Bentonite: aplikasi dengan arang batu sebagai Bentonite-tanah liat dalam aplikasi, dan lain-lain

Jauh dari penggunaan semata-mata untuk membuat batu bata, bentonite adalah satu bentuk tanah liat yang telah menemui banyak kegunaan selama beribu-ribu tahun penggunaannya - tetapi mungkin terutamanya dalam refraktori dari 1900-an dan seterusnya, bersama-sama arang batu serbuk di kalangan banyak aplikasi lain. Biasa di kalangan mereka adalah keperluan untuk tanah liat bentonit berkualiti terbaik dan arang batu anthracite - seperti yang terdapat dari Pegmatite Afrika.

Pengenalan

Bentonites adalah aluminium phyllosilicate Clays yang kebanyakannya terdiri daripada montmorillonite. Montmorillonite itu sendiri adalah sejenis dioctahedral smectite-struktur Kristal yang mempunyai lapisan octahedral geometri sandwiched antara dua lapisan geometri tetrahedral. Jenis bentonit adalah ditandakan dengan nama logam yang paling lazim di dalamnya, contohnya natrium bentonit (Na-bentonit) dan kalsium bentonit (CA-bentonit). Na-bentonite adalah salah satu yang paling biasa, dan secara khusus untuk keupayaannya untuk membengkak, toleransi suhu yang tinggi dan dianggap sebagai umumnya Binder yang lebih baik (1). Na-bentonite berasal dari abu gunung berapi yang telah didepositkan dalam persekitaran marin lama dahulu. Ca-bentonite, sebaliknya, tidak terkenal dengan sifatnya bengkak dan sendiri berasal dari abu gunung berapi yang didepositkan dalam persekitaran air tawar (2). Berhubung dengan air, air struktur dihapuskan daripada bentonites oleh Pemanasan dalam julat 400 hingga 500 ° c, dan struktur Kristal ditukar sepenuhnya di luar 900 ° c. Berbanding dengan kaolin kimia yang sama, bentonit dianggap sebagai lebih mudah untuk dibentuk dan ditipu.

Bentonites mempunyai pelbagai kegunaan dari kosmetik ke detergen, dan desiccants ke baja. Di sini, kami akan menumpukan banyak tumpuan kepada penggunaan bentonit dalam
aplikasi
, terutamanya apabila ia telah dicampurkan dengan arang batu. Biasanya dengan bentonit Clays, arang batu pilihan adalah anthracite. Sendiri bahan yang digunakan secara meluas, di luar bahan api ia telah menemui penggunaan dalam dan persekitaran suhu yang tinggi lain.

Campuran bentonite-arang batu adalah murah, yang di samping penggunaan meluas mereka di bawah, menambah daya tarikan mereka dalam tetapan industri.

Penggunaan bentonit dalam persekitaran yang mendalam dengan arang batu

Sarung Pasir hijau dan Kering

Penggunaan yang paling luas dan biasa untuk campuran anthracite bentonite adalah dalam sektor pemutus pengasas. Adalah dinyatakan bahawa kira-kira 70% daripada ferus casat diperbuat daripada Pasir pembentukan Hijau (3). Dalam warna Pasir hijau, Pasir diadakan bersama-sama dengan bentonite/tanah liat dan air sebagai pengikat; Ia dikatakan ' hijau ' kerana acuan ini sebahagian besarnya boleh diguna semula dan dikitar semula. Pasir membentuk hijau ini mengandungi di rantau ini 10% oleh jisim tanah liat bentonit, sehingga dua peratus karbon (iaitu arang batu), sehingga 5% air dengan kira-kira menjadi pasir. Montmorillonite dikatakan penting dalam proses pengeluaran pemutus, terutamanya dengan berhati-hati kepada pertumbuhan semula acuan (4).

Satu kajian yang melihat ke dalam flowability Pasir hijau untuk aplikasi pemutus mendapati bentonit adalah penting dalam membolehkan untuk aliran pasir yang baik (dan dengan itu acuan pemutus yang lebih baik) dan bahawa nisbah yang ideal bentonit untuk bahan carbonadalah 3:1 (5) dan kandungan air tidak lebih daripada 3%. Kajian lain telah ditemui di mana terdapat 5% yang optimum, secara besar-besaran; memberi kekuatan mampatan 53 kN/m² manakala baki mudah untuk dikendalikan (6).

