• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
16.09.2021
КНЦ РАН
1 255

Апатитские химики узнали, как из отходов получить перламутр

4.4

Слюду широко используют для производства разных материалов. Благодаря чешуйчатой структуре, покрытие из мелких частиц слюды приобретает перламутровый перелив или фотокаталитические свойства. Перламутровые порошки, содержащие слюду, применяют в лакокрасочной промышленности, при производстве пластмасс, бумаги, косметики и ювелирных изделий. Ученые из Кольского научного центра разработали оригинальный энергосберегающий и экологически чистый метод получения перламутрового порошка из отходов.

Минерал флогопит / ©Getty images

Большое преимущество таких порошков по сравнению с широко используемым пигментом на основе свинца – нетоксичность, термическая, световая и химическая стойкость, а еще низкая плотность. Зачастую используемый перламутровый порошок (ПП) — это композитная система, в которой ядро представляет собой микрочастицы слюды, покрытые диоксидом титана.

Такие составы более экономичны и при использовании их в строительных материалах выполняют функции фотокатализатора, способствуя самоочищению поверхности. Существует несколько технологий синтеза перламутровых пигментов: золь-гель метод, химическое осаждение из паровой фазы и гидролиз гидроксида титана.

Для производства перламутровых пигментов используются в основном мусковит (KAl2 [AlSi3O10] (OH)2) и флогопит (KMg3 (AlSi3O10) (OH)2), и иногда биотит K(Mg, Fe2+)3 (Si3Al) O10 (OH, F)2. Несмотря на достаточно многочисленные разведанные месторождения, флогопит в России добывают редко, а завозят, в частности, с Мадагаскара. Кольский полуостров — одно их мест со значительными запасами флогопитовых руд. В течение нескольких десятилетий концентрат флогопита получали на Ковдорском обогатительном комбинате в Мурманской области.

Карьер, где добывали флогопит, сейчас затоплен / ©Пресс-служба Кольского научного центра

По ряду объективных причин производство было заморожено, но сейчас началась переработка хвостохранилища для получения качественного теплоизолятора. Предполагается, что количество накопленного в отвалах сырья обеспечит работу предприятия на несколько десятилетий. Одновременно будет происходить освоение территорий техногенных месторождений.

Идея реанимировать производство флогопита и на его основе выпускать товарную продукцию вполне реальна, поскольку есть рынок, а также соответствующие потребители и технологии. Использование техногенных отходов при производстве позволит значительно снизить стоимость конечного продукта и нагрузку на среду, а еще ускорить высвобождение занятых хранилищами отходов территорий. С этой точки зрения существует запрос на использование слюдяных отходов не только для получения основного продукта — теплоизолятора, но и для других видов функциональных материалов, востребованных как на российском, так и на зарубежных рынках.

Частицы слюды под электронным микроскопом и кристаллическая решетка флогопита / ©Пресс-служба Кольского научного центра

Коллектив авторов из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени Тананаева КНЦ РАН разработал оригинальный энергосберегающий и экологически чистый метод получения ПП, основанный на расщеплении отходов переработки минерально-слоистых материалов, в частности флогопита, с последующим электрогидролизом смеси раствора сульфата титанаи чешуйчатых частиц. Ядро получаемой композиции представляет собой наноразмерную чешуйку слюды, покрытую мезопористым диоксидом титана со структурой анатаза или рутила. Статья об этом опубликована в журнале Materials.

Поскольку частицы слюды в хвостохранилищах десятилетиями подвергались химическим и физическим воздействиям и могли изменить свои характеристики, для проработки технологии, авторы использовали для своих экспериментов только местное сырье. Частицы слюды разрушали электрохимическим методом, а затем определяли фазовый состав образцов на рентгеновском дифрактометре. Продукт представлял собой мелкодисперсный порошок, шелковистый на ощупь, с характерным перламутровым блеском.

Схема получения перламутрового порошка / ©Пресс-служба Кольского научного центра

Для покрытия чешуек использовали соль сульфата титана, которую получали из минерального концентрата титанита в электродиализной ячейке с анионообменной мембраной. Хлопья флогопита в католите служили центрами кристаллизации твердой фазы гидроксида титана, образующейся в результате электрогидролиза. Исследователи определили условия, при которых отложение происходило селективно на хлопьях, а не образовывало отдельную фазу, что могло привести к снижению блеска и ухудшить качество ПП.

Оксид титана обладает свойствами полиморфного соединения и может быть представлен как рутил, анатаз или брусит в зависимости от условий его получения. Наиболее стабильна фаза у рутила. Показатель преломления у этой фазы выше, чем у анатаза, поэтому слюда, покрытая сплошным слоем рутила, имеет сильный блеск. Однако анатаз обладает лучшими фотокаталитическими свойствами. В зависимости от требований, предъявляемых к перламутровым пигментам, для покрытия частиц слюды выбирают конкретную модификацию диоксида титана.

Наилучшие результаты достигнуты при плотности тока на электродах 0,01–0,015 А/см2 и продолжительности процесса 3–4 часа. Дальнейшая термообработка продукта электрогидролиза при 700–750 °C позволила получить покрытие из диоксида титана анатазной структуры, а при повышении температуры до 800–950 °C происходила структурная перестройка в рутил. Таким образом, можно менять свойства ПП в зависимости от температуры.

Полученные результаты продемонстрировали возможность использования техногенных отходов переработки слюд, в частности флогопита, для получения высокоэффективных функциональных продуктов стержнево-оболочечной структуры. Принципиальный интерес представляют композиции с инертным ядром (микрочастицами слюды), покрытым мезопористым диоксидом титана анатазной структуры. Этот тип покрытия обеспечивает процессы фотокатализа и самоочистки поверхности. Композиции более привлекательны с экономической точки зрения, чем чистый диоксид титана, например, TiO2 марки P25 производства Degusse.

Электродиализный метод покрытия хлопьев слюды имеет ряд преимуществ перед традиционным, основанным на термогидролизе раствора сульфата титана. Внедрение оригинального энергосберегающего метода нанесения покрытия в электродиализной ячейке одновременно решает экологические проблемы, связанные с удалением кислых стоков, и прекрасно сочетается с электрохимическим методом расщепления слюды.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 13:46
ПНИПУ

Согласно планам России по развитию авиастроения, к 2030 году будет произведено свыше тысячи отечественных самолетов. Перед промышленными предприятиями сейчас стоит масштабная задача — ускорить цикл проектирования, производства и сервиса авиационных двигателей. Во время их сборки могут возникать дефекты, которые тормозят процесс и снижают показатели эффективности. Один из наиболее распространенных дефектов — дисбаланс ротора, основной части турбины двигателя. Он приводит к повышению нагрузки, меняет режим работы и ускоряет разрушение двигателя. Ученые ПНИПУ предложили минимизировать начальный дисбаланс ротора с помощью выбранного метода сборки, а остаточный дисбаланс — балансировкой.

11 часов назад
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

9 часов назад
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

26 февраля
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

25 февраля
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

26 февраля
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: