Ученые КНИТУ-КАИ и КНИТУ-КХТИ разработали инновационный способ синтеза волластонита, который является ценным минералом из класса силикатов, силикатом кальция (CaSiO3). Это уникальный игольчатый минерал с высокой белизной, твердостью, термо- и химической стойкостью. Его армирующие свойства улучшают прочность керамики, пластмасс и лакокрасочных материалов. Минерал способен экологически безопасно заменять асбест. Волластонит незаменим в производстве керамической плитки, бетона, красок, полимеров и асбоцементных изделий. Разработка казанских исследователей позволяет повысить выход волластонита до 91% и уменьшить время на его получение.
Известные технологии производства волластонита обеспечивают выход продукта до 78%. Так, согласно патенту RU 2 595 682, технология получения синтетического волластонита из золы рисовой соломы (обжиг 1 час при 950°C) и оксида кальция (прокаливание известняка при 1100°C в течение 5 часов) в соотношении 45:55, включает вымачивание этой смеси в воде, перемешивание вручную в течение 10 мин, автоклавирование при 135°C 8 часов, охлаждение, сушку осадка при 90°C 24 часа, измельчение и спекание при 950°C в течение 3 часов.
Учеными КАИ и КХТИ за прототип взята другая технология, изложенная в диссертации «Эпоксидные композиции, наполненные природным волластонитом и синтетическим силикатом кальция на основе золы рисовой шелухи» (Казань, Казанский национальный исследовательский технологический ун-т, 2021 г.). Известняк прокаливают при 900°C 2 часа, гомогенизируют с золой рисовой шелухи, полученной за 3 часа обжига при 800°C, истирают в шаровой мельнице до 0,5 мкм, добавляют 20 мас. % воды (20 процентов содержания по массе) и термостатируют при 35°C 24 часа. Массу прокаливают при 900°C 3 часа, затем истирают в планетарной мельнице со скоростью 800 об/мин. Продукт содержит 78% β-волластонита и 22% ларнита (Ca2SiO4).
Авторы новой разработки предлагают начинать технологический процесс с тщательного совместного помола цеолиткремнистой породы и кальцита в планетарной мельнице при 200 об/мин в течение 10 минут, достигая фракции 20-100 мкм. Это обеспечивает хорошее взаимодействие реагентов, где цеолиткремнистая порода служит источником аморфного SiO₂, а кальцит - CaO. Затем вводят 5 мас. % борной кислоты. Так, при соотношении этих реагентов 40:55:5 ускоряется твердофазная реакция и снижаются энергозатраты.
Шихту обжигают в корундовых тиглях лабораторной печи при 1100°C в течение 3 часов со скоростью нагрева 10° C в минуту. Печь остужают естественным образом до комнатной температуры вместе с продуктом, после чего его измельчают до 30-50 мкм. Такой режим делает синтез одностадийным и сокращает время получения волластонита по сравнению с традиционными технологиями.
Ученым удалось увеличить выход волластонита с 78% до 91% при одновременном снижении трудоемкости и длительности процесса его получения на 29 часов за счет исключения стадий предварительного обжига исходных компонентов (рисовой шелухи и известняка) и термостатирования их смеси при температуре 35°C в течение 24 часов.
Производство основано на твердофазной реакции и использовании цеолиткремнистой породы Татарско-Шатрашанского месторождения и кальцита с добавлением борной кислоты как минерализатора.
Метод позволяет рационально использовать местное сырье Татарстана. Полученный волластонит обладает нужной дисперсностью для наполнителей, применяемых в строительных и полимерных материалах, повышая прочность и износостойкость изделий.
- уточняет доцент кафедры материаловедения, сварки и производственной безопасности КНИТУ-КАИ Алина Валеева.
В 2026 году Федеральная служба по интеллектуальной собственности выдала казанским ученым патент RU 2 859 377.
Источник: Минобрнауки России
