Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2025(16))

Вместе с тем мировая промышленность испытывает дефицит природных минералов, в частности, волластонита — природного метасиликата кальция, востребованного в качестве высокотехнологичного наполнитель в полимерных композициях, керамике, огнеупорах и цветной металлургии. Игольчатая микроструктура синтетического волластонита обеспечивает улучшенные механические, диэлектрические и термостойкие свойства материалов, а его получение из отходов содового производства может одновременно решить две взаимосвязанные задачи — утилизацию «белых морей» и снижение зависимости от природного сырья. Среди основных направлений промышленного синтеза волластонита можно выделить: — гидротермальное превращение растворов силиката натрия и хлорида кальция при температурах 70-100 °С и давлениях до 2-3 МПа, после чего образовавшийся гидросиликат прокаливают при 950-1050 °С [5]; — твердофазное смешение смеси кварцевого песка и карбоната кальция с последующим сплавлением при 1380-1390 °С и контролируемым охлаждением расплава [6]; — осаждение из водных растворов жидкого стекла и CaCL с образованием гидросиликата кальция и его прокаливанием при 900-1000 °С [7]; — комбинированные методы с применением технологических добавок (отходов производства фосфорных удобрений или фтористого алюминия) и регламентированным температурным режимом обжига 830-1100 °С [8, 9]. Каждый из этих способов характеризуется высокими энергетическими и материальными затратами, что ограничивает их широкое промышленное применение. В то же время низкотемпературные методы представляют собой наиболее перспективные направления для разработки энергоэффективных и малоотходных технологий синтеза волластонита из дистиллерной жидкости, сочетая решение экологической проблемы утилизации с получением ценного продукта. Р е зу л ь т а ты исследований Для полученных из дистиллерной жидкости силикатов кальция проведено исследование по взаимодействию жидкого стекла с растворами хлорида кальция. По виду катиона жидкие стекла подразделяют на калиевые, натриевые, литиевые и силикаты органических оснований. Синтезируют также смешанные жидкие стекла внутри этих четырех групп [10]. Было предположено, что такие свойства, как кристалличность, химический и фазовый состав, длина иголок и размер частиц синтезируемого образца, могут зависеть от наличия определенных анионов кремния в исходном жидком стекле. В ходе экспериментов было определено, что уменьшение силикатного модуля n = SiO2:M 2 O приводит к резкому возрастанию деполимеризации и соответствующему повышению концентрации низкополимерных фрагментов Q0-Q 2 в жидком стекле. В связи с этим предположением в ходе работы проверена возможность взаимодействия жидкого стекла с различным модулем и различным содержанием катионов (калия и натрия) с 10 %-м раствором хлорида кальция. Стекла с модулями n < 1,44 обладали наибольшей реакционной способностью при взаимодействии с 10 %-м раствором CaCL. При порядке смешения «стекло ^ раствор» и мольном соотношении SiO2:CaCl2 = 1:1 моментально по всему объему образовывались длинные игольчатые кристаллы: их формирование завершалось за несколько секунд, а дальнейшая выдержка в течение 5 мин лишь увеличивало длину игл без изменения формы сечения (рис.). Интенсивное встряхивание суспензии приводило к объединению игл в рыхлые агломераты неправильного очертания, однако основная морфология проявлялась в одиночных иглах длиной до 50 -80 цм и диаметром 1 -2 pm. Если же проводить смешение в обратной последовательности («раствор ^ стекло»), кристаллизация концентрировалась на границе фаз, образуя покровный слой иголок толщиной около 10-15 pm и практически не затрагивая объем раствора. По мере увеличения n от 1,0 до 2,0 наблюдался переход от ярко выраженного игольчатого строения к формированию складчатых пленок и агрегатов мелких частиц без отчетливой кристаллической формы. При n ~ 2,5-2,8 в системе доминировала аморфная фаза, связанная с высоким содержанием коллоидного SiO 2 , и выделение кристаллов практически не происходило независимо от способа смешивания или интенсивности перемешивания. Результаты рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализов подтвердили морфологические наблюдения. Образцы из натриевых стекол при модулях n = 0,5—1,0 содержали основную фазу Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 4. С. 105-108. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 4. P. 105-108. © Николаева А. Д., 2025 106