Вестник Кольского научного центра РАН. 2010, №3.

В связи с этим направленный поиск и изучение новых титаносиликатов приобретают особую актуальность. Определение условий их формирования в природе позволяет подобрать оптимальные компоненты и параметры для синтеза их аналогов. Немаловажно и то, что размер и совершенство природных кристаллов делают возможным проведение уникальных монокристальных исследований, недоступных при использовании синтетических материалов, обычно получаемых в виде микрозернистых порошков. А это, в свою очередь, позволяет оптимизировать синтез соответствующих соединений. Интенсивное развитие технологий производства микропористых материалов с гетерокаркасными структурами выявило важность изучения минералов как природных прототипов таких материалов. Основные эффективно используемые в зарубежной (главным образом, американской) промышленности микро- и нанопористые титаносиликаты (ETS-4, IONSIV IE-911 и др.) [1-6] являются синтетическими аналогами зорита и ситинакита, открытых в Хибинском и Ловозерском щелочных комплексах сотрудником Геологического института КНЦ РАН Ю.П. Меньшиковым и его коллегами [7, 8]. Основное предназначение этих материалов - селективное извлечение радионуклидов Cs-137 и Sr-90 из холодных водных растворов. Из недавно открытых минералов в этом отношении перспективен кальциевый аналог зорита чивруайит [9, 10], но еще более - минералы группы иванюкита [11, 12] и их синтетические аналоги [6]. Другими направлениями использования титаносиликатов является извлечение и концентрирование тяжелых и редких элементов, мембранные технологии, изготовление элементов для оптоэлектроники и катализаторов для биосинтеза, создание новых минерально-органических и наноматериалов, новых типов литиевых аккумуляторов и др. Для первого из этих направлений особенно перспективны опять же гетерокаркасные титаносиликаты типа зорита-чивруайита, ситинакита и иванюкита [11], для наноматериаловедения - гетерофиллосиликаты из групп ломоносовита, лампрофиллита и астрофиллита [13], для электроники и катализа - литийсодержащие титаносиликаты ряда линтисит-пункаруайвит. В данной статье мы остановимся на особенностях состава и кристаллической структуры, катионобменных свойствах и перспективах использования следующих титаносиликатов: ломоносовита, мурманита, ситинакита, минералов группы иванюкита, зорита-чивруайита и линтисита-пункаруайвита. Кроме того, будут проанализированы основные закономерности размещения этих минералов в щелочных массивах с целью создания технологии направленного поиска таких соединений в природе. Кристаллохимия и катионобменные свойства титаносиликатов Ломоносовит и мурманит Гетерофиллосиликаты ломоносовит Na4Ti4[(Si2O7)2|O4]-2Na3PO4 и мурманит Na4Ti4[(Si2O7)2|O4]-5H2O имеют слоистую модулярную структуру, что определяет их способность к катионному обмену. Кроме того, эти минералы являются прекурсорами каркасных титаносиликатов в щелочных массивах. Хотя оба минерала открытыдостаточно давно: мурманит - в 1890 г. [14], ломоносовит - в 1950 г. [15], только сейчас, в связи с развитием нанотехнологий, они становятся объектами все более пристального внимания [13]. По последним данным [16, 17], основу кристаллической структуры ломоносовита составляют трехслойные пакеты, в которых центральный слой составлен из TiO6- и NaO6-октаэдров, а краевые - из ТЮ6-октаэдров и Si 2 O 7 -димеров, перемежающихся с Na(O,OH)8-полиэдрами (рис. 1). Между такими пакетами размещены двухслойные пакеты состава 2Na3PO4. В кристаллической структуре мурманита вместо двухслойных пакетов Na 3 PO 4 присутствуют молекулы воды, в связи с чем долгое время считалось, что мурманит может быть легко получен из ломоносовита посредством его гидратации: Na4Ti4[(Si2Oy)2|O4]-2Na3PO4 + 5 H 2 O = Na4Ti4[(Si2Oy)2|O4]-5H2O + 2Na3PO4 Ломоносовит Мурманит Как оказалось, такое превращение ни в природе, ни в лаборатории не реализуемо [17, 18]: в сильнощелочной обстановке ломоносовит стабилен, а в слабощелочной и нейтральной он сначала переходит в беталомоносовит Na4Ti 4 [(Si 2 O7) 2 |(OH) 4 ]-NaPO 2 (OH) 2 , а затем аморфизуется без образования мурманита в качестве промежуточного продукта. 52