Фазовый состав порошка, синтезированного из водных растворов силиката натрия Na2SiO3 и сульфата железа FeSO4 при мольном соотношении Fe/Si = 2, по данным рентгенофазового анализа (РФА), включал сульфат натрия железа гидрат Na2Fe(SO4)2·4H2O и рентгеноаморфный продукт, состав которого может быть представлен гидратированными оксидами железа и кремния. Фазовый состав порошка, полученного 4-кратным промыванием синтезированного порошка в дистиллированной воде, включал только рентгеноаморфный продукт. После обжига на воздухе в интервале 400…1200 ?С в образцах порошков и керамики на их основе были обнаружены гематит Fe2O3 и кристобалит SiO2. После обжига в засыпке из графита при 900 ?С фазовый состав образцов керамики включал магнетит Fe3O4, лайхунит Fe4,74(SiO4)3 и фаялит Fe2SiO4. Порошок, приготовленный из продукта, выделенного из маточного раствора, включал сульфат натрия железа гидрат Na2Fe(SO4)2·4H2O и основной сульфат натрия железа гидрат (метасидеронатрит) Na4Fe2(SO4)4(OH)2·3H2O. После термообработки при 400 ?С сульфат натрия железа Na3Fe(SO4)3 являлся преобладающей фазой в этом порошке. Порошки, полученные в результате взаимодействия водных растворов силиката натрия и сульфата железа, могут быть использованы для изготовления высокотемпературных красителей и материалов, обладающих магнитными свойствами; для создания аналогов лунного или марсианского реголита; а также представлять интерес для исследований, связанных с разработкой функциональных (катодных) материалов для Na-ионных аккумуляторов.
Татьяна Викторовна Сафронова – канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, химический факультет, факультет наук о материалах, МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Муслим Ринатович Ахмедов – ассистент, факультет космических исследований, МГУ имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Кирилл Сергеевич Захаров – студент, факультет наук о материалах, МГУ имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Егор Александрович Моторин – студент, факультет наук о материалах, МГУ имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Татьяна Борисовна Шаталова – канд. хим. наук, доцент, химический факультет, факультет наук о материалах, МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Ярослав Юрьевич Филиппов – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник, НИИ механики, факультет наук о материалах, МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Альбина Максимовна Мурашко – студентка, факультет наук о материалах, МГУ имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Татьяна Викторовна Филиппова – инженер, химический факультет, МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Ольга Владимировна Бойцова – ст. науч. сотрудник, химический факультет, МГУ имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Ирина Валерьевна Колесник – доцент, химический факультет, факультет наук о материалах, МГУ имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Ольга Тихоновна Гавлина – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник, химический факультет, МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия
Павел Евгеньевич Казин – профессор, химический факультет, МГУ имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
1. Добыча космических ресурсов: оценка возможностей и перспектив добычи ресурсов вне Земли / под ред. И. Н. Мысляевой, М. Р. Ахмедова. Москва: КУРС, 2022. 192 с.
2. Phinney W., Criswell D. Lunar resources and their utilization / 3rd Conference on Space Manufacturing Facilities. 09 May 1977 – 12 May 1977. Princeton, NJ, U.S.A. 1977. 537. P. 1 – 10. URL: https://doi.org/10.2514/6.1977-537
3. Burns R. G., Fisher D. S. Iron?sulfur mineralogy of Mars: Magmatic evolution and chemical weathering products // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1990. V. 95, No. B9. P. 14415 – 14421. URL: https://doi.org/10.1029/JB095iB09p14415
4. Bell III J. F., McSween Jr. H. Y., Crisp J. A., et al. Mineralogic and compositional properties of martian soil and dust: results from Mars Pathfinder // Journal of Geophysical Research: Planets. 2000. V. 105, No. E1. P. 1721 – 1755. URL: https://doi.org/10.1029/1999JE001060
5. Taylor L. A., Pieters C. M., Britt D. Evaluations of lunar regolith simulants // Planetary and Space Science. 2016. V. 126. P. 1 – 7. URL: https://doi.org/10.1016/j.pss.2016.04.005
6. Ramkissoon N. K., Pearson V. K., Schwenzer S. P., et al. New simulants for martian regolith: Controlling iron variability // Planetary and Space Science. – 2019. V. 179. P. 104722. URL: https://doi.org/10.1016/j.pss.2019.104722
7. Papike J. J., Simon S. B., Laul J. C. The lunar regolith: Chemistry, mineralogy, and petrology // Reviews of Geophysics. 1982. V. 20, No. 4. P. 761 – 826. URL: https://doi.org/10.1029/RG020i004p00761
8. Papike J. J., Karner J. M., Shearer C. K., Burger P. V. Silicate mineralogy of martian meteorites // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. V. 73, No. 24. P. 7443 – 7485. URL: https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.09.008
9. Ананьев П. П., Гридин О. М., Плотникова А. В., Смирнова Ю. В. Технологии извлечения воды из грунтов космических природных объектов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. No. 10. С. 272 – 277. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20779034
10. Zhang L., Gao F., Deng T., et al. Phase equilibria in the FeO–Fe2O3–SiO2 system: Experimental measurement and thermodynamic modeling // Calphad. 2022. V. 79. P. 102459. URL: https://doi.org/10.1016/j.calphad.2022.102459
11. Паньков В. Л., Калачников А. А., Калинин В. А. Фазовая диаграмма системы FeO–SiO2 // Известия Академии наук СССР: Физика земли. 1991. № 7. С. 3 – 11.
