Технология синтетического волластонита из природных кальций- и кремнийсодержащих соединений

• Автор: Исламова, Галия Газизовна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Аналитический обзор
1Л Природный волластонит
1.2 Структура и свойства волластонита
1.3 Применение волластонита в промышленности
1.4 Синтетический волластонит и способы его получения
1.4 Л. Гидротермальный синтез волластонита
1.4.2 Твердофазный синтез волластонита
1.4.3. Получение волластонита расплавным методом
1.5. Свойства системы СаО-8Ю2
1.6 Природные сырьевые материалы для синтеза (1
волластонита
Выводы по 1 главе
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования. Подготовка объектов к
синтезу.
2.1 Комплексное исследование компонентов твердофазного 42 синтеза
2.1.1 Определение химического состава методом атомной 42 эмиссии с индуктивно связанной плазмой
2.1.2 Определение фазового состава и структурных 44 особенностей исходных компонентов
2.1.3 Изучение структурных особенностей исходных 46 компонентов методом инфракрасной спектроскопии
2.1.4 Морфологические и текстурные особенности 48 исходных компонентов
2.1.5 Исследование дисперсного состава методом 52 сканирующей лазерной дифрактометрии
2.1.6 Исследования термического поведения исходных 52 компонентов
2.1.7 Протонный магнитный резонанс (ПМР)
2.2 Подготовка к синтезу исходных компонентов
2.2.1 Пробоподготовка и приготовление шихты для 56 синтеза волластонита
2.2.2 Методика активации методом пропитки
2.2.3 Методика проведение активации диатомита 58 кислотой (щелочью) в режиме кипения
Выводы по 2 главе
ГЛАВА 3 Технология синтетического волластонита
3.1 Фазовые превращения при термическом синтезе
3.1.1 Исследо вание кинетики
3.1.2 Подбор состава шихты и условий синтеза 79 волластонита

3.2 Синтез волластонита с применением активированных 84 исходных компонентов
3.2.1 Механическая активация кальцийсодержащего 84 компонента
3.2.2 Химическая активация кремнийсодержащего 90 компонента
3.3 Введение специальных добавок при твердофазном 98 синтезе волластонита
3.3.1 Влияние силиката натрия на выход волластонита
3.3.2 Влияние природного волластонита на выход 100 искусственного метасиликата кальция
Выводы по 3 главе
ГЛАВА 4 Принципиальная технологическая схема получения
синтетического волластонита и ее аппаратурное обеспечение
4.1 Основные стадии и необходимое оборудование для 106 твердофазного синтеза волластонита
4.2 Стадия подготовки сырьевых компонентов
4.3 Стадия смешения сырьевых компонентов
4.4 Стадия прессования сырьевых компонентов
4.5 Стадия сушка полуфабриката
4.6 Стадия обжига кремнезем-карбонатной смеси
4.7 Технологическая схема получения синтетического 119 волластонита
ГЛАВА 5 Практическая реализация синтетического волластонита
5.1 Использование синтетического волластонита в 122 керамических материалах
5.2 Использование метасиликата кальция в качестве добавки 131 в цементы
Выводы по 5 главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Волластонит - минерал из класса силикатов, имеющий несколько полиморфных модификаций, из которых наиболее распространенной является Р - модификация. В настоящее время в литературе встречаются противоречивые определения полиморфных модификаций волластонита. В нашей работе под термином р-волластонит подразумевается триклинная низкотемпературная модификация минерала, устойчивая при температурах до 1125°С, выше которой она переходит в высокотемпературную форму а-волластонит (псевдоволластонит), плавящуюся инконгруэнтно при 1464°С.
Неорганический полимер Р-волластонит (Р-СаБЮз) относится к группе силикатов с цепочечным строением кремнекислородных анионов и имеет игольчатый либо таблитчатый габитус частиц. Агрегаты метасиликата кальция также могут быть листоватые, волокнистые и радиально-лучистые [1].
В последние десятилетия на мировом рынке минерального сырья наблюдается повышенный интерес к волластониту, обусловленный постоянно растущим потреблением данного вида минерального сырья, который обладает рядом уникальных химических и физико-механических свойств [2]. Важными технологическими свойствами волластонита являются высокая химическая стойкость в различных агрессивных средах, небольшой удельный вес, уникальные диэлектрические свойства и низкая теплопроводность, экологическая чистота и безопасность применения. Волластонит также ценится за его белизну (90 - 97%), величину pH (9 - 10), игольчатость (15:1 - 20:1), высокую температуру плавления (1500 - 1550°С), низкую поглощаемость влаги и кислот [3].
В мировой практике волластонит находит наиболее широкое применение в производстве пластмасс и разнообразной керамики как бытового, так и промышленного назначения, существенно снижая выход брака, повышая качество и потребительские свойства изделий. Он может использоваться в

показывает, что, несмотря на достаточно многочисленные разработки, поиск новых, перспективных и недорогих технологий остается важной научной задачей.
1.5 Свойства системы CaO-Si02
Для установления механизма процессов, происходящих при твердофазном синтезе кальций- и кремнийсодержащих химических соединений необходимо рассмотрение системы CaO-SiCb.
Эта система изучалась многими отечественными и зарубежными исследователями [54- 56].
Диаграмма состояния системы CaO-Si02 (рис. 1.6) построена в основном по данным Г. Ранкина и Ф.Райта с учетом новых сведений о характере плавления трехкальциевого силиката [57].
В системе CaO-Si02 существуют следующие бинарные соединения: однокальциевый силикат (метасиликат кальция) CaOSi02 или CaSi03; трехкальциевый дисиликат 3Ca0-2Si02 или CajSCb; двухкальциевый силикат (ортосиликат кальция) 2CaO-Si02 или Ca2Si04; трехкальциевый силикат 3CaOSi02 или CaSi05.
Низкотемпературная форма метасиликата кальция ß-CaO-Si02 (волластонит) устойчива до 1125°С, выше которой она переходит в высокотемпературную форму a-CaOSi02 (псевдоволластонит), плавящуюся конгруэнтно при 1544°С.
Трехкальциевый дисиликат 3Ca0-2Si02 плавится инконгруэнтно при 1464°С, разлагаясь на жидкость состава (масс. %): 58,2 СаО и 41,8 Si02 и кристаллы a-2Ca0-Si02. Имеются данные о существовании двух полиморфных модификаций 3Ca0-2Si02 - ранкинита и низкотемпературной разновидности -килхоанита (на диаграмме рисунка 1.6 не показаны).