Kekuatan panas dan kering adalah keperluan utama bagi pemilihan warna Pasir hijau, dan oleh itu sodium bentonit adalah lelaran pilihan tanah liat (7). Dalam proses pemutus, hanya jumlah yang sangat kecil montmorillonite menjadi reput, dan bentonit yang mengandungi melebihi 70% montmorillonite oleh jisim adalah pilihan untuk permohonan pemutus. Bahan berkarbon seperti arang batu digunakan dalam bentuk pemutus pasir acuan sebagai bahan tambahan dan kebanyakannya dibakar. Sebab untuk menggunakan bahan Carbon(arang batu) adalah untuk memastikan kemasan permukaan yang lebih baik pada logam dengan mencegah mencampurkan logam lebur dengan Pasir dalam proses yang dipanggil pembasahan. Biasanya untuk Pasir hijau, arang batu adalah dalam bentuk habuk dan diperolehi daripada antrasit-salah satu bentuk arang dengan karbon yang lebih tinggi dan kandungan sulfur yang lebih rendah.

Di
castable refraktori, di mana bentonite-arang telah digunakan
, hartanah pengembangan haba telah dilihat dipertingkatkan. Tentangan terhadap kejutan haba juga telah meningkat (8) dalam refraktori yang calcined.

Berhubung dengan casat Pasir kering, prinsip ini sebahagian besarnya adalah sama kecuali recyclability tidak diutamakan. Kalsium bentonit boleh digunakan dalam permohonan pemutus pasir, tetapi mereka lebih terdedah kepada hakisan dan lebih terdedah kepada kudis dan kecacatan lain yang disebabkan oleh pengembangan (9). Secara keseluruhannya, ia boleh dikatakan bahawa penambahan bentonit kepada hijau dan Pasir kering pemutus acuan meningkatkan kekuatan flowability dan mampatan, sambil mengekalkan toleransi haba yang tinggi. Adalah dianggarkan bahawa pemilihan yang digunakan oleh industri melebihi 25% daripada penawaran pengeluaran global bentonit setiap tahun (10). Kekuatan mampatan basah (iaitu pra-pengawetan atau rehat acuan) adalah lebih tinggi dengan kuantiti yang meningkat bentonit dan arang batu (11)-yang merupakan harta yang berguna jika apa-apa jenis penyemperitan atau proses komksi mekanikal akan digunakan dalam pembentukan acuan.

Kedua-dua pasir dan bentonit tanah liat boleh digunakan dari proses (12). Menggunakan proses ' pengoksidaan maju ', penambakan dan kitar semula semula yang digunakan bentonit dipertingkatkan (13). Proses ini memakan bentonit dan pasir dari proses pemutus, melayan ia oxidatively dan menggunakan metodologi ini membuang thermally menghancurkan bentonit dalam saluran sisa. Sebagai perbandingan kepada sistem tradisional, ini rawatan pengoksidaan maju hanya menghantar 3% bentonit (dengan berat) untuk membazirkan, berbanding dengan 30-50%. Proses seperti ini adalah berfaedah kerana ia mengurangkan jumlah bentonit segar yang diperlukan untuk ' membentuk ' apabila membentuk acuan pemutus baru.

Kegunaan lain-lain Bentonite-arang

Dalam kesusasteraan paten, bentonit bersama-sama debu arang batu telah digunakan untuk membaiki serangan Relau letupan (14) dan bahagian yang rosak pelari melalui Relau atau cupolas (15). Kedua-dua kaedah, secara asasnya, gunakan arang batu, bersama-sama dengan bahan lain seperti grafit dan kalsium klorida untuk menghasilkan putty yang digunakan untuk rehat, dan penawar dengan cepat di situ. Pembaikan ini direka bentuk untuk skala kecil.