12. Yagi T., Akaogi M., Shimomura O., et al. In situ observation of the olivine?spinel phase transformation in Fe2SiO4 using synchrotron radiation // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1987. V. 92, No. B7. P. 6207 – 6213.
13. Noguchi T., Nakamura T., Misawa K., et al. Laihunite and jarosite in the Yamato 00 nakhlites: Alteration products on Mars? // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. E10004. URL: https://doi.org/10.1029/2009JE003364
14. Kondoh S., Kitamura M., Morimoto N. Synthetic laihunite (?xFe2?3x2+Fe2x3+SiO4), an oxidation product of olivine // American Mineralogist. 1985. V. 70, No. 7–8. P. 737 – 746.
15. Wang S. The stability of laihunite – a thermodynamic analysis // Geochemistry. 1982. V. 1. P. 233 – 245. URL: https://doi.org/10.1007/BF03180332
16. DeAngelis M. T., Rondinone A. J., Pawel M. D., et al. Sol-gel synthesis of nanocrystalline fayalite (Fe2SiO4) // American Mineralogist. 2012. V. 97, No. 4. P. 653 – 656. URL: https://doi.org/10.2138/am.2012.3899
17. URL: https://doi.org/10.1007/s11837-017-2699-6
18. Chang Q., Zhang C., Liu C., et al. Facile large?scale synthesis of nanoscale fayalite, ??Fe2SiO4 // ChemistrySelect. 2017. V. 2, No. 11. P. 3356 – 3361. URL: https://doi.org/10.1002/slct.201700047
19. ICDD. International Centre for Diffraction Data; Kabekkodu S., Ed.; ICDD: Newtown Square, PA, USA, 2010; PDF-4+ 2010 (Database). URL: https://www.icdd.com/pdf-2/
20. Nakamoto K. Infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds, 5th ed.; Wiley: New York, NY, USA, 1986. P. 156 – 159.
21. G?nin J. M. R., Bourri? G., Trolard F., et al. Thermodynamic equilibria in aqueous suspensions of synthetic and natural Fe (II) ? Fe (III) green rusts: Occurrences of the mineral in hydromorphic soils // Environmental Science & Technology. 1998. V. 32, No. 8. P. 1058 – 1068. URL: https://doi.org/10.1021/es970547m
22. Simon L., Fran?ois M., Refait P., et al. Structure of the Fe (II–III) layered double hydroxysulphate green rust two from Rietveld analysis // Solid State Sciences. 2003. V. 5, No. 2. P. 327 – 334. URL: https://doi.org/10.1016/S1293-2558(02)00019-5
23. Musi? S., Filipovi?-Vincekovi? N., Sekovani? L. Precipitation of amorphous SiO2 particles and their properties // Brazilian journal of chemical engineering. 2011. V. 28. P. 89 – 94. URL: https://doi.org/10.1590/S0104-66322011000100011
24. Van der Giessen A. A. The structure of iron (III) oxide-hydrate gels // Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 1966. V. 28, No. 10. P. 2155 – 2159. URL: https://doi.org/10.1016/0022-1902(66)80100-8
25. Welo L. A., Baudisch O. Active Iron. II. Relationships among the oxide hydrates and oxides of iron and some of their properties // Chemical Reviews. 1934. V. 15, No. 1. P. 45 – 97. URL: https://doi.org/10.1021/cr60050a002
26. Langmuir D., Whittemore D. O. Variations in the Stability of precipitated ferric oxyhydroxides // Nonequilibrium Systems in Natural Water Chemistry. 1971. American Chemical Society. Chapter 8. P. 209 – 234. URL: https://doi.org/10.1021/ba-1971-0106.ch008
27. Harman R. W. Aqueous solutions of sodium silicates. VIII. General summary and theory of constitution. Sodium silicates as colloidal electrolytes // The journal of physical chemistry. 2002. V. 32, No. 1. С. 44 – 60. URL: https://doi.org/10.1021/j150283a002
28. Barpanda P., Oyama G., Ling C. D., Yamadaet A. Krohnkite-type Na2Fe(SO4)2·2H2O as a novel 3.25 V insertion compound for Na-ion batteries // Chemistry of Materials. 2014. V. 26, No. 3. P. 1297 – 1299. URL: https://doi.org/10.1021/cm4033226
29. Salame P. H. Synthesis and electrical studies of Na3Fe(SO4)3 cathode material for sodium ion batteries // AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing, 2019. V. 2115, No. 1. URL: https://doi.org/10.1063/1.5113459
30. Сафронова Т. В. Фазовый состав керамики на основе порошков гидроксиапатита кальция, содержащих сопутствующие продукты реакции синтеза // Стекло и керамика. 2009. №. 4. С. 21 – 24. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18277090[Safronova T. V. Phase composition of ceramic based on calcium hydroxyapatite powders containing byproducts of the synthesis reaction // Glass Ceram. 2009. V. 66. P. 136 – 139. URL: https://doi.org/10.1007/s10717-009-9130-x]
31. Ali I. M., Zakaria E. S., Ibrahim M. M., El-Nag-gar I. M. Synthesis, structure, dehydration transformations and ion exchange characteristics of iron-silicate with various Si and Fe contents as mixed oxides // Polyhedron. 2008. V. 27, No. 1. P. 429 – 439. URL: https://doi.org/10.1016/j.poly.2007.09.034
32. Veneranda M., Aramendia J., Bellot-Gurlet L., et al. FTIR spectroscopic semi-quantification of iron phases: A new method to evaluate the protection ability index (PAI) of archaeological artefacts corrosion systems // Corrosion Science. 2018. V. 133. P. 68 – 77. URL: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.01.016
33. Ellerbrock R., Stein M., Schaller J. Comparing amorphous silica, short-range-ordered silicates, and silicic acid species by FTIR. Scientific Reports. 2022. V. 12: 11708. P. 1 – 8. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15882-4
34. Ventruti G., Scordari F., Ventura G. D., et al. The thermal stability of sideronatrite and its decomposition products in the system Na2O–Fe2O3–SO2–H2O // Physics and Chemistry of Minerals. 2013. V. 40. P. 659 – 670. URL: https://doi.org/10.1007/s00269-013-0601-9
35. Scordari F., Ventruti G., Gualtieri A. F., Lausi A. Crystal structure of Na3Fe(SO4)3: A high-temperature product (~ 400 ?C) of sideronatrite [Na2Fe(SO4)2OH·3H2O] // American Mineralogist. 2011. V. 96, No. 7. P. 1107 – 1111. URL: https://doi.org/10.2138/am.2011.3783
36. Bol'shakov K. A., Fedorov P. I., Il'ina N. I., Zh. Neorg. Khim., 8 [11] 2577 – 2579 (1963); Russ. J. Inorg. Chem. (Engl. Transl.), 8 [11] 1350 – 1352 (1963).
37. Wu P., Eriksson G., Pelton A. D., Blander M. Prediction of the thermodynamic properties and phase diagrams of silicate systems–evaluation of the FeO–MgO–SiO2 system // ISIJ international. 1993. V. 33, No. 1. P. 26 – 35. URL: https://doi.org/10.2355/isijinternational.33.26
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700 руб
DOI: 10.14489/glc.2024.05.pp.030-046
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
