Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Սերպենտիններից ստացված ամորֆ սիլիկահողի կառուցվածքային առանձնահատկությունների ազդեցությունը β-վոլաստոնիտի սինթեզի պայմանների և ելքի վրա

Գաբրիելյան, Արթուր Անդրանիկի (2016) Սերպենտիններից ստացված ամորֆ սիլիկահողի կառուցվածքային առանձնահատկությունների ազդեցությունը β-վոլաստոնիտի սինթեզի պայմանների և ելքի վրա. PhD thesis, ՀՀ ԳԱԱ Ա. Բ. Նալբանդյանի անվ. քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտ.

[img]
Preview
PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (953Kb) | Preview
    [img] PDF (Thesis)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (2323Kb)

      Abstract

      Ներկայումս անօրգանական քիմիայի առավել արդիական խնդիրներից է մարդկությանն անհրաժեշտ նպատակային անօրգանական միացությունների, դրանց հիման վրա կոմպոզիտային նյութերի ստացումը ոչ ավանդական հումքերից, քանզի ավանդական մշակման համար առավել մատչելի հումքերը և´ շատ տարածված չեն, և´ որոշներն էլ ներկայումս գտնվում են սպառման եզրին: Դրա հետ մեկտեղ այսօրվա հրամայականն է գտնել հանքանյութի մշակումից թափոն հանդիսացող սիլիկահողի տնտեսապես արդյունավետ, էկոլոգիապես անվտանգ և անթափոն տեխնոլոգիական եղանակներ: Ատենախոսական աշխատանքի նպատակն է սերպենտինիտների ջերմաքիմիական մշակման արդյունքում ստացված երկու տարբեր սիլիկահողերի (պայմանականորեն անվանել ենք «շերտային» և «հատիկային») հետ կալցիումի հիդրօքսիդի փոխազդեցության ուսումնասիրությունը՝ փորձելով սինթեզել կալցիումի սիլիկատային միացություններից տնտեսությունում մեծ կարևորություն ունեցող և կիրառվող կալցիումի մետասիլիկատ՝ β-վոլաստոնիտ (β-CaSiO3): Այդ նպատակին հասնելու համար խնդիր է դրվել. ուսումնասիրել սերպենտիններից ստացված երկու տարբեր սիլիկահողերի և կալցիումի հիդրօքսիդի փոխազդեցության պայմանները β-վոլաստոնիտի ստացման համար; ջերմագրային, ռենտգենաֆազային, ԻԿ սպեկտրոսկոպիական, էլեկտրոմանրադիտակային և քիմիական եղանակներով ուսումնասիրել և պարզաբանել սիլիկահողերի կառուցվածքային առանձնահատկությունների ազդեցությունը կալցիումի սիլիկատային միացությունների սինթեզի պայմանների վրա; ուսումնասիրել սինթեզվող β-վոլաստոնիտի ելքերի կախվածությունը ելնելով «շերտային» և «հատիկային» սիլիկահողերի ֆիզիկաքիմիական առանձնահատկություններից; պարզել, թե ինչպիսի վարքագիծ կդրսևորեն պլուտոնային մետասիլիկատային շղթաներում առկա ամուր և դրանց հետ համատեղ գոյություն ունեցող հիդրոթերմալ պայմաններում առաջնային օրթոսիլիկատային անիոնների մասնակցությամբ ձևավորված համեմատաբար ոչ ամուր սիլօքսանային կամրջակները սինթեզի ժամանակ: Գիտական նորույթը կայանում է նրանում, որ առաջին անգամ՝ 1) ցույց է տրվել, որ երկու տարբեր սիլիկահողերից էլ հնարավոր է մեղմ հիդրոթերմալ և քիչ ծախսատար պայմաններում ստանալ β-վոլաստոնիտ; 2) ցույց է տրվել, որ ի տարբերություն «շերտային» սիլիկահողի և կալցիումի հիդրօքսիդի անմիջական փոխազդեցության արդյունքում ստացվող β-վոլաստոնիտի, միևնույն պայմաններում «հատիկային» սիլիկահողի փոխազդեցությունը կալցիումի հիդրօքսիդի հետ առանց հավելանյութի առկայության չի ընթանում; ցույց է տրվել, որ սիլիկատային շերտերում առկա առաջնային օրթոսիլիկատային խմբերի մասնակցությամբ հիմնականում առաջանում է կալցիումի օրթոսիլիկատ՝ լարնիտ (Ca2SiO4): Благодаря ряду свойств, а именно: низкому коэффициенту термического расширения, усадке, теплопроводности, диэлектрическим свойствам, высокой белизне, синтетический β-волластонит (β-CaSiO3) находит широкое применение в различных областях промышленности. Он используется в керамической промышленности, в литейном производстве, в производстве пластмасс, красок и отделочных материалов, изоляционных керамических материалов, бумаги, а также в медицинском протезировании (искусственные суставы, пломбы). Одним из наиболее распространённых экологически безвредных методов получения β-CaSiO3 является двухступенчатый способ, основанный на гидротермальной обработке системы Ca(OH)2-SiO2-H2O и обжиге полученных соединений, что требует автоклавные условия, многочасовую обработку (4–72 час) и, соответственно, большой расход энергии. Необходимо отметить, что для получени β-CaSiO3 обычно в качестве исходного сырья используются традиционные формы SiO2: кварц, диатомиты, разные производственные кремнеземистые отходы и т. д., и такие большие энергетические расходы необходимы для формирования из диоксидов кремния промежуточных гидро- и гидроксосиликатов кальция с цепочечным строением, например, тоберморита (Ca5Si6O16(OH)2·4H2O или Ca5Si6(O,OH)18·5H2O) или ксонотлита (Ca6Si6O17(OH)2). Однако с помощью нового подхода к кислотной обработке термообработанных серпентинов (Mg(Fe))6[Si4O10](OH)8 удалось получить две нетрадиционные разновидности аморфных кремнеземов, которые существенно отличаются по текстуре от известных традиционных форм SiO2, и один из них, благодаря своим структурным особенностям, позволяет существенно упростить процесс получения β- CaSiO3. Силикатный слой серпентинов формировался в гидротермальных условиях при температурах ниже 500 C в “серпентинизирующем” растворе путем поликонденсации гидратированных кремниевых кислот, заранее образованных из орто- [SiO4]4- и мета- [(SiO3)2–]n силикатных анионов, перешедших