Казанские ученые предложили новую технологию синтеза диопсида

Ученые КНИТУ-КАИ и КНИТУ-КХТИ разработали и запатентовали новый способ получения синтетического диопсида из цеолит-кремнистой породы и доломита. С его помощью можно вырабатывать ценный минерал быстрее и из более доступного сырья.

Синтетический диопсид — искусственный аналог природного минерала диопсида (CaMg[Si₂O₆]). Ключевое преимущество синтетического минерала — однородность состава и структуры. Благодаря высокой термостойкости, химической инертности, прочности и биосовместимости синтетический диопсид активно применяют в производстве строительных и электротехнических керамических материалов, цементных смесей, бетонов, кирпича, а также медицинских изделий — как биоактивный материал для костных трансплантатов и имплантатов.

Известен способ получения синтетического диопсида при совместном обжиге кремневой кислоты с предварительно измельченными кальций- и магнийсодержащими продуктами, например, окислами кальция и магния, магнезитом, известняком или доломитом. Обжиг проводят при 1260-1390 °С. Недостатком этого способа являются: необходимость применения при обжиге высоких температур и невысокий выход целевого продукта, не превышающий 80 %.

За прототип исследователи взяли другую технологию, при которой диопсид вырабатывают твердофазным методом в течение трех часов из шихты, содержащей доломит и золу рисовой шелухи, а в качестве плавня используют борную кислоту, при их процентном соотношении 57:38:5. Плавку осуществляют в муфельной печи при повышении температуры со скоростью 5 °C/мин и доводят до 1100 °C (время разогрева — 3,6 часов) и изотермической выдержке при этой температуре в течение трех часов. Полученный расплав охлаждают в печи и измельчают. Недостатком прототипа является большое общее время получения диопсида и использование золы рисовой шелухи, которая выпускается в России в ограниченном количестве.

Авторы предлагают исключить из технологического процесса золу рисовой шелухи, а в качестве источника аморфного диоксида кремния использовать цеолит-кремниевую породу Татарско-Шатрашанского месторождения. По сравнению с прототипом это позволит сократить общий цикл производства диопсида на 1,4 часа, что, учитывая высокую энергоемкость процесса твердофазного синтеза, дает существенную экономию энергии: время производства по технологии прототипа составляет 9 часов, а по предлагаемому способу — 7,6 часа. Время работы печи (нагрева) у прототипа 6,6 часа, а у заявляемой технологии — 5,2 часа. Кроме того, появляется возможность расширить ассортимент сырья для синтеза диопсида.

«Изобретение позволяет получать диопсид из доступного отечественного сырья с применением твердофазной реакции с высоким выходом целевого продукта и сокращением времени полного цикла его получения. Технический результат заключается в сокращении времени производства диопсида на 84 минуты и расширении ассортимента доступного отечественного сырья для его получения при сохранении высокого выхода целевого продукта», — рассказала один из авторов разработки, доцент кафедры материаловедения, сварки и производственной безопасности КНИТУ-КАИ Алина Валеева.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации