PROPERTIES AND APPLICATION OF SILICON DIOXIDE SYNTHESIZED FROM DIATOMITE
Authors: Селяев В.П. , Осипов А.К. , Селяев П.В. , Лияскин О.В. , Кечуткина Е.Л. 
Published: July 2024

Проведен анализ диатомитов Актюбинской области (РК) и Среднего Поволжья (РФ). На микрофотографиях с различным увеличением видны обломки скорлупок, раковин, панцирей, что подтверждает их биогенное происхождение. В структуре данных микрокремнеземов прослеживается неоднородность поверхности частиц, пронизанной порами, трещинами. Исследования по синтезу нанопорошков проводились на диатомитах Жалпакского и Атемарского месторождений, так как в них выявлено наибольшее содержание диоксида кремния. На основе анализа спектров рентгенофлуоресценции различных компонентов материала получен элементный состав диатомитов и синтезированного микрокремнезема. Экспериментальные исследования, проведенные с применением современных приборов и оборудования, показали: синтезированный микрокремнезем представлен минералом опал; имеет аморфную структуру с пористостью до 95 %; содержит 99 % SiO2, что выше по сравнению с порошком микрокремнезема, применяемым в качестве наполнителя в вакуумных изоляционных панелях FRONT-VIP китайского производства (98,46 %); поверхность частиц синтезированного кремнезема содержит в основном силанольные группы, адсорбированную воду, отличается высокой неоднородностью с фрактальной размерностью рассеивающих неоднородностей 2.64. Получена аналитическая (полиномиальная) модель зависимости крупности частиц, «чистоты» синтезированного диоксида кремния от концентрации едкого натра, температуры раствора кремниевой кислоты, длительности экспонирования, соотношения Ж:Т коллоидного раствора в процессе синтеза. Установлено, что синтезированный кремнезем отличается от диатомитов размером частиц и фрактальной размерностью. Анализ гистограмм порошка мирокремнезема, синтезированного из диатомита, свидетельствует о том, что из диатомита можно синтезировать микрокремнезем наноразмерного уровня, который по показателям качества не уступает зарубежным аналогам и благодаря элементному составу, высокопористой структуре, низкой насыпной плотности может найти применение в строительной отрасли при изготовлении теплоизоляционных материалов, высокопрочных бетонов, красок, адсорбентов и т.д. Показана возможность применения синтезированного диоксида кремния для производства: вакуумных теплоизоляционных панелей (с теплопроводностью 0,002÷0,02 Вт/м°К); высокопрочных цементных композитов (прочность более 100 МПа на седьмые сутки); увиолевых стекол.

The analysis of diatomites of the Aktobe region (Kazakhstan) and the Middle Volga region (Russia). Microphotographs with various magnifications show fragments of shells, which confirms their biogenic origin. In the data structure of mikrokremnezema traced the heterogeneity of the particle surface, penetrated by pores and cracks. Research into the synthesis of nanopowders has been carried out on diatomites of the Zhalpak and Atemar deposits, as they revealed the highest content of silicon dioxide. Based on the analysis of x-ray fluorescence spectra of various material components, the elemental composition of diatomites and synthesized microsilicon has been obtained. Experimental research conducted with the use of modern devices and equipment has proved the following: synthesized microsilicon is represented by the mineral opal; it has an amorphous structure with a porosity of up to 95 %; it contains 99 % of SiO2, which is higher than the microsilicon powder used as a filler in front-VIP vacuum insulation panels of Chinese production (98.46 %); the surface of synthesized silica particles contains mainly silanol groups, adsorbed water, and is highly heterogeneous with a fractal dimension of scattering inhomogeneities D_s=2.64. an analytical (polynomial) model of the dependence of particle size, the" purity " of synthesized silicon dioxide on the concentration of caustic soda, the temperature of the silicon acid solution, the duration of exposure, and the ratio Ж:Т of colloidal solution in the synthesis process. It has been found that synthesized silica differs from diatomites in particle size and fractal dimension. Analysis of histograms of mirosilicon powder synthesized from diatomite indicates that micro-silica of nanoscale level can be synthesized from diatomite, which in terms of quality is not inferior to foreign analogues and due to its elemental composition, highly porous structure, low bulk density can be used in the construction industry in the manufacture of thermal insulation materials, high-strength concretes, paints, adsorbents. The possibility of using synthesized silicon dioxide for the production of: vacuum thermal insulation panels (with a thermal conductivity of 0.002÷0.02 W/m°C); high-strength cement composites (strength of more than 100 MPa on the seventh day); uviol glasses.