Исследование процессов, протекающих при плазмохимическом синтезе высокотемпературных силикатных расплавов. Часть 2: анализ продуктов плавления отходов обогащения молибденовых руд Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Вестник ТГАСУ № 1, 2014

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 666.198

ВОЛОКИТИН ГЕННАДИЙ ГЕОРГИЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, vgg-tomsk@mail. ги

СКРИПНИКОВА НЕЛЛИ КАРПОВНА, докт. техн. наук, профессор, nks2003@mail. ги

АБЗАЕВ ЮРИЙ АФАНАСЬЕВИЧ, докт. физ.-мат. наук, профессор, abzaev@tsuab. ги

ВОЛОКИТИН ОЛЕГ ГЕННАДЬЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент, volokitin_oleg@mail. ги

ШЕХОВЦОВ ВАЛЕНТИН ВАЛЕРЬЕВИЧ, студент, shehovcov2010@yandex. ги

Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ. ЧАСТЬ 2: АНАЛИЗ ПРОДУКТОВ ПЛАВЛЕНИЯ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ МОЛИБДЕНОВЫХ РУД*

Проведено исследование методами рентгеноструктурного анализа состояния продуктов плавления отходов обогащения молибденовых руд, полученных по плазменной технологии. Определен количественный фазовый состав рудного сырья и проведено структурное описание фаз в исследуемом состоянии. Кроме того, при моделировании оксидов были установлены плотности элементарных ячеек, при которых решетка является оптимизированной, а ее энергия минимальной.

Ключевые слова: плазменные технологии; отходы горно-рудной промышленности; хвосты обогащения молибденовых руд; рентгеноструктурный анализ.

GENNADII G. VOLOKITIN, DSc, Pгofessoг, vgg-tomsk@mail. ги

NELLIК. SKRIPNIKOVA, DSc, Pгofessoг, nks2003@mail. ги

* Работа частично поддержана грантом Президента РФ МК-2330.2013.8.

© Г.Г. Волокитин, Н.К. Скрипникова, Ю.А. Абзаев, О.Г. Волокитин, В.В. Шеховцов, 2014

YuRII A. ABZAEV, DSc, Professor, abzaev@tsuab. ru

OLEG G. VOLOKITIN, PhD, A/Professor, volokitin_oleg@mail. ru VALENTIN V. SHEKHOVTSOV, Student, shehovcov2010@yandex. ru

Tomsk State University of Architecture and Building, 2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia

STUDY OF PLASMA-CHEMICAL SYNTHESIS OF HIGH-TEMPERATURE SILICATE MELTS (PART 2). SMELTING OF TAILINGS OF MOLYBDENUM ORES BENEFICIATION

The paper presents research into a composition of smelting tailings of molybdenum ores beneficiation using the X-ray diffraction analysis. Plasma technology was used to produce molybdenum ores. The quantitative phase composition was determined for crude ores; the structural description of phases was provided for conditions under investigation.

Keywords: plasma technology; ore mining; tailing wastes; X-ray diffraction analysis.

В литературе отсутствуют систематические рештеноструктурные исследования свойств хвостов обогащения молибденовых руд с описанием количественного фазового состава после плазменной обработки.

Целью настоящей работы является изучение структурного состояния хвостов обогащения молибденовых руд, подвергнутых плазменной обработке, определение количественного состава фаз рудного сырья в аморфном состоянии полнопрофильным методом.

Порошкообразные пробы хвостов молибденовых руд изучались в аморфном состоянии. Аморфное состояние было получено в результате плазменной обработки [1]. Плазменная обработка входит в список технологических операций по изготовлению теплоизоляционных материалов из исследуемых хвостов.

На рисунке приведены результаты съемок дифрактограмм рудного сырья в аморфном состоянии [2-3]. На рисунке приведены экспериментальная и расчетная дифрактограммы.

Как видно из рисунка, для исследуемого состояния наблюдается хорошее совпадение суммарных (расчетных) и экспериментальных дифрактограмм. Об этом же свидетельствуют значения критериев сходимости, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Критерии сходимости и суммарная расчетная интенсивность фаз

Состояние сырья Rwp, % Rp, % Интенсивность, %

Аморфное 5,68 4,35 98,54

Как видно из табл. 1, относительная разница между суммарной и экспериментальной интенсивностями оказывается около и менее 7 %.

82

Г.Г. Волокитин, Н.К. Скрипникова, Ю.А. Абзаев и др.

Количественный фазовый анализ хвостов обогащения сырья в аморфном состоянии:

а - приведены: суммарная дифрактограмма (1); экспериментальная дифракто-грамма (2); разность между суммарной и экспериментальной дифрактораммами (3); б - приведены фазы: О^ (1); О22А120 (2); О19^96 (3)