Penggunaan bentonit dalam persekitaran refraktori tanpa arang batu

Pelletisation bijih besi adalah salah satu kegunaan utama untuk bentonit dalam refraktori tanpa arang batu. Bentonit digunakan sebagai fluks, membuat menembak proses yang kurang intensif tenaga, dan membolehkan pengoksidaan magnetit untuk hematite di hadapan Relau letupan (16). Pelletisation membuat untuk proses lebur yang lebih cekap disebabkan oleh kawasan permukaan yang lebih besar kepada nisbah isipadu, dan berlaku di dalam terowong Relau, yang menuju ke Pellet bola yang berbentuk. Telah dilaporkan bahawa perkadaran bahan tambahan (iaitu bentonit dan anthracite) mempunyai kesan yang mendalam terhadap proses keseluruhan membentuk pelet, memaklumkan sifat-sifat seperti kekuatan mampatan sejuk dan kecerobohan antara lain(17).

Dalam pengeluaran kebakaran tanah liat bata, hanya 1.5% dengan penambahan berat bentonit kepada bahan biasa meningkat kekuatan mampatan dengan ketara-ia berfikir bahawa bentonit meningkatkan campuran. Peningkatan kekangan dan kawasan permukaan dalaman membawa kepada prestasi refraktori yang lebih baik (18).

bentonit digunakan untuk membuat ini bata

Tambahan pula, dalam pengeluaran bata refraktori berasaskan kaolin, penambahan bentonite dalam perkadaran 2% telah ditunjukkan untuk meningkatkan kekuatan dan ketumpatan batu bata yang dihasilkan - manakala mengurangkan kos (19). Seawal tahun 1970-an USSR, kemudahan pengeluaran batu bata telah bereksperimen dengan penggantian separa tanah liat konvensional dan pasir di kaolin yang mengandungi batu bata untuk aplikasi bersambung tinggi dan hiasan. Penulis melaporkan kepadatan dan peningkatan kekuatan dalam batu bata yang dihasilkan adalah pada susunan 19% - semuanya sambil mengurangkan kos keseluruhan dalam beratus-ratus ribu rubles, nilai yang ketara pada masa itu. Prinsip yang sama terus diterapkan hari ini.

Kegunaan lain Bentonite dan arang batu

Bentonite-anthracite (di mana anthracite adalah jenis arang batu yang unggul) campuran telah lama digunakan untuk pemisahan minyak dan penyingkiran dari cecair. Konsep utama yang menjadikan bentonite sebagai bahan yang berdaya maju untuk kawasan ini adalah bahawa ia adalah satu sorbent yang sangat baik dalam dan dirinya sendiri (20). Sifat sembur bersandar pada penggantian kaunter Na atau Ca dengan nitrogen pada amine kuartet. Ini meningkatkan organophillicity (lihat kemudian). Bentonite dikatakan sederhana selektif untuk bahan organik termasuk benzene, minyak mentah dan produk petroleum. Sebagai anthracite mempunyai ketumpatan yang sama untuk tanah liat bentonit, mereka bercampur dengan baik, dengan anthracite menghalang sebarang penyerapan lanjutan ke dalam tanah liat bentonit yang sudah membengkak. Penyerapan cecair sistem, bagaimanapun, berkurangan dengan ketara pada suhu tinggi (21).

Satu kajian telah menggunakan campuran 30% daripada tanah liat dan 70% debu arang batu untuk menanggalkan minyak dari minyak sintetik dan minyak/air yang telah meningkat dengan kecekapan sehingga 98%. Sifat-sifat tersebut disebabkan oleh profil kekok bentonite, dan hakikat bahawa ia adalah organophilic(22). Anthracite mempunyai ketumpatan pukal yang serupa untuk bentonit Clay dan melambatkan penyerapan pramatang minyak ke dalam tanah liat bengkak. Penyerapan sedemikian hanya berkesan pada suhu rendah - keupayaan untuk menyerap cecair jatuh dengan cepat berikutan pemanasan walaupun melepasi sederhana 100 °C(23). Ini mempunyai aplikasi yang berpotensi untuk tumpahan minyak dan pembersihan industri am.

Hakikat bahawa campuran anthracite bentonite sangat organophilic menjelaskan keberkesanan dan kecekapan luas mereka dalam pemisahan minyak dan membersihkan ruang. Kemudahan penggunaan datang bermain juga, dengan saiz zarah skala makro 0.85 hingga 2.36 mm pra-bengkak yang pernah membengkak dan penuh dengan bahan cemar, penapisan pengecualian saiz mudah adalah lebih daripada mencukupi untuk mengeluarkan segala-galanya (24).

