авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Минералов в решении задачприкладной минералогии по данныммессбауэровской спектроскопии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БулатовФарид Мухамедович

КРИСТАЛЛОХИМИЯПРОМЫШЛЕННЫХ МИНЕРАЛОВ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧПРИКЛАДНОЙ МИНЕРАЛОГИИ ПО ДАННЫММЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

25.00.05 – минералогия,кристаллография

Автореферат

диссертации на соисканиеученой степени

докторагеолого-минералогических наук

Казань – 2012

Работа выполнена вФедеральном государственном унитарномпредприятии «Центральныйнаучно-исследовательский институтгеологии нерудных полезных ископаемых»(ФГУП «ЦНИИгеолнеруд»)

Официальныеоппоненты:

академик РАН, докторгеолого-минералогических наук, профессор,директор Института геологии и геохимии им.А.Н. Заварицкого УрО РАН

Вотяков СергейЛеонидович;

докторгеолого-минералогических наук, профессорНациональногоисследовательского технологическогоуниверситета «МИСиС»

Коровушкин ВладимирВасильевич;

докторфизико-математических наук, профессорКазанского федеральногоуниверситета

Низамутдинов НазымМинсафович.

Ведущаяорганизация: Санкт-Петербургскийгосударственный университет

Защита состоится 28 марта2013 года в 1400 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.081.09 при Казанском федеральномуниверситете по адресу: 420008, г. Казань,ул. Кремлевская, д. 4/5, институт геологии инефтегазовых технологий КФУ, ауд. 211.

С диссертацией можноознакомиться в Научной библиотеке им.Н.И.Лобачевского Казанского федеральногоуниверситета.

Ваш отзыв на авторефератв двух экземплярах, заверенных печатьюучреждения, просим присылать по адресу:420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18,Казанский федеральный университет, отделаттестации научно-педагогических кадров.e-mail: regda@mail.ru

Авторефератразослан «____» _________ 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационногосоветаА.А.Галеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальностьпроблемы. В связи ссокращением запасов важнейших видовнерудного минерального сырья, вовлечениемв производственную деятельность новыхнетрадиционных его видов и «бедных» руд,необходимостью научного обоснованиясовременных технологий его активации ипередела все более актуальным становитсяпривлечение для оценки качества сырья икристаллохимических особенностейслагающих его минераловспектроскопических методовисследования.

Работы, проводимые впоследние годы в этом направлениипоказали, что внедрение современныхметодов исследования, в том числе ирезонансных –мессбауэровской спектроскопии (ЯГР),радиочастотных (ЭПР, ЯМР, ЯКР), оптическойспектроскопии – позволяет на принципиально иномуровне решать вопросы кристаллохимииреальных минералов и расшифровать тугромадную информацию, которая в них самихзаключена. Методические основыиспользования этих методов для решениягенетических, минералогических и другихзадач сформулированы и решались в работахА.И.Гинзбурга, В.И.Кузьмина, Г.А.Сидоренко,А.С.Марфунина, В.С.Урусова,Д.Ю.Пущаровского, Л.В.Бершова,Б.С.Горобца, В.В.Коровушкина, В.М.Винокурова,И.Н.Пенькова, А.И.Бахтина, Н.М.Низамутдинова,Н.П.Юшкина, В.А.Дрица, С.Л.Вотякова,В.Н.Анфилогова, В.Г.Кривовичева,С.В.Кривовичева, С.К.Филатова,Е.Н.Котельниковой, Т.В.Малышевой,И.В.Рождественской, Л.П. Никитиной,Т.Ф.Семеновой, В.А.Франк-Каменецкого,В.И.Павлишина, О.М.Платонова, Э.В.Польшина,С.К.Кузнецова, В.П.Лютоева, Р.М.Минеевой,Л.Г.Дайняк и др.

В полной мере этоотносится и к ряду промышленных минералов:слюдам, асбестам, цеолитам. Важная функцияв формировании кристаллической структурыэтих минералов принадлежит изоморфнымионам железа, замещающимминералообразующие катионыкристаллической решетки во всехнеэквивалентных позициях структурыисследуемых объектов. Особая роль приминералогических исследованиях отводитсямессбауэровской спектроскопии, котораядает возможность получить информацию окристаллохимических особенностяхионов железа в структуре минералов.

