Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2023(14))

Благодаря своей химической и термической стойкости, одна из полиморфных модификаций ортосиликата цинка, а именно виллемит a-Zn2SiO4, широко используется в качестве основного компонента для получения ряда полезных материалов, применяемых в качестве люминофоров, электроизоляционных материалов, адсорбентов, стеклокерамики, пигментов, обладающих высокой интенсивностью цвета, и глазурей [1-5]. Вторая низкотемпературная модификация P-Zn2SiO4 из-за своей нестабильности мало изучена и находит меньшее практическое применение [6, 7]. Традиционный твердофазный синтез ортосиликата цинка и материалов на его основе осуществляется путем многочасового взаимодействия оксида цинка ZnO с диоксидом кремния SiO 2 при высоких температурах (1200 °С и выше) [2, 8, 9]. Предлагаются также двухстадийные способы, основанные на получении промежуточной твердой фазы в жидкой среде путем взаимодействия солей цинка с кремнеземсодержащим реагентом, и дальнейшем обжиге полученных интермедиантов [1, 6]; а также гидротермальный метод [4, 5]. Однако все эти методы, как правило, отличаются технологической сложностью, требуют большого расхода энергии и очень часто подразумевают выделение нежелательных газов. В последнее время для повышения эффективности производства усилия ученых всего мира направлены на расширение сырьевой базы исходных компонентов с вовлечением различных промышленных продуктов или отходов производства [3, 9]. Принимая во внимание требование времени, нами были начаты работы по получению различных силикатных соединений на основе гидросиликагеля, являющегося одним из сопутствующих продуктов при получении соединений магния из серпентиновых минералов (Mg(Fe)) 6 [Si 4 O 10 ](OH)s, являющихся основным составляющим серпентинитов [10-12]. По сути, гидросиликагель, содержащий до 7 % SiO 2 , является конденсатом кремниевых кислот, образованных из силикатных анионов различной сложности (орто- [SiO4]4-, ди- [Si2O7]6-, три- [Si 3 O 10 ]s- и т. п.), в свою очередь, выделенных выщелачиванием из структуры дегидратированного серпентина с помощью нового подхода к кислотной обработке серпентинитов [13]. В отличие от известных традиционных форм диоксида кремния, SiO 2 данного гидросиликагеля отличается более высокой химической активностью, обусловленной наличием ненасыщенных Si-O(Si) связей в его структуре и развитой поверхностью [14, 15]. Наши недавние исследования показали, что данный гидросиликагель может не только успешно применяться в качестве источника SiO 2 для получения силикатов кальция, стронция и бария при низких температурах, но и значительно упростить процедуру их получения методом осаждения в жидкой среде. Накопленные экспериментальные результаты позволили разработать новые методики, обеспечивающие синтез монофазы наноразмерных кристаллов Р-волластонита P-CaSiO3 (60-80 нм), ортосиликата стронция Sr 2 SiO 4 (20-40 нм) и метасиликата бария (25-80 нм) [10-12]. Полученные результаты натолкнули нас на идею не останавливаться на достигнутом и продолжить исследования по применению нового подхода, основанного на использовании вышеприведенного гидросиликагеля для получения ортосиликата цинка. Данная работа посвящена изучению влияния условий проведения синтеза в системе SiO 2 -NaOH-ZnCl 2 -H 2 O, где в качестве SiO 2 использовался гидросиликагель, выделенный из серпентина, на формирование ортосилика цинка при дальнейшей термообработке. Для достижения поставленной цели были применены дифференциально-термический (ДТА) и рентгенофазовый (РФА) методы анализов. По разработанной методике из образца серпентинита, взятого с месторождения Шоржа (Армения), синтезировался образец гидросиликагеля, содержащий 5,7 % SiO 2 [13]. Для получения 1,6 М раствора гидроксида натрия в колбу помещали 7,76 г NaOH (влажность 10 %) и добавляли 23 мл дистиллированной воды, после чего добавляли 11,65 г гидросиликагеля, содержащего 5,7 % SiO 2 , и 3 г хлорида цинка ZnCh. В результате получалась исходная смесь со стехиометрическим соотношением реагентов SiO 2 :Na 2 O :ZnO, равным 1 : 2 : 2. Подготовленный образец раствора перемешивался при атмосферном давлении и комнатной температуре приводной мешалкой в течение 60 мин. Затем подготавливались еще два образца исходного раствора, которые нагревались до температуры кипения (95 °C). Далее кипящий раствор одного из образцов перемешивался в течение 15 мин, а другой в течение 30 мин. Пульпа, образующаяся после обработки каждого образца, отделялась от раствора фильтрованием через бумажный фильтр и промывалась дистиллированной водой для удаления № +-и C^-ионов. Полученный осадок выдерживался при температуре 80-100 °С в течение 24 ч в сушильном шкафу KBC G-100/250 производства фирмы Premed (Варшава, Польша). Затем высушенный образец подвергался РФА Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 22-27. Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 22-27. © Бегларян А. А., Исаакян А. Р., Терзян А. М., Зулумян Н. О., 2023 23