Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

Одним из наиболее распространенных методов получения р-волластонита является двухступенчатый способ, основанный на гидротермальной обработке системы Ca(OH)2-SiO2-H2O и обжиге полученных соединений, для которого требуются автоклавные условия, многочасовая обработка и, соответственно, большой расход энергии [4-6]. Необходимо отметить, что для получения р-волластонита обычно в качестве исходного сырья используются традиционные формы SiO 2 : кварц, диатомиты, разные производственные кремнеземистые отходы и т.д. Большие энергетические расходы необходимы для формирования из диоксидов кремния промежуточных гидро- и гидроксосиликатов кальция с цепочечным строением, например тоберморита (Ca5Si6O16(OH)2 4H2O) или ксонотлита (Ca6Si6O17(OH)2). Однако с помощью нового подхода к кислотной обработке термообработанных серпентинов (Mg(Fe))6[Si4O10](OH)8 удалось получить аморфный кремнезем, который по своим структурным особенностям существенно отличается от известных традиционных форм SiO 2 : его структура содержит первичные метасиликатные ( S iO ^ -цепочки, унаследованные от серпентина [7, 8]. В связи с этим несколько слов о серпентинах и о способе получения выше приведенного аморфного кремнезема. Серпентины относятся к филосиликатам. Структуру этих силикатов можно представить как двумерное соединение двух типов геометрической формы: тетраэдра и октаэдра. В центре тетраэдров кремнекислородного или же силикатного слоя находятся атомы кремния, а октаэдрическая прослойка содержит ионы магния. Силикатный слой серпентинов формировался в гидротермальных условиях при температурах ниже 500°C в «серпентинизирующем» растворе путем поликонденсации различных гидратированных кремниевых кислот, заранее образованных из силикатных анионов, в основном орто- [SiO4]4- и мета- [(SiO3)2-]n силикатных анионов, перешедших в этот раствор при растворении оливинов (Mg, Fe)2SiO4и пироксенов (Mg, Fe)2Si2O6соответственно [9]. Детальное изучение термического разложения серпентинов показало, что во время термообработки процесс дегидроксилации минерала сопровождается расчленением силикатного слоя на различные анионы, в результате чего серпентин переходит в аморфное нестабильное состояние [10]. Новый подход к кислотной обработке дегидратированной массы серпентина позволяет легко отделить от силикатного слоя орто- [SiO4]4-, ди- [Si 2 O 7 ]6 и другие силикатные анионы и перевести их в раствор в виде кремниевых кислот наряду с соединениями железа(Ш) и магния [11]. Оставшиеся фрагменты силикатного слоя серпентина, большей частью состоящие из метасиликатных цепочек, легко отделяются от раствора и непрореагировавшей части путем декантации и фильтрации и формируют новую нетрадиционную форму аморфного кремнезема [11]. Иначе говоря, осадок, остающийся на фильтре после фильтрации, является аморфным кремнеземом, в формировании которого принимали участие метасиликатные (S iO ^ -цепочки, вовлеченные в силикатный слой из пироксенов при формировании серпентина. Предварительные исследования показали, что при применении аморфного кремнезема SiO2, сформированного из фрагментов силикатных слоев серпентина, наличие первичных (S iO ^ -цепочек в его структуре позволяет избежать многочасовой автоклавной обработки и получить смешиванием нагретой до температуры кипения водной суспензии из Ca(OH)2 и SiO2 в условиях атмосферного давления такие аморфные гидро- и гидроксосиликаты кальция, которые при термообработке начиная с 800-810°C превращаются в Р-волластонит с игольчатым габитусом кристаллов. При этом было выяснено, что выход синтезируемого продукта непосредственно зависит от числа метасиликатных цепочек, перешедших в структуру данного кремнезема. В свою очередь было установлено, что в зависимости от природных условий формирования того или иного серпентина его силикатные слои могут содержать разное количество ортосиликатных и метасиликатных единиц [10]. Например, дунитовый серпентин, возникший большей частью из оливина, содержит в своей структуре в основном ортосиликатные единицы, а перидотитовый серпентин, при формировании которого принимало участие большое количество метасиликатных анионов, по сравнению с дунитовым содержит в своей структуре большее количество метасиликатных цепочек. В связи с этим возникает предположение, что аморфный кремнезем, полученный из перидотитового серпентина, должен обеспечивать наибольшие выходы p-CaSiO3. Поэтому целью данной работы является проведение исследования синтеза Р-волластонита посредством упрощенного безавтоклавного метода с использованием двух образцов кремнеземов, сформированных из фрагментов силикатных слоев дунитивого и перидотитового серпентинов соответственно, при помощи рентгенофазового (РФА) метода анализа. По разработанной методике из дунитового и перидотитового серпентинов синтезировалось два образца кремнеземсодержащего аморфного осадка с чистотой 98% (I) и (II) соответственно [11]. Пять образцов суспензий приготавливалось из образца аморфного кремнезема (I) и CaO, взятых в мольном соотношении CaO:SiO2=1:1, дистиллированной воды при соотношении твердой и жидкой фаз Т:Ж =1:15, которые после нагревались до температуры 95°C и обрабатывались приводной мешалкой в обычных условиях при атмосферном давлении в течение 0.25, 0.5, 1, 1.5 и 2 ч. Полученный осадок после фильтрации высушивался и подвергался обжигу в течение 15 -20 мин при температуре 820°C. Полученные образцы исследовались с помощью РФА. Все рефлексы отражения расшифрованы и идентифицированы с помощью компьютерной базы данных JCPDS-ICDD 2004 г. После чего заново подготавливалось 6 образцов новых суспензий из образца аморфного кремнезема(П) и CaO, взятых в том же соотношении CaO:SiO2и Т:Ж = 15, которые уже обрабатывались в течение 0.25, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 ч. Синтезированные образцы пульпы заново отделялись от раствора и после обжига подвергались исследованиям по методике, указанной выше. 351