Dalam skala yang besar, campuran bentonit dan arang batu digunakan sebagai tapak pelupusan sampah dan toppers. Berikutan daripada tingkah laku penyerap bentonite-anthracite yang disebutkan di atas, di tapak pelupusan sampah, ia dihargai kerana keupayaannya untuk menyerap bahan berbahaya yang mengeluarkan longgokan sampah, seperti logam berat (25) termasuk kadmium, plumbum dan nikel. Dalam kajian ini, bentonit digunakan dalam nisbah 2:1 hingga arang batu, dan sama sekali digunakan bersama-sama pasir. Penting dalam aplikasi tersebut adalah rintangan bahan keseluruhan untuk tekanan, dan telah didapati bahawa pasir bentonit-arang batu mempamerkan kekuatan mampatan yang baik dan ketumpatan tinggi apabila ketiga-tiga komponen digunakan bersama-sama (26). Dalam kajian lain yang serupa, bentonite dan arang batu telah ditunjukkan sebagai sorbents yang baik untuk pelbagai bahan cemar berasaskan cecair yang timbul daripada aliran sisa dan tapak pelupusan - tetapi penulis menyatakan bahawa tidak ada kesan bahan jenis karbon sendiri, sebaliknya ia memerlukan bentonit untuk hadir untuk menyerap bahan tercemar dengan berkesan(27). Tingkah laku ini telah diterima pakai di tempat lain dengan keputusan yang berkesan terhadap petunjuk leaching yang menunjukkan keberkesanan sistem arang batu bentonit (28).

Dari segi perindustrian dan perlombongan membersihkan, campuran bentonite-anthracite mendapati kegunaan yang meluas terutamanya dalam bidang saliran lombong asid - masalah biasa yang dihadapi sektor perlombongan mineral. Air bawah tanah dengan mudah boleh menjadi tercemar dengan pelbagai ekor dan air larian dari operasi perlombongan dan mesti dihalang daripada memasuki kursus air tempatan. Air bawah tanah berhampiran lombong arang batu di sub-Saharan Afrika telah ditunjukkan untuk mencapai kepekatan toksik dan berbahaya 1,300 mg L^-1 besi. Penapisan mudah air menggunakan tanah liat bentonit, anthracite dan abu terbang telah ditunjukkan untuk mengurangkan paras besi secara mendadak dalam air (29).

Ekor lombong tidak terhad kepada agak mudah untuk menangani besi, bagaimanapun. Ion logam berat lain - termasuk sulfides - diketahui pencemar dan juga perlu dikeluarkan. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa penapisan anthracite bentonite berkesan untuk menghapuskan lebih daripada 80% spesies besi (termasuk sulfides) dalam satu kajian menggunakan lajur penapis anthracite bentonite (30). Walaupun ia tidak menunjukkan serta penapis zeolit gred komersial, air sisa perindustrian sebahagian besarnya dilucutkan bahan cemar apabila lajur penapis bentonite-anthracite gabungan yang mempunyai kawasan permukaan kira-kira 1 m² g^-1 digunakan. Penulis menyatakan prestasi yang sangat baik dari segi penyingkiran mana-mana bahan organik sisa, di mana ia mengatasi zeolite.

Untuk pemasangan sedemikian, penambahan serendah 10% tanah liat bentonit dengan berat kepada campuran pasir dan arang batu berkesan untuk meningkatkan tahap penyerapan sistem pasir tanah liat. Adalah diperhatikan bahawa anthracite hadir mengehadkan keupayaan bengkak campuran - yang disifatkan sebagai bermanfaat(31).

Dalam penghasilan briquettes arang batu, penambahan kaolin dan terutama tanah liat bentonite telah didapati meningkatkan suhu kebolehpercayaan abu, menjadikan gasifikasi lebih cekap (32). Kadang-kadang diabaikan sebagai tanah liat berkelakuan konvensional, bentonite boleh dibentuk menjadi batu bata dan monoliths sama seperti bahan jenis tanah liat lain. Apabila digabungkan dengan sisa pengeluaran ferroki dan sumber karbon (contohnya, serbuk anthracite), bahan refraktori seramik boleh dihasilkan yang dapat menahan suhu kira-kira 200 hingga 300 °C lebih tinggi daripada apabila tanah liat 'normal' digunakan - ini kemungkinan besar disebabkan oleh kesan bentonit dan bahan krom sisa dari sisa ferokrom (33).

