Применение диатомита (стр. 5 из 6)

Кроме того, Кольтгофом и Стенжером было показано, что сильнокислой среде гидроксилированная поверхность кремнезёма активно адсорбирует ионы Fe3+ и Al3+ с образованием кислотных групп на его поверхности [2, 237]. Реакция сопровождается вытеснением протонов и снижением концентраций исследуемых ионов в растворах. Можно предположить, что именно этим объясняется уменьшение величины ΔрН при рНисх<2,7.

Гидроксилированная поверхность кремнезёма имеет точку нулевого заряда при рН~2 [3, 913]. При более высоких значениях рН она проявляет слабые кислотные свойства, а при рН >~6 степень ионизации возрастает, и водород Si―OH группы легче диссоциирует. Переходя в раствор, протоны уменьшают степень его кислотности. Кроме того, при рН>7 – 8 растворимость кремнезёма начинает заметно расти [3, 66]. Как показано Р. Айлером, реакции гидратации и деполимеризации происходят с участием гидроксил-ионов (см. рис. 1.3), но при рН<8 образовавшийся силикат-ион гидролизуется с образованием молекул растворимого кремнезёма Si(OH)4 и ионов ОН‾ [2, 91], поэтому при рН<9,6 буферное действие породы, проявлялось слабее, чем в кислой среде. При рН>10,7 кремнезём весь растворяется с образованием силикат-ионов, что приводит к понижению концентрации гидроксил-ионов в растворе извлечения.

При термической активации происходит частичная дегидратация силанольной поверхности аморфного кремнезёма и для её регидратации требуется многодневное выдерживание образцов в нейтральном водном растворе [3, 915]. Это значительно ослабляет буферное действие опаловой составляющей диатомита, прокалённого при 850°С. Частичное разрушение алюмосиликатов снижает адсорбцию протонов с их участием и изменяет значение показателей выхода железа и алюминия. В целом диатомит, прокалённый при 850°С, обладает менее выраженным буферным действием по сравнению с нативным.

Влияние порошка нативного диатомита на концентрацию Al3+ в растворе AlCl3 в зависимости от значения рН раствора извлечения

В присутствии порошка нативного диатомита происходило заметное снижение концентрации алюминия в растворе AlCl3 c исходной CAl3+ 0,0086 мг/см3 и установленными значениями рН:

рНисх 1,4-4,9 – отмечалось значительное уменьшение содержания алюминия в фильтрате по сравнению с раствором извлечения вплоть до CAl3+ =0 при рН 4,9;

рНисх 4,9-12,4 – было зафиксировано присутствие ионов Al3+ в исследуемых растворах, с максимальной концентрацией 0,0038 мг/см3 при рН 8,29;

рНисх 12,38 – CAl3+ в фильтрате равна нулю.

Повышение концентрации исследуемого иона в фильтрате по срав- нению с раствором извлечения отмечалось только при рН<~2-2,5.

Данные, отражающие влияние нативного диатомита на значение CAl3+ в фильтрате в зависимости от рН раствора извлечения, приведены в таблице 2.17 и отражены на графике, приведённом на рисунке 2.12.

Таблица 2.17

Влияние нативного диатомита на значение CAl3+ в фильтрате в зависимости от значения рН раствора извлечения:

рН исх	1,40	2,15	2,65	4,90	8,29	9,65	12,38
CAl3+, мг/см3	0,0164	0,0062	0,0010	0,0000	0,0038	0,0017	0,0000

Резкое уменьшение концентрации исследуемого иона в фильтратах при рНисх<4,9 связано с тем, что его адсорбция на обменных позициях глинистых минералов и поверхности аморфного кремнезёма происходит быстрее, чем трансформация поверхностных слоёв кристаллической решётки алюмосиликатов, так как требует меньших затрат энергии. Адсорбировавшись на поверхности кристаллитов, ионы Al3+ затрудняют проникновение протонов внутрь, защищая решётку от разрушения. В кислой среде происходит наложение процессов поглощения Al3+ диатомитом и выщелачивания алюминия из его глинистой составляющей.

Ульрихом [48, 708] было показано, что при рН 4,2-5,0 вытеснение Al из кристаллических решёток минералов сопровождается образованием полимерных аквагидроксокомплексов алюминия, занимающих их обменные позиции. Можно предположить, что этим объясняется снижение поглощения диатомитом ионов Al3+ из раствора при рНисх 4,90-8,29. К тому же подщелачивание раствора извлечения способствует активизации гидролиза, а образующиеся в растворе катионы Al(OH)x3-x нельзя определить по выбранной нами методике. При более щелочной реакции среды весь алюминий раствора переходит в форму комплексных ионов переменной основности и активно поглощается порошком диатомита.

Выводы

В результате проведённых исследований можно сделать следующие выводы об особенностях поведения алюминия и железа инзенского диатомита в моделируемых условиях внешней среды:

Прокаливание диатомита при 850°С в течение 4 часов приводит к разрушению входящих в его состав слоистых алюмосиликатов и частично иммобилизует полуторные окислы.

В кислой среде порошок диатомита становится источником подвижных форм алюминия и железа, из прокалённого при 850°С диатомита выход исследуемых элементов в раствор происходит при более низком значении его рН.

Диатомит обладает буферным действием в широком диапазоне значений рН (1-12,4), при кислой реакции среды оно более выражено, чем при щелочной.

Нативный диатомит способен поглощать ионы Al3+ из раствора хлористого алюминия, при кислом рН падение концентрации ионов происходит только за счёт адсорбции на отрицательно заряженных поверхностях, в щелочной среде процесс осложняется гидролизом соли и поглощением аквагидроксокомплексов алюминия.

При рН растворах извлечения менее 5,72 нативный диатомит становится источником подвижного алюминия; в сильнокислой реакции среды (рН<4,0-4,5) его выход в раствор резко возрастает; из прокалённого при при 850°С диатомита выход алюминия происходит при более кислой реакции среды (рН<4,8).

Выщелачивание железа из породы имеет место при более низком значении рН (<3,32) не только за счёт глинистых

Список литературы

Айлер Р. Колллоидная химия кремнезёма и силикатов: Пер. с англ. – – М.: Госстройиздат, 1959. – 288 с.

Айлер Р. Химия кремнезёма: Пер. с англ. В 2-х частях, ч.1 – – М.: Мир, 1982. – 416 c.

Айлер Р. Химия кремнезёма: Пер. с англ. В 2-х частях, ч.2 – – М.: Мир, 1982. – 706 c.

Антонова Н. Б. Международный проект «Химическая бомба замедленного действия» // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. Вып. 2. – М.: ВИНИТИ, 1995. – С. 20 – 32.

Боброва Е. К., Бобров А. А. Минеральные новообразования диоксида кремния в растениях и почве // Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия. – Сыктывкар: Ин-т геологии Коми, 1996. – С. 50.

Быков В. Т. структура и адсорбционные свойства природных сорбентов // Природные сорбенты / Отв. ред. В. Т. Быков. – М.: Наука, 1967. – 187 с.

Вернадский В. В. Биогеохимическая роль алюминия и кремния в почвах // Труды по биогеохимии и геохимии почв. – М.: Наука, 1992. – 437 с.

Власов В. В., Дистанов У. Г. О составе кремнезёма кремнистых пород палеогена Среднего Поволжья // Доклады АН СССР. Т. 128. – №6. – – 1959. – С. 114 – 116.

Воронков М. Г. и др. Кремний и жизнь: биохимия, фармакология и токсикология соединений кремния. / М. Г. Воронков, Г. И. Зелчан, Э. Я. Лукевиц. – Рига: Зинанте, 1978. – 587 с.

Воронков М. Г., Кузнецов И. Г. Земная кремниевая жизнь // Химия и жизнь. – 1984. – №12. – С. 95 – 99.

Воронков М. Г., Кузнецов И. Г. Кремний в живой природе. – Новосибирск: Наука, 1984. – 157 с.

Геология и полезные ископаемые мезо-кайнозойских отложений Ульяновской области / Под ред. А. П. Дедкова. – Казань, 1964. -334 с.

Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 310 с.

Дистанов У. Г. Геолого-промышленные типы месторождений осадочных кремнистых пород СССР. Критерии их прогноза и поисков // Происхож- дение и практическое использование кремнистых пород: Сб. ст. АН СССР / Отв. редакторы В. Н. Холодов, В. И. Седнецкий. – – М.: Наука, 1987. – С. 157 – 167.

Добровольский В. В. Основы биогеохимии: Учеб. пособие для геогр., биол., с-х. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1998. – 413 с.

Ермолаев А. А. Кремний в сельском хозяйстве. – М.: Линф, 1992. – 256 с.

Жузе А. П. Кремнистые осадки в современных озёрах. // Геохимия кремнезёма: Сб. ст. АН СССР / Отв. ред. Н. М. Страхов. – – М.: Наука, 1966. – С. 301 – 314.

Иванов И. А. Диатомовая земля Ульяновской области // Вестник Среднего Поволжья. – 1925. – № 8 – 9. – С. 137 – 144.

Использование соединений кремния в сельском хозяйстве / В. М. Дьяков, В. В. Матыченков, В. А. Чернышев, Я. М. Аммосова // Актуальные вопросы химической науки и технологии и охраны окружающей среды. Вып. 7. – М.: НИИТЭХИМ, 1990. – 32 с.

Каглер М., Воборский Я. Фильтрование пива. – – М.: Агропромиздат, 1986. – 279 с.

Каледа Г. А. Основные черты эволюции кремнистого осадконакопления // Геохимия кремнезёма: Сб. ст. АН СССР / Отв. ред. Н. М. Страхов. – – М.: Наука, 1966. – С. 369 – 385.

Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. – 512 с.

Кнорре Д. Г., Крылова Л. Ф., Музыкантов В. С. Физическая химия: Учебник для биол. ф-тов университетов и пед. вузов. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 1990. – 416 с.

Ковда В. А. Биогеохимия почвенного покрова / Отв. ред. О. В. Зонн. – – М.: Наука, 1985. – 263 с.

Кремнистые породы СССР / Отв. ред. У. Г. Дистанов. – Казань: Татарское книжное издательство, 1976. – 412 с.

Лопаткин А. А. Теоретические основы физической адсорбции. М.: Изд-во МГУ, 1983. – 344 с.

Надольский О. К. Диатомиты, трепелы и опоки Ульяновской области // Краеведческие записки Ульяновского краеведческого музея. Вып 2. – – 1958. – С. 319 – 329.

Орлов Д. С. Химия почв. – М.: Изд-во МГУ, 1992. – 400 с.

Оспанова Н. К. Нескелетное и скелетное биоминералообразование в истории Земли // Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия.. – Сыктывкар: Ин-т геологии Коми, 1996. – С. 58.

Петров В. П. Практическое значение кремнистых горных пород // Проис- хождение и практическое использование кремнистых пород: Сб. ст. АН СССР / Отв. редакторы В. Н. Холодов, В. И. Седнецкий. – – М.: Наука, 1987. –168 – 172 с.