• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
16.09.2021
КНЦ РАН
1 137

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
Сегодня, 07:07
Мария Азарова

Согласно выводам авторов нового исследования, прием витамина D коррелирует с более низкой вероятностью того, что взрослый мужчина предпримет попытку суицида или членовредительства.

Сегодня, 10:33
Сергей Васильев

Эксперименты показали, что инъекции кисспептина могут возвращать сексуальный интерес и тягу к противоположному полу. Метод успешно работает и на мужчинах, и на женщинах, хотя нуждается в дополнительных испытаниях.

Позавчера, 13:41
Анна Новиковская

В черных дырах заключено множество тайн, и теперь астрономам удалось раскрыть одну из них: почему раскаленные диски вокруг них иногда мерцают.

2 февраля
НИУ ВШЭ

Изучая потребление алкоголя, экономисты и социологи обычно связывают его с условиями жизни людей и их человеческим капиталом: образованием, опытом работы, знаниями. Ученые из Лаборатории исследований рынка труда и Лаборатории экономико-социологических исследований НИУ ВШЭ обратили внимание на некогнитивные навыки, формирующиеся в детстве и подростковом возрасте, и выяснили, что эти качества во многом определяют вероятность злоупотребления спиртным и сокращают степень влияния образования.

31 января
ФизТех

Ученым из МФТИ и ОИВТ РАН удалось построить теоретическую модель для описания процесса роста оксидной пленки на поверхности стали в контакте с тяжелым жидкометаллическим расплавом свинец-висмут — теплоносителем, который может использоваться в реакторах нового поколения на быстрых нейтронах. Оксидная пленка — результат коррозии, но ее образование защищает от очень быстрой (жидкометаллической и межкристаллитной) коррозии. Понимание процесса коррозии стали в контакте с теплоносителем необходимо для обоснования безопасности эксплуатации подобных реакторов.

3 февраля
Василий Парфенов

«Недостаточно комковатая» — так описал обнаруженную аномалию один из авторов нового исследования. В нем на основе наблюдений сразу двух обсерваторий, работающих с разными диапазонами излучений, удалось создать карту распределения материи во Вселенной с беспрецедентной точностью. Благодаря этому выяснилось, что стандартная модель — главная современная теория мироустройства, описывающая все частицы, поля и взаимодействия, кроме гравитации — имеет все шансы быть неполной.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

9 января
Александр Березин

Избыточный вес убивает куда больше людей, чем войны с голодом вместе. До самых недавних пор это объясняли то «мусорным» фастудным питанием, то недостаточными физическими нагрузками. Научные работы показывают: эти гипотезы были неверны. За последние полвека сильно потолстели даже лабораторные животные, корм и нагрузки которых не менялись. Эпидемия лишнего веса действительно убийственна, но ее причина не в калориях или нехватке нагрузки. А в чем же? Naked Science исследует для вас этот вопрос.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: