ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Кремнеземные порошки в природных условиях

Рассмотрение этих веществ в общем выходит за пределы на­стоящей книги, хотя в некоторых случаях кремнеземные по­рошки имеют достаточно высокое значение удельной поверхно­сти и по крайней мере некоторые их фракции могут иметь раз­меры коллоидных частиц. Ниже упоминается несколько при­меров.

Кварцевое стекло, получаемое плавлением высококачествен­ного кварцевого песка, размалывается на шаровой мельнице до образования тонкодисперсного порошка марки GP-31, в котором размер 99% всех частиц менее 30 мкм, а 21% из них менее 1 мкм. Из наиболее тонких фракций такого порошка, очевидно, можно было бы приготовить золь коллоидного аморфного крем­незема [489]. Подобный порошок, используемый как наполни­тель эпоксидной смолы, вызывает заметное уменьшение ее тер­мического расширения.

Частицы кварца коллоидных размеров могут быть получены из южноиллинойсского (США) трепела, представляющего собой тонкозернистую осадочную кремнистую породу [490]. Порода представляется «аморфной» в том смысле, что частицы не имеют характерных для кристаллов угловых граненых форм,- Микро­кристаллические частицы имеют средние размеры 1—10 мкм и, очевидно, ведут свое происхождение от скелетов морских орга­низмов. Благодаря низкой стоимости такой кремнезем широко используется как наполнитель [491]. '

Аморфный, тонкодисперсный кремнезем, напоминающий аэрогель по некоторым характеристикам, встречается в Японии. Он сформировался под воздействием природного раствора H2S04 на силикаты вулканического происхождения. Аморфный характер этого кремнезема подтверждается отсутствием типич­ного рисунка при исследовании методом дифракции рентгенов­ских лучей, высоким значением удельной поверхности и, нако - нед, характерной растворимостью в 2 н. растворе NaOH при 100°С [492].

Диатомовая земля, или диатомит, представляет собой встре­чающуюся в природе форму тонкодисперсного кремнезема, кото­рый имеет большое практическое значение в промышленности благодаря удельной поверхности и размеру частиц, приближаю­щимся к соответствующим величинам для кремнеземов в кол­лоидном состоянии. Коммерческие продукты из диатомита со­держат частицы диаметром в несколько микрон, но они обла­дают характеристической тонкопористой структурой скелета, которая позволяет получить удельную поверхность около 20 м2/г [493]. Содержание кремнезема в таком материале доходит до 94%. Кремнезем состоит из скелетных «раковин» — оболочек большого множества микроскопических водяных одноклеточных водорослей, по форме напоминающих диск или овал. Эти водо­росли, известные как диатомеи, обычно состоят из одиночных клеток, окруженных двумя створками, каждая из которых напо­ловину закрывает клетку и состоит из прозрачного кремнезема толщиной примерно в одну десятитысячную миллиметра. Такие створки имеют тонкую структуру из полостей и разделяющих их перегородок, напоминающих кружева, которые отличаются чрез­вычайной красотой и сложностью. узора. В живых организмах и в недавно образовавшихся отложениях кремнезем оказывается аморфным, но поскольку возраст большей части природных от­ложений диатомовой земли составляет миллионы лет, то крем­незем становится в ней микрокристаллическим (см. рис. 7.2).

Очень тонкодисперсный аморфный кремнезем, содержащий небольшое количество углерода, может быть получен прокали­ванием рисовой шелухи при контролируемых условиях. Сооб­щается, что такой кремнезем оказывается хорошим армирую­щим наполнителем для резины, конкурентоспособным с терми­ческими углеродными черными сажами [494].

Имеется высококремнеземистый, подвергшийся изменениям и состоящий из вулканического пепла продукт, который оказы­вается настолько реакционноспособным по отношению к извести, что образует основной компонент цемента, используемого еще со времен Римской империи. Айлер провел исследование об­разца такого продукта, взятого из подлинного вулканического отложения в Поццуоли, близ Неаполя (Италия), и обнаружил, что продукт представляет собой очень тонкодисперсный, аморф­ный кремнеземный порошок с величиной удельной поверхности более 100 м2/г. Этот природный кремнезем обсуждался в гл. 4 в связи с рассмотрением вопроса об использовании коллоидного кремнезема в цементах.

По-видимому, большинство аморфных форм кремнезема, об­разующихся в природных условиях, в течение миллиона лет кристаллизуются до микрокристаллического кварца и, таким образом, становятся гораздо менее растворимыми и менее реак - ционноспособными.