Физико-химические и технологические параметры нерудных цветных минералов Кыргызстана

В данной работе на основе химического состава и технологических параметров установлена пригодность некоторых цветных нерудных минералов Кыргызстана для получения красочных материалов

PHYSICO-CHEMICAL AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE ARE COLORED NONMETALLIC MINERALS OF KYRGYZSTAN

G.E. Batrakeeva, B.B. Toktosunova

In this work, based on the chemical composition and process parameters established the suitability Kyrgyzstan’s some colored nonmetallic minerals to get a color materials.

Цель работы: получение природных красочных материалов из цветных нерудных минералов Кыргызстана, изучение их химического состава, технологических параметров и определение их пригодности для получения целевого продукта.

С древнейших времён художники хорошо знали, что для живописи пригодны только стойкие пигменты. Они использовали для этой цели краски: либо цветную глину (охру), либо минералы (малахит, азурит, аурипигмент, лазурит (ляпис-лазурь)), либо известняк и т.п. [1]. Поэтому, несмотря на огромный ассортимент син тетических красителей, отдают предпочтение минеральным пигментам.

По мнению специалистов Кыргызстан богат такими нерудными полезными ископаемыми. Но они изучены слабо, особенно пигментная сырьевая база. На основе таких информаций можно сделать вывод, что изучение местных нерудных минералов и разработка новых технологий для расширения их области использования является приоритетной проблемой.

Анализ данных литературы о сырьевой базе нерудного сырья в Кыргызстане показал, что республика богата запасами цветных нерудных минералов и имеет широкий спектр окрасок. Известно 19 месторождений цветных нерудных минералов. Все они слабо изучены, хотя некоторые из них, несомненно, заслуживают внимания. Преимущество их заключается в том, что цветные нерудные минералы залегают совместно с другими полезными ископаемыми (каменным углём, огнеупорными глинами и т.д.) [2]. Среди них, содержащих повышенное количество гидроксидов железа, выделяется группа глинистых пород. На их долю приходится 392 объекта (по состоянию на начало 1996 года). Из них 170 месторождений и проявлений находится в Ошской и Джалал-Абадской областях, 96 - в Чуйской области, 41 - в Иссык-Кульской области, 44 -в Таласской области, 41 - в Нарынской области.

Важнейшие технологические свойства нерудных глинистых минералов в качестве пигментов для получения красочных материалов является : маслоёмкость, водоёмкость, диспергируемость, структурирующая способность, атмосферостойкость (устойчивость к свету и атмосферным воздействиям), совместимость с другими компонентами и т.д. [3].

Экспериментальная часть. Для всестороннего исследования пригодности цветных нерудных минералов для тех или иных практических целей производились лабораторные исследования образцов, привезенных из месторождения: Кызыл-Бел, с. Дыйкан, Ат-Башинский район, Нарынская область; Кок-Бел, с. Магал, Базар-Курганский район, Жалал-Абадская область.

• 1.    Исследования начаты с отбора проб методом квартования;

• 2.    Для характеристики основных показателей нерудных минералов ( термостойкость, коррозионная и химическая устойчивость и цвет) проведено следующее аналитическое тестирование [4].

  

  Рис. 1. Карта полезных ископаемых Кыргызстана.

  
  

• I.    Нерудный минерал из месторождения Кызыл-Бел, в сухом виде представляет собой порошковое вещество, на ощупь нежирное. Крупинки легко растираются в порошок, инородные камушки, зёрна других пород и остатки веточек не наблюдаются.

По результатам микрохимического тестирования: цвет – бордо с оранжевым оттенком, поэтому в дальнейшем обозначено шифром «БОО-1». Отношение к действию минеральных кислот и рН среды представлено в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Растворимость в минеральных кислотах

Минеральные кислоты (конц.)	Время обработки при комнатной температуре в течение:
	10 мин	24 часов
HCl	Раствор окрашивается в бордовый цвет (краска переходит в раствор)	Образовался жёлтый раствор со студенистым осадком
HNO 3	Раствор становится более насыщенным (краска переходит в раствор)	Раствор насыщенно красный
H 2 SO 4	Цвет раствора не изменяется	Раствор насыщенно красный

Микрохимическая реакция показывает отсутствие иона Cu2+

Таблица 2

Изменение рН среды

Показатель	Время выдержки
	10 мин	24 часа
рН	4-5	5; Осадок отделился и надосадочная жидкость прозрачная

Термический тест: нагревание минерала до 200 оС в течение 15 мин показало, что цвет не изменяется, пигмент устойчив к условиям внешней среды, но при действии концентрированных минеральных кислот (при комнатной температуре) слегка подвергаются химическому воздействию – краска переходит в раствор, рН среда водной вытяжки нерудного минерала «БОО» слабо-кислая.

• II.    Из месторождения Кок-Бел взяты два образца.

Один образец представляет собой достаточно плотное вещество, на ощупь нежирное, трудно растирается в порошок, заметны зёрна других пород.

Таблица 3 Растворимость в минеральных кислотах

Минеральные кислоты (конц.)	Время обработки при комнатной температуре в течение:
	10 мин	24 часов
HCl	Цвет раствора не изменяется	Раствор даёт желтую окраску (предполагается, что некоторые соли в минерале перешли в раствор)
HNO 3	Цвет раствора не изменяется	Цвет раствора не изменяется
H 2 SO 4	Цвет раствора не изменяется	Цвет раствора не изменяется

Микрохимическая реакция показывает отсутствие иона Cu2+.

