Вся электронная библиотека >>>

 Гранат >>>

 

 

ИСКУССТВЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ГРАНАТА


Раздел: Наука

ГРАНАТЫ, КОТОРЫЕ «ЕДЯТ» КРЕМНЕЗЕМ

  

 

Первое месторождение бокситов открыто близ французского города Бо в 1821 г. [53, с. 18]. Способ производства алюминия из них был примитивен и непроизводителен. За 35 лет во всем цивилизованном мире выплавлено всего 200 т алюминия. А между тем повый металл отличался невиданной легкостью и прочностью. Начали искать другие способы разложения бокситов. В 1889—1892 гг. Карл Иосиф Байер, работая на Тенте- левском заводе в Санкт-Петербурге (ныне завод «Красный химик») и на Елабужском заводе, нашел способ извлечения глинозема из бокситов [53, с. 139]. Благодаря ему производство алюминия начало разрастаться скоростными темпами. Сейчас оно уступает по тоннажу только выплавке стали и чугуна.

Алюминий стал стратегическим металлом. Без алюминия немыслимы судостроение, авиация, космонавтика. Алюминиевые сплавы используются в строительстве высотных зданий.

Бурная добыча бокситов привела, однако, к повсеместному сокращению их запасов. Подсчитано, что руды едва ли хватит до конца текущего столетия. Дальше — алюминиевый голод.

Между тем алюминия в природе много. В одной из предыдущих глав мы уже говорили, что по распространенности в земной коре элемент занимает третье место — после кислорода и кремния. Алюминий входит в состав многих драгоценных камней — рубина, сапфира, изумруда, шпинели, гранатов. Нефелины, полевые шпаты, алуниты, граниты, обыкновенная глина, наконец,— всюду есть алюминий. Но как извлечь его в чистом виде? Способ Байера непригоден, другие способы дороги и громоздки. Ситуация напоминает один из юмористических рассказов Стивена Ликока: герой умирает от голода на груде консервных банок. У него нет ножа, чтобы вскрыть их.

Такой консервный нож для вскрытия алюмииийсодер- жащих пород нашли В. Д. Пономарев и В. С. Сажин. В 1957 г. они опубликовали статью «Гидрохимический щелочной способ переработки нефелиновых пород», в которой изложили идею, подкрепленную опытами [54].

С тех пор прошло четверть века. Идея многократно проверялась п подтверждалась. Ее распространили на многие горные породы, а самому способу, не сговариваясь, дали название — способ Пономарева — Сажина [55—58].

Почему ученые в первую очередь заинтересовались именно нефелином? Потому что месторождения его многочисленны. Потому что все компоненты руды нужны человеку, отходов быть не может. В самом деле, нефелин состоит из оксидов натрия, алюминия и кремния. О необходимости алюминия мы уже знаем. А вот оксид натрия — это щелочь и сода; оксид кремния — это строительные материалы.  

Как же разделить нефелин на составные части?

Пономарев и Сажин предложили измельчить нефелиновую породу и загрузить ее в автоклав. Добавить гашеной извести, гидроксида натрия (щелочи), воды и плотно закрыть. Поднять температуру до 560 К (давление паров в автоклаве при этом возрастет до 3—4 МПа). Через некоторое время нефелин разложится. Алюминий перейдет в раствор, а оксиды кальция и кремния свяжутся в нерастворимый натриево-кальциевый гидросиликат (НКГС) [57].

Исследования показали, что в раствор переходит более 90% алюминия. К сожалению, вместе с ним в растворе оказывается небольшое количество кремнезема (около 4 г на 1 л раствора). Но и его достаточно, чтобы в дальнейшем загрязнить металл. Представим, однако, что каким-то чудом от кремнезема мы избавились. Как будет протекать процесс дальше?

