)稱和對(duì)稱CH3、CH2伸縮振動(dòng)峰，以及CH伸縮振動(dòng)峰；約1 640cm-1處為層間水分子H—O—H彎曲振動(dòng)峰；約1 400cm-1處為變形的CH、CH3、CH2和C—O—H振動(dòng)峰；約1 040cm-1處為層間Si—O—Si伸縮振動(dòng)峰；約920cm-1處為A—Al—O—H彎曲振動(dòng)峰；約840～880cm-1處為Al—Fe—O—H/Al—Mg—O—H彎曲振動(dòng)峰；約790cm-1處為Si—O—Si伸縮振動(dòng)峰；約690cm-1處為石英的譜峰；約625cm-1處為晶格中Si—O—Mg彎曲振動(dòng)峰；約525cm-1處為晶格中Si—O—Al彎曲振動(dòng)峰；約470cm-1處為晶格中Si—O—Si彎曲振動(dòng)峰。從圖2中可以看出，即使膨潤(rùn)土在210℃老化10個(gè)月，其紅外光譜譜圖仍與參考樣紅外光譜圖相似，譜圖中沒(méi)有產(chǎn)生新的特征峰，同時(shí)也未發(fā)現(xiàn)原有特征峰消失；此外，在輻射作用后某些官能團(tuán)的吸光度有所改變。這表明熱老化前后并沒(méi)有引起膨潤(rùn)土分子結(jié)構(gòu)的改變，但是熱作用使得某些官能團(tuán)的含量發(fā)生了變化。其中加熱后CH、CH2和CH3伸縮振動(dòng)峰顯著減小，在老化溫度≥190℃時(shí)基本消失，可能是膨潤(rùn)土中原有有機(jī)物受熱分解導(dǎo)致；Al—Al—O—H、Al—Fe—O—H、Al—Mg—O—H、Si—O—Si、石英譜峰以及晶格中Si—O—Mg、Si—O—Al、Si—O—Si彎曲振動(dòng)峰變化不明顯；層間的H—O—H伸縮和彎曲振動(dòng)峰、層間Si—O—Si伸縮振動(dòng)峰及Al—O—H伸縮振動(dòng)峰發(fā)生了較大變化，且在老化溫度≥190℃時(shí)與其他老化溫度沒(méi)有明顯區(qū)別，沒(méi)有明顯的規(guī)律可循。PUSCH等[25]發(fā)現(xiàn)125℃和150℃下膨潤(rùn)土?xí)D(zhuǎn)化成黏結(jié)態(tài)的硅酸鹽；HOWARD等[26]研究表明在250℃條件下，膨潤(rùn)土中會(huì)生成富Al的鹽類；而JOHNSTON等[27]、CARSTEA等[28]、WERSIN[29]和OCHS等[30]認(rèn)為高溫條件下會(huì)生成Al—OH類復(fù)合物，因此可能是上述物質(zhì)的生成導(dǎo)致了官能團(tuán)振動(dòng)峰的變化。但也有可能與加熱過(guò)程層間水分子活動(dòng)有關(guān)，同時(shí)也不排除膨潤(rùn)土本身不均勻的因素。
相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)在高溫條件下蒙脫石會(huì)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的硅酸鹽，例如云母和沸石，且該過(guò)程的時(shí)間效應(yīng)顯著[31-33]。這與本研究的結(jié)果吻合，因此上述礦物組分含量的變化同樣是熱老化過(guò)程中蒙脫石轉(zhuǎn)變的結(jié)果。圖4 膨潤(rùn)土礦物組分含量隨老化溫度變化趨勢(shì)
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