Это подтверждаетнеобходимость широкого внедрениямессбауэровской спектроскопии в практикугеолого-минералогических исследованийпромышленных минералов длясовершенствования методов решения задач,связанных с определениемокислительно-восстановительнойобстановки минералообразования,исследованием технологических свойствминералов и путей направленного ихизменения. Использование этих данных даетвозможность включить в арсеналсовременных прогнозно-поисковыхкомплексов ряд высокоинформативныхпоисково-оценочных минералогическихкритериев для решения задач, направленныхна расширение минерально-сырьевой базынерудных полезных ископаемых России врамках выполнения «Долгосрочнойгосударственной программы изучения недр ивоспроизводства минерально-сырьевой базыРоссии на основе баланса потребления ивоспроизводства минерального сырья (2005-2010годы и до 2020 года)», целевой комплекснойпрограммы «Исследование минеральногосырья России. Методы, техника, технология»,Государственных контрактов повоспроизводству минерально-сырьевой базынерудных полезных ископаемых России.

С 1978 годаавтор систематически занимается изучениемметодом ЯГР минералов и горных пород измногих месторождений нерудных полезныхископаемых (слюды, асбесты, цеолиты,карбонаты, фосфориты и др.).

Для более эффективногоиспользования результатовЯГР-исследований сначала надо былорешить задачу создания физико-химическихоснов интерпретации ЯГР-спектров этихминералов. Сложность структуры объектовтребует такого подхода, когда из большойсовокупности факторов, влияющих наэнергетическое состояние ионов железа вкристаллической решетке, выбираются те изних, которые определяют экспериментальнонаблюдаемые изменения параметровЯГР-спектров. Кроме того, использованиенетрадиционных методических приемовмессбауэровской спектроскопии(варьирование «мессбауэровской толщины»образца, использованиемонокристаллических поглотителей, техникинизких температур), а также корреляциямессбауэровских параметров с даннымидругих методов (ЭПР, оптическойспектроскопии) позволили более надежноинтерпретировать те и другие спектры иполучить дополнительные данные окристаллохимических особенностяхисследуемых объектов. Все вышесказанноепредопределяет интерес к исследуемымминералам с методической точкизрения.

Интерес к этим объектамобусловлен еще и тем, что они широкоиспользуются в ведущих отрасляхпромышленности в связи с рядом ихтехнически ценных свойств. Актуальнымпоэтому является использование данных окристаллохимических особенностях ихструктуры для изучения механизмовпреобразования минералов при воздействиина них природных факторов ицеленаправленном изменении свойств сырья,улучшающем потребительские свойстваконечного продукта при решенииконкретных вопросов технологическойминералогии. Поэтому расшифровка иизвлечение информации из ЯГР-спектров этихминералов имеет и важное практическоезначение.

В связи свышеизложенным, цельюдиссертационной работыявляется разработка методологическихоснов использования мессбауэровскойспектроскопии в комплексе с другимирезонансными методами (радио- и оптическойспектроскопией) для выявлениякристаллохимических особенностейпромышленных минералов и обеспеченияповышения эффективностигеолого-минералогических итехнологических исследований.

Основные задачиисследований

      1.Создание научно-методической базы для расшифровки мессбауэровских спектровпромышленных минералов (слюд, вермикулита,асбестов), включающей изучение влиянияособенностей их химического состава,кристаллической структуры и изоморфныхионов на параметры мессбауэровскихспектров ионов железа.

      2. Разработкаметодических приемов мессбауэровскойспектроскопии с использованиеммонокристаллических поглотителей,низкотемпературных измерений и еекомплексирования с другими резонанснымиметодами (радио- и оптическойспектроскопией) для получения новых данныхпо кристаллохимии слюд, асбестов, цеолитов,доломитов и изучению их физико-химическихсвойств.

      3.Использование кристаллохимическиххарактеристик ионов железа в структурефлогопита, мусковита и хризотил-асбестадля выявления типоморфных  признаковокислительно-восстановительнойобстановки среды минералообразования  и кристаллохимических критериев оценкикачества промышленного сырья.

      4.Использование кристаллохимическиххарактеристик ионов железа в структуреслюд, вермикулита, глинистых минералов,хризотил-асбеста   для обоснования выбора рациональных методов и режимов обогащенияи модификации минерального сырья прирешении конкретных вопросовтехнологической минералогии.

Научная новизна

1. Разработанфизико-химический подход дляинтерпретации ЯГР-спектров слоистыхсиликатов, основанный на определениимеханизмов зарядовой компенсации ихарактера анизотропии химической связипри изоморфном вхождении ионов Fe3+ в неэквивалентныепозиции структуры минералов. С помощьюмессбауэровской спектроскопии выявленоформирование кластеров ионов железа воктаэдрической сетке слоистых силикатов собразованием участков локальнойдиоктаэдричности структуры.

2. Дано теоретическоеобоснование и реализованы методическиеприемы мессбауэровской спектроскопии,позволившие:

- однозначноидентифицировать неразрешенные линии вЯГР-спектрах слоистых силикатов;

- доказать возможностьвхождения изоморфных ионов Fe2+ в кальциевуюструктуру доломита, а не только вмагниевую, как считалось ранее;

- установить зональностьв распределении ионов железа понеэквивалентным позициям структурыприродных кристаллов мусковита;

- выявить три формылокализации гидратированных ионовFe3+ в микрополостях структуры цеолита.

