Труды КНЦ вып. 5(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 2/2021(12)

в коллоидное состояние с последующим образованием по реакции поликонденсации геля, который подвергается сушке при сверхкритических условиях с целью сохранения пористой структуры [10]. Сушка образовавшегося геля в атмосферных условиях приводит к деформации и разрушению его структуры (каркаса) с образованием ксерогеля, обладающего более низкими, в сравнении с аэрогелем, структурно-поверхностными свойствами [11]. Сырьем для получения таких материалов традиционно являются, как правило, высокочистые кремнийорганические исходные реагенты, в частности, тетраэтоксисилан [12]. Однако производство материалов из таких реактивов требует соблюдения жестких требований безопасности при организации производства, а также не отличается дешевизной из-за использования дорогостоящих реактивных реагентов. Всех этих недостатков можно избежать, если в качестве исходного компонента использовать природное минеральное сырье, в качестве которого может быть использован нефелиновый концентрат, производимый АО «Апатит» (г. Кировск), состоящий на 80-85 % из нефелина ((Na,K)2OAhO3SiO2) — каркасного алюмосиликата и примесных кислотонерастворимых минералов (эгирина, полевого шпата и др.). Особенностью нефелина является то, что он разлагается даже разбавленными неорганическими и некоторыми органическими кислотами уже при комнатных условиях, при этом в раствор переходит мономерная кремниевая кислота и соли металлов, входящих в состав минерала [13]. Образующаяся кремнекислота с течением времени полимеризуется по реакции поликонденсации, превращаясь в кремнегель, который постепенно высыхает и растрескивается. Это происходит, когда для разложения нефелинового концентрата используют водные растворы серной кислоты [14]. Однако если заменить разбавитель H 2 SO 4 на этиловый спирт, то наблюдается ряд особенностей [15]. Во-первых, образующиеся при разложении соли алюминия, натрия и калия кристаллизуются из жидкой фазы без дополнительных технологических операций, таких как охлаждение и фильтрация, что происходит из-за их практически полной нерастворимости в спирте. Образующийся с течением времени после отделения кремнегель отличается высокой стабильностью: разрушения его структуры (растрескивания) не наблюдается даже через год при непосредственном контакте геля с воздухом. Целью данной работы было получение кремниевых аэрогелей из нефелина на основе его разложения системой H 2 SO 4 -H 2 O и изучение некоторых физико-химических свойств получаемых материалов. Экспериментальная часть В качестве исходного сырья использовался стандартный нефелиновый концентрат содержащий, мас. %: AI 2 O 3 — 28,48 (AI 2 O 3 кислоторастворимый — 25,72); N 2 O — 14,25; K 2 O — 7,24; Fe2O3 — 3,74; SiO 2 — 43,3. Для получения кремнийсодержащего геля навеска нефелина загружалась в химический реактор, куда добавлялся этиловый спирт (0,789 г/см3) в количестве, необходимом для разбавления концентрированной серной кислоты (1,830 г/см3) до концентрации 15 %. Серная кислота бралась с учетом 90 % расхода от стехиометрического количества на E(Al 2 Oзкр, Na 2 O, K 2 O). Разложение проводилось в течение 10 мин при постоянном перемешивании. По окончании разложения фильтрацией отделялась кислотонерастворимая часть, а фильтрат выдерживался в течение 3 дней с целью полного осаждения сульфатов алюминия, натрия и калия. По истечении указанного времени проводилась фильтрация, то есть отделялась кремнеземсодержащая часть фильтрата, которая подвергалась выдерживанию в течение 7 дней. Важно отметить, что выдерживание проводилось в открытом сосуде, благодаря чему этиловый спирт с течением времени улетучивался. По прошествии недели образовывался кремнеземсодержащий гель, который не растрескивался и более не подвергался усадке (образец 1). Также был получен второй образец геля, его методика получения отличалась от описанной выше только неполным отделением выпадающих солей, то есть фильтрация выпавших солей проводилась через сутки. В этом случае все оставшиеся в растворе соли кристаллизовались и сохранялись в структуре геля при его образовании (образец 2). Следствием этого было то, что образец 1 отличался хорошей прозрачностью, в то время как образец 2 был достаточно мутным (рис. 1). Полученные образцы извлекались и подвергались отмывке этиловым спиртом с целью удаления H 2 SO 4 из жидкой фазы геля. Отмывка осуществлялась следующим образом: образцы помещались в чашки Петри, которые полностью заполнялись этиловым спиртом, и выдерживались в таком состоянии сутки. На следующий день проводилась замена этилового спирта в чашках Петри. Для полной отмывки образцов достаточно было провести пять таких циклов, что было подтверждено данным ренгеноэлементного анализа. Для получения аэрогелей из синтезированных образцов отмытые от серной кислоты кремнегели подвергались сверхкритической сушке в атмосфере углекислого газа, проведение которой стало возможным благодаря помощи сотрудников лаборатории новых синтетических методов Института 55