Investigation of some physical properties of Kalecik bentonite sample activated with soda and MgO

Yıl 2022, , 1115 - 1120, 14.10.2022

Turan Kılınç , Yakup Cebeci , Ms Çelik

https://doi.org/10.28948/ngumuh.1101636

Öz

Bentonites must meet some standards (such as swelling, viscosity, filtration loss values) in order to be used in industry. There are bentonite deposits that provide these properties and are used without any processing. However, many bentonite deposits do not have the desired properties. In this study, activation studies were carried out with soda and MgO in order to improve the industrial properties of Kalecik bentonite sample. In the findings, it was observed that the cation exchange capacity (KDK), swelling, viscosity, liquid limit values of the bentonite samples activated with soda were partially improved (KDK 89.67 meq/100 g, swelling 16 ml, viscosity 8.5 cP, liquid limit 201%). It was observed that the filtration loss value (26.8 ml) did not change at the beginning, however, it increased with increasing additive ratios. Similar findings (KDK 70.65 meq/100 g, swelling 15 ml, viscosity 8 cP, liquid limit 211) were obtained in experiments with MgO additive. In experiments using MgO additive, it was observed that the filtration loss values increased more than the raw sample. The lowest filtration loss was found to be 29.2 ml. Changes in physical properties were associated with the increase of Na+ and MgO+2 ions in bentonite unit layers as a result of activation.

Anahtar Kelimeler

Bentonite, Activation, Soda, MgO

Soda ve MgO ile aktive edilmiş Kalecik bentonit örneğinin bazı fiziksel özelliklerinin incelenmesi

Öz

Bentonitlerin endüstride kullanılabilmesi için bazı standartları (şişme, viskozite, filtrasyon kaybı değerleri gibi) sağlaması gerekmektedir. Bu özellikleri sağlayan ve herhangi bir işleme tabii tutulmadan kullanılan bentonit yatakları bulunmaktadır. Ancak, bunun yanında pek çok bentonit yatağı istenilen özellikleri taşımamaktadır. Bu çalışmada Kalecik bentonit örneğinin endüstriyel özelliklerini geliştirmek amacıyla soda ve MgO ile aktivasyon çalışmaları yapılmıştır. Bulgularda soda ile aktive edilen bentonit örneklerinin katyon değişim kapasitesi (KDK), şişme, viskozite, likit limit değerlerinde kısmi iyileşmeler (KDK 89.67 meq/100 g, şişme 16 ml, viskozite 8.5 cP, likit limit %201) olduğu görülmüştür. Filtrasyon kaybı değerinin (26,8 ml) ise başlangıçta değişmediği, bununla birlikte artan katkı oranlarında filtrasyon kaybının arttığı görülmüştür. MgO katkısı ile yapılan deneylerde de benzer bulgular (KDK 70.65 meq/100 g, şişme 15 ml, viskozite 8 cP, likit limit %211) elde edilmiştir. MgO katkısı kullanılan deneylerde filtrasyon kaybı değerlerinin ham örneğe göre daha fazla arttığı izlenmiştir. En düşük filtrasyon kaybının 29.2 ml olduğu görülmüştür. Fiziksel özelliklerdeki değişimler, aktivasyon sonucunda bentonit birim tabakalarındaki Na+ ve MgO+2 iyonlarının artmasıyla ilişkilendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Bentonit, Aktivasyon, Soda, MgO

