Введение к работе
Актуальность темы исследований. За многолетнюю деятельность фосфорных предприятий Казахстана в регионах их расположения скопились миллионы тонн вредных и токсичных отходов. Они отравляют атмосферу, служат источником загрязнения почвы и грунтовых вод. При этом концентрация полезных элементов в таких отходах зачастую превышает их содержание в исходной руде. Так, например, в пшаках, образующихся при сжигании богатых фосфорных шламов в циклонных печах, содержание Р2О5 настолько велико, что они в основном представлены поли- и даже ультрафосфатами присутствующих в нем катионов. Несмотря на это, до сих пор отсутствуют научно-обоснованные и до конца завершенные технологии по утилизации техногенных отходов и переработке их на полезные продукты. Здесь же следует отметить, что основные компоненты шлаков, хотя и в иных соотношениях, входят в состав минеральной основы костной ткани живых организмов. Все вышеизложенное обуславливает актуальность физико-химического исследования модельных систем, включающих в себя соединения фосфора, кальция, алюминия, железа и кремния, и практически важных свойств продуктов их взаимодействия, которые послужат основой создания импортозамещающих технологий получения неорганических материалов, таких как ингибиторы коррозии, защитные покрытия, костные имплантаты и др.
Целью работы является разработка технологических основ получения новых модифипировшшых поли- и ультрафосфатных материалов как на базе отходов фосфорной промышленности, так и из чистых солей.
Для достижения поставленной цели в задачи работы входило:
изучение процессов взаимодействия в сложных многокомпонентных системах на чистых солях, определение состава, молекулярной структуры и оптимальных условий синтеза стеклообразных полимерных фосфатов кальция, модифицированных оксидами алюминия, железа и кремния в широком диапазоне изменения R от 0,2 до 1,33;
установление оптимальных составов синтезированных продуктов, характеризующихся наилучшими показателями эксплутационных свойств, таких как растворимость, гидролитическая устойчивость и ингибирующее действие в водных растворах;
разработка технологических схем получения фосфатирующих растворов, а также ингибиторов коррозии и солеотложения из отходов фосфорного производства;
изучение взаимодействия компонентов в сложных системах содержащих дигидромонофосфаты кальция, магния, алюминия, железа, а также соединения кремния и фтора, и разработка технологических основ получения биологически совместимых кристаллических пористых силикополифосфатных имплантатов.
Научная новизна. Впервые установлены закономерности взаимодействия оксида кремния с ультрафосфатами кальция, которые в
отличие от полифосфатов, протекает по точкам разветвления, трансформируя их в обычные средишше группы. В рсзультагге зависимость средней степени полимеризации растворенных ультрафосфатов от содержания в них оксида кремния имеет экстремальный характер с максимумом, положение которого определяется величиной R исходного ультрафосфата.
Впервые выявлены закономерности изменения интенсивностей и частот полос в спектрах КРС модифицированных ультрафосфатов кальция. Показано, что полоса в области 640 см"1 спектров КРС модифицированных ультрафосфатных стекол отвечающая колебаниям Si-OP связей появляется к нарастает по интенсивности лишь при содержании оксида кремния свыше 5-6 мол.%, что соответствует переводу практически всех точек разветвления в срединные группы. При этом также наблюдается смещение в низкочастотную область полосы 1300 см"1, характеристичной для колебаний точек разветвления ультрафосфатного аниона;
Впервые установлены закономерности изменения таких свойств синтезированных ультрафосфатов, как растворимость, степень гидролиза, эффективность ингабирующего действия в зависимости от их состава, которые характеризуются наличием максимумов в области R=0,7-O,9.
Практическая ценность. Предложена технологическая схема получения кальцийсодержащих сшшкополифосфатных ингибиторов коррозии и растворов фосфатирования, согласно которой на ОАО «Нодфос» (г. Тараз) из шлаков шламовой кислоты наработаны опытные партии данных продуктов в количестве, соответственно, 0,38 тонн и 250 литров. Опытно-промышленная апробация шшгибиторов коррозии осуществлена, согласно акту, в системе подпитки короткой сетки оборотного водоснабжения печного цеха № 2 ОАО «Нодфос», а фосфатирующих растворов - на кафедре химии и технологии металлов Казахской Академии транспорта и коммуникации. Разработанный ингибитор может быть применен для антикоррозионной обработки воды различных систем водоснабжения, в том числе и питьевого.
Предложена технологическая схема получения пористых сшшкополифосфатных имплантатов. Опытная партия имплантатов прошла успешные предклинические испытания на кафедре хирургической стоматологии Казахского Государственного Медицинского Университета им. С.Д.Асфендиярова. Синтезированы и переданы на испытания композиты с титановыми штифтами.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Москва, 1998); Республиканской научной конференции молодых ученых (г. Алматы, 1998); XV Научно-технической конференции «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов» (г. Обнинск, 1998); Международном симпозиуме, посвященном 100-летию со дня рождения КЛСатлаева (г. Алматы, 1999); Республиканской конференции молодых ученых, посвященной 100-летшо академика К.И.Сатпаева (г.
A nwvrr» 1QQQV \ЛліягУппжпг\ґ\тплг\іі іллїітоллитін //TTr»Trrv\»otntr»fvr* \ж поітпіг*»
конструкций от коррозии» (г. Москва,1999); Научно-практической конференции «Проблемы
создания, производства и применения минеральных удобрений и дефолиантов на основе местного сырья» (г. Ташкент, 2000).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 14 работ.
Связь с планом основных научных работ. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой научно-исследовательских работ лаборатории химии фосфорных удобрений ИХН им. А.Б.Бектурова МОН РК «Направленный синтез полифосфатов, гексацианидов гетеровалентных металлов и создание на их основе новых материалов и удобрений с заданными свойствами» (№ госрегистрации 0197РК00447).
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 7 разделов, заключения и приложения. Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, иллюстрирована 40 рисунками, имеет 4 приложения. Библиография включает 155 наименований.