Анализировались все карточки базы COD с исходными оксидами SiO2, Al2O3, Fe2O3 и CaO. Качественный фазовый анализ показал, что найденные эталонные фазы из COD не удовлетворяют высоким требованиям сходимости суммарной и экспериментальной дифрактограмм. С помощью молекулярной динамики моделировались аморфные фазы из исходных оксидов O22Al20 (номер в COD: 96-120-0016) и O2Si (96-901-3494_A) эталонной базы. Были определены оксиды O22Al20 и O2Si, которые в дальнейшем использовались для определения количественного состава рудного сырья. Необходимо отметить, что при моделировании оксидов были установлены плотности элементарных ячеек, при которых решетка является оптимизированной, а ее энергия в рамках молекулярной динамики (МД) минимальной. Плотность ячейки, соответствующая минимуму энергии, определяет размер прямоугольного ящика, в котором сосредоточено пространственное распределение атомов. Для аморфных фаз с известными относительными координатами атомов в ящике известных размеров можно определить структурный фактор и, соответственно, вычислить теоретическую дифрактограмму. Для указанных оксидов была выбрана примитивная элементарная ячейка. Модельные аморфные фазы O22Al20, O2Si были в дальнейшем использованы для количественного фазового состава хвостов обогащенных руд.

Результаты структурного анализа представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, оксиды O22Al20 и O2Si, как и в исходном состоянии, вносят основной вклад в расчетную интегральную интенсивность. В аморфном состоянии к числу основных фаз относятся также Oi92Si96 (карточка № 96-720-2758) и O240Si120 (карточка № 96-210-0336). Для оксида

O192Si96 была вычислена дифрактограмма, которая приведена на рисунке. Как видно из рисунка, на графике интенсивности фазы O240Si120 (кривая 3) также отсутствуют рефлексы. Примитивная элементарная ячейка фазы O192Si96 состоит из 192 атомов кислорода O и 96 атомов Si. А элементарная ячейка O240Si120 - из 240 атомов кислорода O и 120 атомов кремния Si. Ожидается, что внутреннее строение оксидов Oi92Si96, O240Sii20, O22Al20 и O2Si соответствует аморфным состояниям. Аморфные фазы O192Si96 и O240Si120 были использованы из базы данных COD, и для них были известны структурные данные, а также весовые плотности элементарных ячеек. В табл. 2 приведены уточненные размеры решетки фаз и пространственная группа. В табл. 2 приведены уточненные методом Ритвельда структурные данные перечисленных оксидов, которые определяют основной фазовый состав рудного сырья в аморфном состоянии.

Таблица 2

Количественный фазовый анализ, аморфное состояние

Номер карточки, фазы Интенсивность, % Весовая доля, % a (А) b (А) c (А) а р у Простр. группа

O22Al20 14,24 12,55 13,7178 10,8519 13,1051 76,97 90,69 76,73 P1 (1)

O2Si 32,95 31,015 13,4006 16,3459 13,0115 78,76 91,81 70,82 P1 (1)

O192Si96 38,46 45,40 14,4879 10,0431 42,9594 89,94 90,11 90,35 P1 (1)

O240Si120 12,59 11.01 13,8026 13,8026 41,5552 90,00 90,00 120,00 R-3 (148)

O12Si6 0,30 0,002 4,9964 4,9964 5,3206 90,00 90,00 120,00 P622 (177)

Таким образом, список фаз в табл. 2 определяет основной состав и количественное содержание рудного сырья в аморфном и отожженном состояниях. В фазовом составе хвостов обогащения молибденовых руд существенную долю составляют оксиды О22А120 и О^, полученные в результате имитационного моделирования в рамках молекулярной динамики.

Библиографический список

1. Пат. 2344093. Российская Федерация, МПК51 С03В 37/04. Установка для получения минеральных волокон / О.Г. Волокитин, А.А. Никифоров, Н.К. Скрипникова ; опубл. 20.01.2009, Бюл. № 2. - 5 с.

2. Полнопрофильный рентгеноструктурный анализ клинкерного минерала С4АБ / Ю.А. Абзаев, Ю.С. Саркисов, А.А. Клопотов, В.Д. Клопотов, Д.А. Афанасьев // Вестник ТГАСУ. - 2012. - № 4. - С. 200-209.

3. Физические основы рентгеноструктурного исследования кристаллических материалов / А.А. Клопотов, Ю.А. Абзаев, А.И. Потекаев, О.Г. Волокитин, В.Д. Клопотов. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 263 с.

84

Г.Г. BonoKumuH, H.K. CKpunHUKoea, W.Ä. Äöjaee u dp.

References

1. Pat. Rus. Fed. N 2344093 IPC 51 S03B 37/04. Ustanovka dlya polucheniya mineral'nykh vo-lokon [Installation for mineral fiber production]. O.G. Volokitin, A.A. Nikiforov, N.K. Skrip-nikova. Publ. 20.01.2009, Bul. No. 2. 5 p. (rus)

2. Klopotov, A.A., Abzaev, Yu.A., Potekaev, A.I., Volokitin, O.G., Klopotov, V.D. Polnoprofil'nyi rentgenostrukturnyi analiz klinkernogo minerala S4AF [Full-profile X-ray diffraction analysis of brick mineral C4AF]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. No. 4, 2012. Pp. 200-209. (rus)

3. Klopotov, A.A., Abzaev, Yu.A., Potekaev, A.I., Volokitin, O.G., Klopotov, V.D. Fizicheskie os-novy rentgenostrukturnogo issledovaniya kristallicheskikh materialov [Physical basics of X-ray diffraction analysis of crystalline materials]. Tomsk: TPU Publishing House, 2013. 263 p. (rus)