в раствор при растворении оливинa (Mg, Fe)2SiO4 и пироксенов (Mg, Fe)2Si2O6 соответственно. Во время термообработки процесс дегидроксилации минерала сопровождается расчленением силикатного слоя на различные анионы. Новый подход к кислотной обработке дегидратированной массы серпентина позволяет легко отделить от силикатного слоя орто- [SiO4]4-, ди-[Si2O7]6- и другие силикатные анионы и перевести их в раствор в виде кремниевых кислот наряду с соединениями Fe (III) и Mg, в результате поликонденсации которых получается одна из форм аморфного SiO2 с удельной поверхностью 450-700 м2г-1 (который условно назван зернистым). В то время как остальные фрагменты силикатного слоя серпентина, в которых преобладают метасиликатные [(SiO3)2–]n цепочки, легко отделяются от раствора и непрореагировавшей части путем декантации и фильтрации. В итоге, осадок, остающийся на фильтре после фильтрации, является аморфным кремнеземом со слоистой структурой, сформированной, главным образом из [(SiO3)2–]n цепочек, перешедших в силикатный слой из пироксенов при формировании серпентина, и имеющий удельную поверхность 200-300 м2г-1. 21 Owing to a number of properties, namely, small thermal expansion coefficient, shrinking, heat conductivity, dielectric properties, and high whiteness, synthetic β-wollastonite (β-CaSiO3) finds wide application in various industries. It is used in ceramic industry, foundry engineering, in manufacture of plastics, paints and finishing materials, insulating ceramic materials, and paper, as well as in prosthetics (artificial joints, tooth filling materials). One of the most widely spread, environmentally friendly methods for the β-wollastonite production is the two-stage technique including hydrothermal treatment of the Ca(OH)2–SiO2–H2O system and calcination of the obtained compounds, which requires autoclave conditions, many hours’ treatment (4–72 h), and therefore a great energy consuming. It should be noted that the traditional forms of SiO2 (quartz, diatomites, various siliceous industrial wastes, etc.) are commonly used to produce β-wollastonite and such a gross energy expenditure is necessary for the synthesis of intermediate calcium hydro- and hydroxo-silicates with chain-like structure, e.g., tobermorite [Ca5Si6O16(OH)2·4H2O or Ca5Si6(O,OH)18·5H2O] or xonotlite [Ca6Si6O17(OH)2], from silicon dioxides. However, a new approach to the acid treatment of thermally treated serpentines (Mg(Fe))6[Si4O10](OH)8 makes it possible to produce two non traditional forms of amorphous silica that strongly differ in its specific structural features from the conventional forms of SiO2, and structural particularities of one of them allow essentially simplify the process of β-wollastonite production. The silicate layer of serpentines was formed under hydrothermal conditions at temperatures below 500°C in a “serpentine-forming” solution via polycondensation of hydrated silicic acids preliminarily formed from ortho-[SiO4]4– and meta-[(SiO3)2–]n silicate anions that had passed into solution via dissolution of olivine (Mg,Fe)2SiO4 and pyroxenes (Mg,Fe)2Si2O6, respectively. During the thermal treatment, the dehydroxylation process of the mineral is accompanied by the partition of the silicate layer into various silicate anions. The new approach to the acid treatment of a dehydrated mass of serpentine makes it possible to easily separate ortho-[SiO4]4–, di-[Si2O7]6– and other silicate anions from the silicate layer and transfer these anions together with iron (III) and magnesium compounds into solution in the form of silicic acids, subsequent polycondensation of those results in the production of one of the varieties of amorphous SiO2 having specific surface 450-700 m2g-1 (which is conventionally called granular silica). At the same time, the rest of silicate layers fragments largely made up of [(SiO3)2–]n chains remained in the form of suspension is easily separated from unreacted impurities of the dehydrated rock by decantation and filtration. In fact, the residue obtained after filtration is amorphous silica which is largely formed from plutonic metasilicate chains that used to be involved in the process of serpentine formation from pyroxenes, and has a layered structure with specific surface 200-300 m2g-1.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Влияние структурных особенностей аморфного кремнезема, полученного из серпентинов, на условия синтеза и выход β-волластонита. Influence of the structural particularities of the amorphous silicas produced from serpentines on conditions and yield of the β-wollastonite synthesis.
      Uncontrolled Keywords: Габриелян Артур Андраникович, Gabrielyan Artur Andranik
      Subjects: Chemistry
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 16 Sep 2016 14:18
      Last Modified: 20 Oct 2016 13:44
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3435

      Actions (login required)

      View Item