Kaynakça

• C.S. Ross and E.V. Shannon, Minerals of bentonite and related clays and their physical properties, J. Am. Ceram. Sci. 9, 77-96, 1926. https://doi.org/10.1111/ j.1151-2916.1926.tb18305.x
• R.E Grim, Clay Mineralogy, 2nd edition. McGraw Hill, New York, 1968.
• H.H Murray, Applied Clay Mineralogy: Occurrences, Procesing and Application f Kaolins, Bentonites, Palygorskite-Sepiolit, and Common Clays, Developments in Clay Science 2. Elsevier Publishing Company, 2007.
• G.W. Brindley and G. Brown, Crystal Structures of Clay Minerals and their X-Ray Identification. Mineralogical Society, London, 1980.
• M. Alastair, H. Andrew, P. Pascaline, E. Mark and W. Pete, Alkali activation behaviour of un-calcined montmorillonite and illite clay minerals. Applied Clay Science 166, 250–261, 2018. https://doi.org/ 10.1016/j.clay.2018.09.011
• R.E. Grim, Applied Clay Mineralogy. McGraw Hill, New York, Toronto, London, 1962.
• S. Peker, E. Buyura, B.Yıldız, U. Köktürk, ve H. Yılmaz, Kil karışımlarının reoljik davranışlarında iyon değişiminin etkisi. 10. Ulusal Kil Sempozyumu. sayfa 18-26. Konya, 2001.
• K. Çinku, F.Boylu, F. Duman ve M.S. Çelik, Bentonitlerin zenginleştirme ve soda ile aktivasyonunda sudaki iyon varlığı ve miktarının ürün özellikleri üzerindeki etkisi. İstanbul Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 1, 9-18, 2010.
• S. Özgen, Düşük Kaliteli Bentonitlerin Knelson Konsantratör ile Zenginleştirilmesi. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi 7(3), 1407-1416, 2020. https://doi.org/10.31202/ecjse.750751
• J.A. Bain and D.J. Morgan, Laboratory separation of clays by hydrocycloning. Clay Minerals 18, 33–47, 1982.
• F. Szanto, M. Gilde-Farkas, B. Varkonyi and J. Balazs, Binding of Na2CO3 by bentonite fractions. Acta Geol. Acad. Sci. Hung. 11(4), 409, 1967.
• R.L. Bleifuss, Activation of non-swelling bentonite. Clay Minerals. 10(1), 1973. https://doi.org/ 10.1180/claymin.1973.010.1.05
• G. Lagaly, M. Müller-Vonmoos, G. Kahr and R.Fahn, Vorgange bei der Sodaaktivierung von Bentoniten am Beispiel eines Bentonits von Neuseeland. Keram. Z. 33, 278–283, 1981.
• G.R. Alther, The role of bentonite in soil sealing applications. Bull. Assoc. Eng. Geol. 19(4), 401, 1982. https://doi.org/10.2113/gseegeosci.xix.4.401
• N. Yıldız, Y. Sarıkaya and A. Çalımlı, The effect of the electrolyte concentration and pH on the rheological properties of the original and the Na2CO3-activated Kütahya bentonite. Applied Clay Science 14, 319, 1999. https://doi.org/10.1016/S0169-1317(99)00006-X
• F. Boylu, Modelling and optimisation of ageing characteristics of soda activated Na-bentonites. Appl. Clay Sci. 83(84), 300-307, 2013. https://doi.org/ 10.1016/j.clay.2013.08.024
• F. Lebedenko and D. Plee, Some consideration on the aging of Na2CO3 activated bentonites. Applied Clay Science 3, 1–10, 1988. https://doi.org/10.1016/0169-1317(88)90002-6
• C. Karagüzel, T. Çetinel, F. Boylu, K. Çinku and M.S. Çelik, Activation of (Na, Ca)-bentonites with soda and MgO and their utilization as drilling mud. Applied Clay Science 48, 398–404, 2010. https://doi.org/ doi:10.1016/j.clay.2010.01.013
• U. Hofmann and K. Endell, British Patent 458240. 1936
• S. Abend and G. Lagaly, Sol-gel transitions of sodium montmorillonite dispersions. Applied Clay Science 16, 201–227, 2000. https://doi.org/10.1016/S0169-1317(99)00040-X
• F. Bergaya, B.K.G. Theng and G. Lagaly, Handbook of clay science. Coventional Applications, pp. 501–540. 2006
• F. Boylu, Optimization of foundry sand characteristics of soda-activated calcium bentonite. Applied Clay Science 52, 104–108, 2011. https://doi.org/10.1016/j.clay.2011.02.005
• P.P. Scott and Jr. T. Okla, Low solids drilling fluid, US-Patent Office. US 3070543, 1962.
• J.L. Lumus and T. Okla, Method of drilling with polymer-treated drilling fluid. US-Patent Office. US 3472325, 1969.
• B.L. Swanson and B. Okla, Drilling fluids, US-Patent Office US 3525688, 1970.
• Jr. J.E. Glass, Hec-bentonite compatible blends. US-Patent Office. US 4561985, 1985.
• G.M. Bol, Bentonite quality and evaluation methods. Society of Petroleum Engineering Drilling Engineering 288–296, 1986. https://doi.org/10.2118/13454-PA
• C.L. Burdick, Aqueous systems comprising an ionic polimer and a viscosity promoter, processes for their preparation, and uses thereof, US-Patent Office, US 6359040, 2002.
• Y. Günay, S. Değirmenci, B. Şirin ve N. Akarlar, Türkiye'de döküm bentonitinin 2000'lerde iyileştirilmesi. Metalurji Dergisi 126, 13–19, 2001
• A.L.V. Carmo, R.S. Angélic and S.P.A. Paz, Ageing characteristics related to cation exchange and interlayer spacing of some Brazilian bentonites. Heliyon Volume 7(2), 2021. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021. e06192
• M. A. Agha, R. E. Ferrell, G. F. Hart, M. S. A. El Ghar and A. Abdel-Motelib, Physical properties and Na-activation of Egyptian bentonitic clays for appraisal of industrial applications. Applied Clay Science 131, 74–83, 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.clay.2015.08.016
• B. İpekoğlu, İ. Kurşun, Y. Bilge ve A. Barut, Türkiye bentonit potansiyeline genel bir bakış. II. Endüstriyel Hammaddeler sempozyumu, sayfa. 51–69, İzmir, 1997.
• H.H. Murray, Traditional and new applications for kaolin, smectite, and palygorskite, a general overview, Applied Clay Science 17, 207–221, 2000. https://doi.org/10.1016/S0169-1317(00)00016-8
• B. Velde, Introduction to clay minerals-chemistry, orgins, uses and environmental significance. Chapman&Hall., 200 p, 1992.
• H. Yalçın, Kil mineralojisi ve jeolojisi ders notları. Sivas, 2004.
• İ. Acar, E. Doğan, F. Urhan, ve A.Ö. Ak, İki farklı polimerin sondaj çamuru özellikleri üzerine etkileri. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (20), 479-484. 2020. https://doi.org/10.31590/ejosat.765132