Минералы группы иванюкита, которые сначала нашли в природе, а затем синтезировали в лабораторных условиях, имеют много сфер применения. Благодаря их исключительным ионно-обменным свойствам эти вещества можно использовать для захоронения жидких радиоактивных отходов, очистки сточных вод и создания функциональных материалов. Ученые Кольского научного центра нашли им применение и в цветной металлургии.
Иванюкит / ©Пресс-служба КНЦ РАН
Сотрудники Кольского научного центра и ресурсного центра «Геомодель» исследовали сорбцию свинца титаносиликатным минералом иванюкитом и его синтетическим аналогом (SIV), полученным из отходов переработки руды. Результаты исследования легли в основу статьи, опубликованной в высокорейтинговом журнале Crystals.
При производстве меди и никеля из сульфидных руд образуются растворы, содержащие свинец. Извлечение из них свинца традиционными экстракционными методами затруднено, поскольку его концентрация невысока, а солевой фон раствора высок. Зато с этим могут справиться титаносиликатные сорбенты.
Cорбция малых количеств одно- и двухзарядных катионов из растворов с высоким солевым фоном — узкая ниша, которую они успешно заполняют. Они склонны проявлять селективность по отношению к различным катионам, устойчивы в растворах минеральных кислот. Будучи насыщенными катионами серебра или металлов платиновой группы, они могут найти применение в качестве функциональных материалов, например, в роли катализаторов.
Исследование показало, что синтетический иванюкит демонстрирует сорбционную емкость по отношению к свинцу 400 мг/г при фоновом значении натрия 180 г/л.SIV – тонкокристаллический порошок. Малый размер его частиц благоприятно сказывается на скорости сорбции, однако доставляет некоторые неудобства исследователям.
Например, для получения качественных рентгеноструктурных данных такие образцы непригодны. К счастью, в минералогической коллекции Кольского научного центра хранятся природные кристаллы иванюкита. Природные образцы значительно крупнее синтетических, но даже их размер не превышает 0,1 мм.
Структура иванюкита представляет собой жесткий титаносиликатный каркас фармакосидеритового типа, состоящий из вершинносвязанных тетраэдров SiO4 и октаэдров TiO6 и образующий трехмерную систему каналов, имеющих форму восьмигранного кольца. Исследование свинец-замещенной формы иванюкита методами монокристальной дифрактометрии и рамановской спектрометрии показало, что в ходе сорбции свинец вытесняет из каналов внекаркасные катионы натрия с образованием внутри оксоцентричской треугольной структуры OPb3. Класс симметрии при этом увеличивается сR3m до P−43m. Технологию испытали на промышленных предприятиях Мурманской области и экспериментально подтвердили ее эффективность.