По результатам микрохимического тестирования: имеет цвет ‒ бордо с серым оттенком в дальнейшем обозначается «БСО-2». Результаты действия минеральных кислот и рН среды представлены в табл. 3 и 4.

Таблица 4 Изменение рН среды

Показатель	Время выдержки:
	10 мин	24 часа
рН	4-5	5; Осадок отделился, над осадочная жидкость мутная

Термический тест: при обработке минерала при температуре 200оС цвет не изменяется.

Пигмент устойчив к атмосферным влияниям и воздействию концентрированных минеральных кислот (при комнатной температуре). Следует отметить, что пигмент минерала, выдержанный в течение суток в соляной кислоте переходит в раствор, рН среда – слабокислая.

Другой образец нерудного минерала из месторождения Кок-Бел , при визуальном осмотре представляет собой очень плотное вещество, трудно растирается в порошок, заметны инородные породы.

По результатам микрохимического тестирования: образец имеет серо-зелёный цвет в дальнейшем обозначен «СЗ-3». Результаты действия минеральных кислот и рН среды представлены в табл. 5 и 6.

Таблица 5 Растворимость в минеральных кислотах

Минеральные кислоты (конц.)	Время обработки при комнатной температуре в течение:
	10 мин	24 часов
HCl	Растворзелёного цвета	Раствор зелёного цвета
HNO 3	Цвет раствора не изменяется	В растворе изменений нет
H 2 SO 4	Цвет раствора не изменяется	В растворе изменений нет

Микрохимическая реакция на ион Cu2+ показывает его отсутствие.

Таблица 6 Изменение рН среды

Показатель	Время выдержки:
	10 мин	24 часа
рН	4-5	4; Осадок отделился, над осадочная жидкость слабо-мутная

Термический тест: нагревание образца до 200оС в течение 15 мин показало, что цвет не изменяется. Пигмент минерала устойчив к атмосферным влияниям и воздействию концентрированных минеральных кислот (при комнатной температуре), рН среда водной вытяжки слабокислая.

Известно что, тонкость помола пигмента существенно влияет на качество целевого материала, для чего фракционный состав определён путём рассева массы через набор сит, последовательно собранных с диаметром отверстий (мм): 0,69; 0,5; 0,4; 0,25; 0,2.

При этом установлено, что наибольшее количество диспергированных частиц размером 0,2 (мм)

≤оказалось в составе нерудных минералов «БСО-2» с. Магал –52,52%, когда такой размер диспергированных частиц в составе «БОО-1» (с. Кызыл-Бел) составляет 29,35%; а в «СЗ-3» 39,99%.

Подтверждающая насыщенностьмелкодисперги-рованных частиц именно в этом образце “БСО-2” наблюдалась при изучении физико-механической характеристики нерудных минералов, в которых неосевшие частицы устойчиво держатся в объёме жидкости более суток (табл. 7).

Таблица 7 Физико-механическая характеристика нерудных минералов

Образцы нерудных минералов	Дисперсность
	Осадок после 4-часового отстаивания	Осадок после 24-часового отстаивания
“БОО-1” м.Кызыл-Бел	Осадок полностью отделился, на поверхности жидкости слегка заметное красное кольцо	Осадок полностью отделился
“БСО-2” м. Кок-Бел	Незначительная часть грубодиспергированных частиц осадилась, но надосадочная жидкость красного цвета, много неосевших диспергированных частиц, которые устойчиво держатся в объёме жидкости	Имеется всего лишь на поверхности жидкости шириной 2мм прозрачное кольцо, ещё много неосевших диспергированных частиц
“СЗ-3” м.Кок-Бел	Осадок отделился, но имеются неосевшие частицы в незначительном количестве	Осадок полностью отделился

Под вещественным составом минерального сырья принято понимать его химический и минеральный состав.

При определении вещественного состава минералов по отношению (Si02/Al2O3) образцы оказались: «БОО-1» м. Кызыл-Бел ближе к каолинитовому типу глинистых минералов – 3,63; «БСО-2» м. Кок-Бел-к монтмориллониту –5 ,28; и «СЗ-3» м.Кок-Бел – к каолиниту-3,5.

По мнению исследователей, чем меньше водоём-кость пигмента, тем прочнее покрасочная плёнка и меньше опасность дальнейшего появления трещин на поверхности и потемнения. Данные табл. 9 свидетельствуют, что наибольшую пригодность для получения красящих материалов проявляет нерудный минерал «БСО-2» м. Кок-Бел.

Таблица 9 Определение водоёмкости минерала

Изучаемые минералы	Время насыщения водой, в мин	Расход воды, в мл	Водоёмкость, в %
«БОО-1»	4	0,87	46,52
«БСО-2»	4	0,84	45,65
«СЗ-3»	3	1,02	50,50

Выводы:

На основе проделанных экспериментальныхработ пришли к следующим выводам:

• 1.    Все изученные образцы нерудных минералов по окраске подходят для получения на их основе красочных материалов.

• 2.    По тонкости помола, по физико-механической характеристике, по свойствам водоёмкости наибольшую пригодность для получения красочных материалов проявляет образец нерудного минерала “БСО-2” м. Кок-Бел, Джалал-Абадская область.

• 3.    Из всех изученных образцов нерудных минералов “БСО-2” по вещественному составу отношений SiO 2 /Al 2 O 3 , ближе к монтмориллониту, что является более подходящим сырьём для получения красящих материалов.