Базы данных
База данных понятий
Группа природных и синтетических силикатов, содержащих в составе комплексных анионов алюминий и кремний. Типичные примеры комплексных анионов - [AlSiO4]-, [AlSi2O6]-, [AlSi4O10]-, [Al2Si3O10]2-. Частичное замещение в силикатах атомов кремния на алюминий создает вследствие их различных валентностей избыточный отрицательный заряд, компенсируемый внедрением в кристаллическую решетку алюмосиликатов катионов натрия, калия, магния или кальция, реже бария и лития.
Алюмосиликаты распространены в природе и составляют до 50% массы земной коры. К ним, в первую очередь, относятся: полевые пшаты, например, ортоклаз K[AlSi3O8], альбит Na[AlSi3O8], анорит Ca[Al2Si2O8]; глинистые минералы; слюды, например, мусковит KAl2[AlSi3O10](OH)2; нефелин Na[AlSiO4] и другие.
Алюмосиликаты природного происхождения, не содержащие кристаллизационной воды и групп OH - тугоплавкие, термически стойкие вещества. Все алюмосиликаты не растворимы в воде, разлагаются фтористоводородной кислотой, расплавами щелочей и карбонатов щелочных металлов. Некоторые алюмосиликаты медленно взаимодействуют с углекислым газом и водой, подвергаяся в природных условиях выветриванию с образованием кварца и других минералов.
Синтетические алюмосиликаты получают гидротермальным синтезом, нагреванием оксидов алюминия и кремния с оксидами металлов.
Природные алюмосиликаты - компоненты шихты в производстве керамики, стекла, цементов и др.; слюды - электро- и теплоизоляционные материалы; нефелин - сырье для получения алюминия. Синтетические алюмосиликаты образуют основную кристаллическую фазу керамических материалов; некоторые из них, например, цеолиты - адсорбенты в хроматографии, а также при очистке, осушке и разделении газов, реагенты для умягчения воды, катализаторы, носители катализаторов и др.
Система оксидов магния, алюминия и кремния.
Тройные соединения в системе оксидов магния, алюминия и кремния представлены кордиеритом 2MgO · 2Al2O3 · 5SiO2 и сапфирином 4MgO · 5Al2O3 · 2SiO2.
Кордиерит плавится инконгруэнтно при 1540°С, разлагаясь на жидкость и кристаллы муллита. Кордиерит отличается сложным и до конца не изученным полиморфизом, образуя несколько полиморфных форм и промежуточных фаз, кроме того, для него характерно образование областей однородности (твердых растворов). Иногда все эти разновидности называют кордиеритоподобными фазами.
Есть данные о существовании следующих кордиеритоподобных фаз.
1. Высокотемпературный гексагональный α-кордиерит (индиалитовая фаза - по названию структурно сходного с искусственным α-кордиеритом природным минералом индиалитом, имеющим сосатав кордиерита). α-Кордиерит представляет собой неупорядоченную фазу, в структуре которой А13+, замещающий Si4+ в тетраэдрических группах SiO4 , распределен статистически. α-Кордиерит образуется при высокотемпературной (1000... 1300°С) быстрой кристаллизации стекол состава кордиерита или близкого к нему и рассматривается как метастабильная кордиеритоподобная фаза, поскольку при термообработке в широком интервале температур через серию промежуточных соединений превращается β-кордиерит.
2. Низкотемпературный ромбический β-кордиерит - упорядоченная и в широком интервале температур более стабильная, чем α-кордиерит, разновидность кордиерита. Получается низкотемпературной (ниже 950°С) длительной кристаллизацией стекол кордиеритового состава.
3. Осумилитовая гексагональная фаза (имеет сходство с минералом осумилитом) представляет собой кордиеритоподобную метастабильную фазу, образующуюся при кристаллизации стекол, содержащих несколько больше кремнезема, чем в кордиерите.
4. Петалитовая фаза (в структурном отношении сходна с минералом петалитом Li2O-Al2O3-8SiO2)-кордиеритоподобная метастабильная разновидность, образующаяся при кристаллизации стекол, богатых оксидами магния и кремния.
5. μ-Кордиерит - неустойчивая кордиеритоподобная фаза с переменным составом от 2 : 2 : 5 до 1 : 1 : 3 (MgO : Al2O3:SiO2), сходная по структуре со сподуменом Li2O-Al2O3-4SiO2.
Кордиеритоподобные фазы могут существовать в виде твердых растворов. По некоторым данным, изоморфные замещения в кордиерите могут происходить, например, по следующим схемам: Mg2+ + Si4+ = 2Аl3+ и 2А13+ + Mg2+ = 2Si4+
В результате таких замещений могут возникать кордиеритоподобные твердые растворы с избытком или недостатком кремнезема или глинозема. Следует отметить склонность соединений рассматриваемой системы к образованию твердых растворов, которые, например, были обнаружены в частных системах 2MgO-2Al2O3-5SiO2 - MgO-SiO2, MgO-Al2O3 - 2MgO-SiO2, MgO - 2MgO-SiO2 и т. д. Метастабильные кварцеподобные твердые растворы со структурой высокотемпературного α--кварца обнаружены между SiO2 и MgO-Аl2О3.
Фазовые соотношения между различными разновидностями кордиерита осложняются образованием промежуточных фаз с различной степенью упорядоченности. Температурные области стабильного или метастабильного существования отдельных кордиеритоподобных фаз могут изменяться в зависимости от их состава. Н. А. Торопов установил, что гексагональный α-кордиерит после длительной выдержки при температуре 1400°С переходит в ромбический β-кордиерит, устойчивый до 1440°С. При 1460°С происходит обратный переход β--кордиерита в высокотемпературную α-форму. Поскольку этот переход обратим, можно предположить, что α-кордиерит имеет при высоких температурах область стабильного существования.
Вторым тройным соединением является сапфирин 4MgO · 5Al2O3 · 2SiO2 (предлагаются и другие формулы сапфирина с несколько иным соотношением оксидов). Это соединение плавится инконгруэнтно при 1475°С, разлагаясь на жидкость и шпинель.
Известно и еще несколько алюмосиликатов магния, хотя ни один из них не может при нормальном давлении существовать стабильно в контакте с расплавами данной системы. К таким соединениям принадлежит, в частности, встречающийся в природе пироп 3MgO · Al2O3 · 3SiO2, относящийся к группе гранатов. Пироп был синтезирован при повышенном давлении - (6-12) o 103 МПа и температуре 1500±150°С.
Система MgO - Аl2О3 - SiO2 имеет значение для технологии получения различных огнеупоров (периклазовых, шпинелевых, корундовых, форстеритовых), специальных керамических изделий (кордиеритовых, стеатитовых), стеклокристаллических материалов и, в частности, имеет особое значение для получения керамических и стеклокристаллических материалов с исключительно низким и даже отрицательным коэффициентом термического расширения на основе кордиерита.