С помощью фильтров отделим НКГС от алюминатного раствора. Перегрузим его в автоклав и зальем обыкновенной водой. После двухчасовой обработки НКГС разложится на щелочь и монокальциевый гидросиликат, который используется в цементном производстве. Таким образом, два первых ценных продукта из нефелина мы уже получили:

NaCaHSi04 + 2H20=GaSi03. Н20 + NaOH + Н20. (3j

Для получения же алюминия необходимо провести ряд промежуточных работ. Вначале из раствора выпариванием осадим алюминат натрия. Потом снова растворим его в воде, добавим для затравки порошок гидроксида алюминия и оставим так на несколько суток (в этом и заключается сущность способа Байера). Алюминат натрия самопроизвольно разложится на гидроксид алюминия и щелочь:

NaA102 + 2Н20=А1(0Н)З + NaOH. (4)

Затем гидроксид отфильтруем и прокалим в огромных горизонтальных трубах (их длина достигает едва ли не сотни метров). В результате получается порошкообразный корунд:

2А1(ОН)З=А12ОЗ + ЗН20.  (5)

Корунд сам по себе является товарным продуктом. Он применяется, например, при промышленном синтезе рубина и гранатов, в качестве абразивного материала. А для извлечения алюминия его растворяют в криолите, через который пропускают постоянный электрический ток. При этом у катода собирается расплавленный алюминий, а у анода — кислород. Вот и все. Крылатый металл, как его назвал А. Е. Ферсман, у нас в руках.

По способу Пономарева—Сажипа можно разложить не только нефелин. Многочисленные ученики академика В. Д. Пономарева доказали, что способ применим для алунитов, глин, андалузита, серицита, альбита, ортоклаза, сподумена, лейцита, берилла, дистепа — все минералы пе перечислить. Даже из таких бросовых на первый взгляд материалов, как доменные шлаки и каменноугольные золы, можпо извлекать глинозем [55—58]. В сферу производства вовлекаются также бокситы с высоким содержанием кремнезема и железа, которые по способу Байера не разлагаются. Призрак алюминиевого голода перестал страшить человечество.

Да, по как быть с алюмипатными растворами, в которых растворен кремнезем? Ведь он не только загрязняет конечный продукт. Оп сильно мешает кристаллизации алюмината натрия. Раньше мы просто отписались — кремнезем, мол, каким-то чудом удален из раствора. Чудес пе бывает. Обескремнивапие алюминатного раствора — теоретически сложная и практически трудноосуществимая задача. Известные способы обескремниваиия далеки от совершенства [53, с. 46; 60, с. 130].

И вот в 1962 г. ленинградская ученая О. И. Аракелян публикует статью, в которой описаны различные твердые продукты глиноземного производства [59]. Среди них опа выделила трехкальциевый гидроалюминат и гидро- гроссуляры, уже известные нам по работам Е. П. Флинта, Д. М. Роя и Р. Роя. О. И. Аракелян высказала мпе- ние, что гидрограпаты могут быть использованы для обескремнивапия алюминатпых растворов. Оригинальная идея получила подтверждение в работах казахстанцев.

Они вводили в алюминатный раствор трехкальциевый гидроалюминат или оксид кальция и крутили автоклавы при температурах 350—570 К. После окончания опыта раствор фильтровали и отдавали на химический анализ. Результаты оказались более чем убедительными. Если в па- чале опыта 1 л алюминатпо- го раствора содержал 4 г кремнезема, то после опыта в кем с трудом обнаружили исчезающе малые количества этого вредного оксида. А в твердой фазе под микроскопом увидели мельчайшие те- трагонтриоктаэдрьт гидро- гроссуляра.

Синтез гидропиронов является примером нередкого отставания теории от практики. Дело в том, что возможность обескремнивания алюминатных растворов с помощью оксида магния была известна и нашим, и зарубежным ученым. Неясны были только причины обескремнивания С другой стороны, многие ученые исследовали твердые фазы, содержащие оксид магния. Однако граната не обнаружили из-за его весьма малы к размеров (всего несколько микрометров в поперечнике!) и незначительного количества [61, 62]. Ситуация неприятная. Практики вслепую обескремнивают алюмипатные растворы, теоретики пожимают плечами. И тут прошио- пулась мысль: в твердой фазе должен быть гидропироп! Поставили специальные опыты с целью получения большого количества сравнительно крупных кристаллов. Полгода бились в поисках наилучших условий проведения опыта. И вот, накопец, под микроскопом увпдели кристаллы, своими формами напоминающие октаэдры и гексаэдры. Исследовали их различными методами п убеди: псь, что это гидропиропы [51, 52, 60]. Теперь все стало яспым. Можно с уверенностью писать формулу (7).

