Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 87-91. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 87-91. Funding: the work was carried out within the framework of the state task of Research No. 122022400362-6 and the grant of the Russian Academy of Sciences No. 24-23-00374. For citation: Byzmarev G. D. Synthesis of a natisite analogue on the basis of processing of titanium-containing raw materials products from the Kola peninsula // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 87-91. doi:10.37614/2949-1215.2024.15.1.013. Введение Натисит — природная тетрагональная (P4/nmm) модификация Na 2 TiSiO 5 , распространённый, типоморфный минерал относительно низкотемпературных (не выше 300-350 °C) высокощелочных (ультраагпаитовых) гидротермальных образований в Ловозерском и Хибинском щелочных массивах (Кольский полуостров) [1]. Существует ещё один минерал — паранатисит, который имеет такую же химическую формулу Na 2 TiSiO 5 . Тем не менее эти два минерала отличаются друг от друга строением кристаллической структуры и химическим составом. Указанные характеристики влияют на области применения данных минералов. Для паранатисита исследовательские работы затрагивают больше область электрохимии, в которых синтетический объект рассматривается в качестве перспективного анодного материала для литий-ионных аккумуляторов [2]. Известны также работы, связанные с изучением его сорбционных свойств по отношению к составляющим жидких радиоактивных отходов [3]. Натисит имеет такие же области применения, что и паранатисит, но вдобавок он может использоваться при получении высокотехнологичной керамики и в качестве люминофора [4]. Объектом исследования для настоящей работы был выбран натисит, ввиду лёгкости его получения в лабораторных условиях. Целью работы являлось определение наиболее подходящего источника титана для стабильного получения монофазы синтетического натисита в гидротермальных условиях из спектра доступных коммерческих реагентов с привлечением солей титана, производимых на основе продуктов переработки сфенового и лопаритового концентратов Кольского горнорудного сырья. В процессе исследования предстояло решить ряд задач: получить синтетический аналог натисита из разных источников титана (TiCb, TiCb, соль СТА (NHi) 2 TiO(SO 4 ) 2 H 2 O)); определить морфологию, состав, физические и химические свойства продуктов синтеза; установить наилучший источник Ti для получения монофазы натисита; достичь для методики синтеза значения не менее 70 %; наработать достаточное количество монофазы натисита для проведения тестирования разделительных свойств полимерных мембран с добавкой синтезированного продукта по отношению к азеотропной смеси (вода-изопропанол). Результаты исследований Синтез аналога натисита проходил при следующем мольном соотношении компонентов реакционной смеси: 5,6 Na2O:3,1 SiO2:1 TiO2:134,96 H 2 O. Гидротермальную обработку компонентов синтеза осуществляли в течение 4 сут, без перемешивания, при температуре 230 °С. Полученные после синтеза порошкообразные продукты подвергались вакуумной фильтрации с последующей промывкой каждого синтезированного образца трёхкратным (по отношению к исходному объёму реакционной смеси) объёмом ШОдист. Сушка промытых образцов осуществлялась при температуре 75 °С в течение 5 ч. Для идентификации синтезированных образцов применяли рентгенофазовый анализ (РФА) на порошковом дифрактометре Rigaku Miniflex II (Япония). По результатам РФА, монофазный натисит удалось синтезировать с использованием главным образом раствора TiCl 4 (рис. 1). В случае синтеза на основе 15 %-го раствора TiCl 3 в 2 н. HCl и соли СТА преимущественно образуется фаза AM-4 с примесью отдельных частиц натисита. Для дополнительного подтверждения полученных в процессе синтеза фаз была проведена оценка морфологии порошков с идентификацией форм частиц, характерных для каждого из титаносиликатных продуктов. Анализ проводился при помощи сканирующего электронно-зондового микроскопа Leo- 1450 с энергодисперсионной электронно-зондовой приставкой Oxford Instruments Ultim Max 100 Analyzer. Таким образом, для продуктов на основе TiCl 4 характерно образование частиц натисита в форме «тарелочек» и «крестиков», а для продуктов на основе TiCb и соли СТА отмечены частицы титаносиликата АМ-4 (синтетический аналог минерала линтисита) в виде «розеток» (рис. 2). © Бузмарев Г. Д., 2024 88