Dalam banyak kes, setingkat menggabungkan penapisan bentonit-anthracite bersama kaedah lain (seperti zeolite atau kaca tanah) mungkin paling sesuai.

Ringkasan

Bentonite adalah sejenis tanah liat yang telah direka untuk porositi, keupayaan kerja dan sifat bukan toksik
Dalam aplikasi yang lengkap, ia digunakan dengan arang batu (bentonite-arang batu) dalam pasir/Pasir hijau membentuk untuk kekisi logam; di mana ia meningkatkan sifat refraktori acuan sambil juga meningkatkan kekuatan dan flowability
Bentonite dan arang batu boleh digunakan bersama untuk pembaikan Relau berskala kecil
Untuk aplikasi refraktori tanpa arang batu, bentonit digunakan dalam besi bijih pelletisation dan di dalam api tanah liat bata pengeluaran untuk meningkatkan kekuatan
Aplikasi lain dengan arang batu termasuk proses pemisahan minyak dalam tumpahan minyak dan membersihkan industri; pelupusan sampah dan mempertingkatkan pengeluaran briket arang batu

Gabungan bentonit dan arang batu (atau anthracite) sangat berkesan merentasi pelbagai tetapan dari pemutus logam ke pembersihan industri. Pegmatite Afrika adalah pembekal utama anthracite, tanah liat bentonite dan pelbagai mineral lain yang sesuai dan disesuaikan dengan pelbagai aplikasi. Menawarkan pengalaman yang paling luas dan yang terbaik dalam teknologi rumah, Pegmatite Afrika adalah rakan industri pilihan.

Rujukan

1 S. Paź et Al., Arc. ., 2019, 19, 35

2 G. Alther, Env. Eng. Geosci., 2004, 10, 347

3 ., J. Struct molekul., 2008, 880, 109

4 Z. Radojevic dan A. Mitrovic, J. EUR. Ceram. SoC., 2007, 27, 1691

5 Y. Chang dan H. Hocheng, J. Mat. Proc. Tech., 2007, 113, 238

6 C. Saikaew dan S. Wiengwiset, APPL. Clay Sci., 2012, 61, 26

7 Jabatan teknik Persatuan teknikal Amerika, pelakon moden, 2016, 106, 42

8 W. Zhang et Al., dunia besi dan keluli, 2010, 4, 1

9 J. R. Brown (Ed.), buku panduan Foseco ferus, 11 Ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, 2000

10 d. D. Eisenhour dan R. K. Brown, Elements, 2009, 5, 83

11 W. dia Qing, Chin. J. MECH. Eng., 2000, 8, 1

12 US paten US6554049B2, 2001

13 J. C. Furness et Al., Env. Mini. Tech., 2005, 39, 7712

14 US paten US3600480A, 1969, tamat tempoh

15 US paten US4102694A, 1976, tamat tempoh

16 h. H, Murray, Gunaan Clay Mineralogy: kejadian, pemprosesan dan aplikasi Kaolins, Bentonites, Palygorskite-sepiolite, dan Common Clays, Elsevier, Amsterdam, 2006

17 P. Prusti dan K. Barik, Mater. Hari ini: Proc., 2020, dalam akhbar, DOI: 10.1016/j.matpr.2020.03.118

18 M. E. H. Shalabi et al., J. Ore Dressing, 2009, 11, 25

19 V. V. Zaikova et al., Refraktori, 1974, 15, 673

20 G. R. Alther et al., Pengurusan Sisa (Amsterdam), 1996, 15, 623

21 R. E. Grim, Clay Mineralogy, 2th ed, McGraw-Hill, New York, 1968

22 H. Moazed dan T. Viraraghavan, Mengira. Sumber, 2005, 27, 101

23 R. E. Grim, Clay Mineralogy, 2th ed, McGraw-Hill, New York, 1968

24 H. Moazed dan T. Viraraghavan, Mengira. Sumber, 2005, 27, 101

25 J. Sobti dan S. K. Singh, Int. J. Geotech. Eng., 2017, 411, 1

26 J. Sobti dan S. K. Singh, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2017, 225, 12091

27 J. Sobti dan S. K. Singh, Int. J. Geotech. Eng., 2019, 13, 411

28 Y.-G. Chen et al., Adv. EWCA. Eng., 2019, 1