3. Разработана методикавзаимосогласованного анализа иинтерпретации данных различныхспектроскопических методов,позволившая с помощьюмессбауэровской спектроскопии идентифицироватьранее неизвестные центры ионов Fe3+ в спектрах исследуемыхминералов и дать их более надежнуюкристаллохимическую интерпретацию:

- в спектрах ЭПР хризотил-асбеста выявлены двегруппы линий, принадлежащиеионам Fe3+в двухпозициях замещения - октаэдрической и тетраэдрической, а не однойоктаэдрической, как предполагалось ранее;

- в оптических и ЭПР-спектрах железо-магнезиальных слюдопределены спектроскопические параметры и данакристаллохимическая интерпретация выделенных центровионов железа.

4. Показано, чтомессбауэровские параметры и характерраспределения ионов Fe2+ и Fe3+по неэквивалентным позициямструктуры слоистых силикатов могутиспользоваться для выявлениятипоморфных признаков и выработки кристаллохимическихкритериев оценки качества сырья:

- для флогопита - возможность количественной оценкиотносительнойстепени «тетраферрифлогопитизации» слюды,а также локальной диоктаэдричности мотива;

- для мусковита установлены региональные отличия,обусловленныепетрохимическим фоном процессамусковитообразования.Степень окисленности железа,определяемая из данных ЯГР, можетслужить однимиз типоморфных признаков навысококачественный мусковит;

- дляхризотил-асбеста соотношение ионов железа по неэквивалентным структурнымпозициям может бытьиспользовано в качестве типоморфного признака, позволяющегооднозначноидентифицироватьпрочностнуюразновидностьминерала.

5. По изменениюмессбауэровских параметров раскрытымеханизмы преобразования минералов привоздействии на них природных факторов ицеленаправленном изменениитехнологических характеристик исходногосырья, улучшающем его потребительскиесвойства:

- выявлена рольизоморфных ионов железа в процессепреобразования флогопита в вермикулит, чтопозволило уточнить механизм многократногоувеличивать объема вермикулита при егонагревании;

- дано объяснениеувеличению белизны при химическомотбеливании молотого мусковита и светлойокраски керамического материала,получаемого при обжиге полиминеральныхизвестковистых глин, приводящих кповышению потребительских свойствисходного сырья;

- показано, чтоувеличение времени механоактивацииглинистого сырья приводит кобразованию поверхностно-активныхкристаллитов, активность которых в ходетехнологического процесса изготовлениякирпича обеспечивает большую прочностьготового изделия.

Фактическийматериал иличный вкладавтора

Работа выполнена вЦентральном научно-исследовательскоминституте геологии нерудных полезныхископаемых (ФГУП «ЦНИИгеолнеруд»)Минприроды России.

В основу работы положеныавторские материалы, полученные в ходепроведения многолетних исследований(начиная с 1978 г.) по тематике НИР института идоговорным работам. Основным методомисследования являлась Мессбауэровская(ядерная гамма-резонансная - ЯГР)спектроскопия. Некоторые задачи решались вкомплексе с рентгенографией, оптическойспектроскопией (ОС), электроннымпарамагнитным резонансом (ЭПР) и др., атакже с использованием данных химическогоанализа. Непосредственно авторомизучались кристаллохимическиеособенности флогопита, вермикулита,мусковита, хризотил-асбеста, глинистыхминералов, карбонатов (доломит имагнезит), цеолитов, пиритов, минералов изапатитовых и фосфоритовых руд, барита идр., а такжепроведены систематизация и обобщениеполученных результатов.

Каменный материалдля исследования взят из коллекций ГузиеваИ.С., Лузина В.П. (флогопит, вермикулит);Щербакова Н.А. (мусковит); Бурда Г.И.,Полянина В.А., Маслова С.С. (хризотил-асбест);Бурова А.И., Аблямитова П.О. (цеолиты);Тимескова В.А., Шевелева А.И., Урасиной Л.П.,Шишкина А.В., Тохтасьева В.С. (карбонаты);Валитова Н.Б., Карповой М.И., Халабуды Ю.Э.(пирит); Файзуллина Р.М., Михайлова А.С.,Карповой М.И., Блисковского В.З.(фосфорит); Ахманова Г.Г. (барит). Всем имавтор выражает свою признательность.