Параллельно с обескремниванием алюминатных растворов казахстанская группа ученых обратила внимание па бокситы, из которых глипозем по способу Пайера не извлекался. Это были плохие, грязные бокситы. Они содержали много кремнезема и гидроксидов железа (обыкновенной ржавчины). Их даже тте рассматривали как руду. Кремний и железо мешали извлечепшо глинозема. Кремний и железо... Постойте, постойте! Кремний и железо—это же почти апдрадит! Не хватает только оксида кальция. Л что если перемешать ржавые бокситы с оксидом кальция, загрузить в автоклавы со щелочным раствором и покрутить при различпых температурах? Может быть, в осадок выпадет гидроапдрадит, я весь алюминий останется в растворе? Начали пробовать, экспериментировать. Протто несколько лет, пока пат л и нужпую температуру, концентрацию тпелочпого раство- ра, соотношение исходных компонентов, которые позволили предложить новую схему переработки «плохих» (поставим это слово уже в кавычки) бокситов От. способа Пономарева—Сажипа она отличается тем, что при автоклавной обработке образуется не бесцветный 1ТКГС, а желтовато-зеленый гидроандрадит

Все последующие операции новой схемы не отличаются от способа Пономарева—Сажина. Добавим, что в процессе работ был обнаружен гидрогранат, являющийся твердым раствором между гидроандрадитом и гидрогрос- суляром (гидрогессонит) [49, с. 111].

Гидрогранатов стало много. Чтобы не запутаться, соберем их в табл. 3, как делали это раньше для природных гранатов.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  ИСКУССТВЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ГРАНАТА

 

Смотрите также:

 

Драгоценные камни и астрология. Камни по знакам зодиака, камни...

Например, в «Наставлениях о драгоценных камнях ,и способе посредством их составлять фразы»
Мы уже писали выше, что строгих правил ношения камней не существует. Если вам понравился самоцвет, но его не рекомендуют носить астрологи, его можно «настроить» на себя.

 

энциклопедия камней и амулетов

Вера в магическую силу самоцветов существует столько же, сколько существует на Земле человек.
Огранка драгоценных камней и их оправы. Драгоценные камни и астрология.

 

Природно-ресурсный потенциал. Месторождения железных руд и руд...

Уголь залегает близко к поверхности, добывается в ряде районов открытым способом.
Правда, многие месторождения бокситов уже истощены. Важную роль играет добыча золота, драгоценных и поделочных камней.

 

щебень. РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ОБРАБОТКА КАМЕННЫХ...

Разрабатываемые месторождения носят название карьеров, а выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи ископаемых, — выработок.
При добыче из монолита щебня или рваного камня применяют бризантные взрывчатые вещества (аммоналы и др...

 

Горнодобывающая промышленность. Универсальный процесс ориентации...

При тех масштабах разработок, которые допускают гигантские месторождения ЮАР, добыча выгодна, так как сопряжена с большими масштабами
Но большая часть драгоценных камней добывается даже не рудниками, а мелкими разработками, часто полукустарными.

 

Природные условия и ресурсы. Урал располагает разнообразными...

Во многих местах находятся месторождения известных всему миру уральских самоцветов.
Ряд месторождений железных руд Урала в значительной степени исчерпан, и добыча в них резко
Славится Урал драгоценными и полудрагоценными, а также поделочными камнями...

 

Уникальные минералы - изумруды, янтарь, малахит, топаз, александрит

Только здесь разработана уникальная технология подземной добычи самоцветов. Во всем мире изумруды добывают карьерным способом.
Самые крупные месторождения находятся в Прибалтике. Здесь, в поселке Янтарном Калининградской области добывается почти 90...