1 Обзор литературы

1.1 Кордиерит – общая информация

Минерал кордиерит, названный в честь французского геолога Кордье, по составу отвечает химической формуле 2MgO2Al₂O₃·5SiO₂. Первые его находки относятся к 1801 (Шлогейм) и 1809 годам. (Кордье). Учитывая, что впервые минерал состава Mg₂Al₄Si₅О₁₈ обнаружен в Индии, его также называют индиалитом. В России кордиерит был обнаружен в 1856 г. в природных минералах Урала Н.И.Кошаровым. Впервые кордиерит был синтезирован в России в конце XIX века И.Морозевичем путем кристаллизации андезитовой магмы. Кордиерит, образующийся в породах богатых алюминием, в условиях средней и высокой ступени метаморфизма, встречается в кристаллических сланцах, гнейсах и роговиках [3].

В системе MgO-Al₂O₃-SiO₂ имеется тройное кристаллическое соединение с упрощенной формулой 2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂ или Mg₂Al₄Si₅O₁₈ – кордиерит, кристаллизующийся в поле муллита.

2MgO + 2Al2O3 + 5SiO2 → Mg2Al4Si5O18

(1)

Кордиерит

Это каркасный алюмосиликат, кристаллическая решетка которого представлена на рисунке 1, устойчив в широком интервале температур и давлений.

Рисунок 1 – Кристаллическая решетка кордиерита

Кордиерит обладает редкой комбинацией свойств: относительно высокой прочностью и твердостью, низким коэффициентом термического разложения, хорошими теплопроводностью, кислотостойкостью и диэликтрическими свойствами. Поэтому сфера его применения быстро расширяется. При 1435 °С кордиерит плавится с разложением на муллит и магнезиальное стекло.

Кордиеритовую керамику используют в самых различных областях техники в качестве термостабильного носителя катализаторов, футеропрочных плит в тепловых агрегатах, эксплуатируемых до 1400 °С, капселей, поддонов, подставок для обжига фарфорофаянсовых изделий, в металлургии, машиностроении и химической промышленности в качестве огнеупоров, фильтров, мембран. Кроме того, кордиерит представляет интерес и как составная часть композиционных материалов.

1.2 Способы получения кордиерита

1.2.1 Получение кордиерита из синтетических компонентов по керамической технологии

Получение кордиерита возможно с использованием товарных реактивов в виде оксидов или солей данных элементов, взятых в стехиометрическом соотношении. Например, известна шихта, в состав которой входят следующие компоненты: дисперсный оксид кремния 46,51–47,38 %; оксид магния 0,59–2,92 %; оксид алюминия 1,5–7,43 %; сульфат магния 29,15–35,44 %; порошок алюминия 1,51–15,95 %, выход кордиерита 100 %. Или шихта, содержащая исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%: алюминий 18–20 %; диоксид кремния 42–47 %; сульфат магния 35–38 % [4]. В патенте [5] рассмотрен способ получения кордиерита из шихты, приготовленной из порошков кремния, диоксида кремния, нитрида алюминия и оксида алюминия состава, мас. %: кремний 0,1–18,5; диоксид кремния 0,1–32,6; оксид алюминия 0,1–88,2; нитрид алюминия 0,1–85,8 путем смешения компонентов при соблюдении атомного соотношения кремний:алюминий (Si:Al) от 1:3 до 1:4.

Трудности, возникающие при проведении такого синтеза из реактивов, обусловлены узким интервалом спекания, невысокой прочностью получаемых изделий и высокой стоимостью применяемых в качестве сырья материалов.