Основной объемэкспериментальных исследований выполнен вЦНИИгеолнеруд самим автором на специальнособранном им для этих целейЯГР-спектрометре и с его участием (ЭПР, ОС,рентгенография) в процессе выполнениятематических работ по заказам МингеоСССР, Роскомнедра РФ и МПР РФ.Химические анализы были выполнены влаборатории химического анализаЦНИИгеолнеруд. Некоторые эксперименты поЯГР (низкотемпературные измерения)выполнены в лаборатории физики металловКФТИ РАН им. Е.К.Завойского (Манапов Р.А.).Эксперименты с использованием оптическойспектроскопии и их интерпретация былипроведены на кафедре минералогии КФУБахтиным А.И. При геологическойинтерпретации многих экспериментальныхрезультатов большую помощь оказаликандидаты геол.-мин. наук Гузиев И.С.,Щербаков Н.А., Аблямитов П.О., Урасина Л.П.(ЦНИИгеолнеруд).

Основные защищаемыеположения.

     1.Научно-методическая база для использования мессбауэровской спектроскопии в практикегеолого-минералогических итехнологических исследованийпромышленных минералов (слюд, вермикулита,асбестов), обеспечивающая выявление ихкристаллохимических особенностей путемопределения механизмов зарядовойкомпенсации и характера анизотропиихимической связи при изоморфном вхождении ионов железа в неэквивалентныепозиции структуры исследуемых объектов.

     2.Разработанные методические приемы мессбауэровской спектроскопии с использованием монокристаллическихпоглотителей, низкотемпературныхизмерений, комплексирования резонансныхметодов (мессбауэровской, радио- иоптической спектроскопии), позволяющиеустановить картину зональности враспределении ионов железа в природныхкристаллах мусковита различного размера,уточнить механизм ионообменнойспособности цеолитов, идентифицироватьранее неизвестные центры ионов Fe3+ в спектрах слюд иасбестов.

     3.Совокупность кристаллохимических характеристик ионов железа для использования в качестве дополнительныхтипоморфных признаков навысококачественный мусковит, нафлогопитовые слюды – заменители мусковита, для выработкикристаллохимических критериев,позволяющих однозначно идентифицироватьхризотил-асбесты апокарбонатного игипербазитового типа и их прочностныеразновидности при ведении поисковых иоценочных работ на данные видысырья.

      4. Совокупностькристаллохимических характеристик ионовжелеза для обоснования выбора рациональных методов и режимов обогащенияи модификации минерального сырья,уточнения механизмов  вермикулитизациифлогопита и вспучивания вермикулитовогосырья, объяснения увеличения белизнымолотого мусковита при его химическомотбеливании, интерпретации природыокраски керамического материала приобжиге известковистых глин, обоснованияповышения прочности готовых изделий примеханической активации глинистого сырья,оценки качества хризотилового сырья,идущего на изготовление кондиционногофильтрационного картона.

Достоверностьрезультатов и обоснованность научныхположений, выводов и рекомендаций подтверждается:

  • использованием при исследованияхкаменного материала с геологическойпривязкой

более 250 проб флогопитови вермикулитов;

более 200 пробмусковитов;

около 150 пробхризотил-асбестов;

около 150 пробцеолитов;

около 60 проб глинистыхминералов;

около 60 проб доломитов имагнезитов.

  • использованием современныхстатистических методов при корреляционноманализе данных мессбауэровскойспектроскопии и химического анализа исовременных программ математическойобработки ЯГР-спектров;
  • применением современныхметрологически оцененных методик,межметодного контроля и использованиемстандартных образцов фазового состава приизучении вещественного составаисследуемых объектов;
  • теоретическим обоснованием моделейинтерпретации полученных данных с точкизрения физики минералов, кристаллохимии инаук о Земле;
  • апробацией прогнозируемыхпараметров технологических проб прилабораторных испытаниях.

Практическоезначение работы и реализациярезультатов

исследований

По результатамисследований автором выполнено восемьметодических разработок (методическихрекомендаций, стандартных образцовфазового состава), апробированных иутвержденных в качестве отраслевыхнормативных документов Научным Советом пометодам минералогических исследований(НСОММИ), Научным Советом по аналитическимметодам (НСАМ) и Научным Советом по методамтехнологических исследований (НСОМТИ) приФГУП ВИМС Министерства природных ресурсови экологии Российской Федерации.

Получено два акта навнедрение.

Разработанная авторомметодика расшифровки сложныхмессбауэровских спектров слоистыхсиликатов и извлечения из них информации оформах вхождения изоморфных ионов железа вструктуру этих минералов может бытьиспользована при исследовании методом ЯГРдругих железосодержащихмногокомпонентных кристаллов.

Предложенный в работеметодварьирования «мессбауэровскойтолщины»поглотителя при расшифровке ЯГР-спектровслоистых силикатов может быть применен при расшифровкедругихслаборазрешенныхспектров.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.