CC BY
23Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области
- разработанные покрытия обеспечили необходимые функциональные характеристики и адаптацию технологии под некоторые задачи для аэрокосмической техники;
- разработанные покрытия создали предпосылки для выхода на новые конструкционные материалы; обоснована возможность применения в качестве конструкционного материала магниевых сплавов взамен алюминиевых, что влечет за собой уменьшение веса космического аппарата;
- проведенные работы позволили создать технологию и оборудование для обработки деталей сложной формы.
Библиографические ссылки
1. Мамаев А. И., Мамаева В. А. Сильнотоковые процессы в растворах электролитов. Новосибирск : СО РАН, 2005. 255 с.
2. Мамаев А. И., Мамаева В. А., Дорофеева Т. И., Бориков В. Н. Формирование наноструктурных неметаллических неорганических покрытий путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз : учеб. пособие. Томск : Изд-во Томск. ун-та, 2010. 360 с.
References
1. Mamaev A. I., & Mamaeva V. A. High current microplasma processes. Novosibirsk, SB RAS, 2005, 255 p.
2. Mamaev A. I., Mamaeva V. A., Dorofeeva T. I., & Borikov V. N. Formation of nanostructured inorganic non-metallic coatings by localization of high flows at the interface. Publ TomSU, 2010, 360 p.
© Мамаев А. И., Мамаева В. А., Белецкая Е. Ю.,
Чубенко А. К., 2014
УДК 661.693
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГЕРМАНИЯ В МИНЕРАЛЬНОМ СЫРЬЕ
О. И. Подкопаев1, С. А. Копыткова1, Е. С. Балакчина1, М. А. Грачёва1, А. Ф. Шиманский2
1ОАО «ГЕРМАНИЙ»
Российская Федерация, 660027, г. Красноярск, Транспортный проезд, 1/107. E-mail: gelkp@mail.ru 2 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: shimanaf@mail.ru
Предложена методика выполнения измерений концентрации германия и сопутствующих элементов в лиг-нитах и другом минеральном сырье - углях, углистых аргиллитах, алевролитах и т. п. Установлено, что содержание германия в лигнитах бассейна реки Енисей составляет в среднем 200 г/т.
Ключевые слова: германий, сырье, лигнит, атомно-эмиссионная спектроскопия, элементный состав.
THE GERMANIUM CONCENTRATION DETERMINATION IN THE MINERAL RAW MATERIALS O. I. Podkopaev1, S. A. Kopytkova1, E. S. Balakchina1, M. A. Gracheva1, A. F. Shimanskiy2
1OJSC «GERMANIUM» 1/107, Transportny passway, Krasnoyarsk, 660027, Russian Federation. E-mail: gelkp@mail.ru
2 Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: shimanaf@mail.ru
The concentration determination procedure of germanium and other elements in the lignite and mineral raw materials such as coal, carbonaceous mudstones, siltstones is developed. The germanium contents in the lignite of Yenisei River basin are, on average, 200 g/1.
Keywords: germanium, raw, lignite, atomic emission spectroscopy, elemental composition.
Первое применение германий нашел около полувека назад, как полупроводниковый материал для изготовления транзисторов. В настоящее время сфера его использования непрерывно расширяется и включает космическую технику, волоконно-оптические линии связи, полупроводниковые детекторы, инфракрасную аппаратуру, тепловизоры и т. п. [1]. Выпуск
германия достиг в настоящее время уровня ~200 т/год [2]. Основным производителем германия в России, имеющим полный цикл переработки - от сырья (отходы производства ве, зола от сжигания углей, германиевые концентраты и др.) до готовой продукции, является ОАО «ГЕРМАНИЙ» (г. Красноярск), доля которого в мировом производстве составляет прибли-
Решетневскуе чтения. 2014
зительно 10 %. Вместе с тем данное предприятие не имеет собственного источника сырья.
В настоящее время как перспективное германиевое сырье рассматриваются лигниты Красноярского края, залегающие в бассейне среднего течения реки Енисей. «Енисейские» лигниты открыты не так давно и мало изучены.
В связи с этим целью работы является разработка методики выполнения измерений (МВИ) концентрации германия и сопутствующих элементов в лигни-тах, а также золах, полученных от их сжигания.
Для определения содержания германия в сырье предлагается метод атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой. Анализируемые пробы подвергаются предварительному озолению в муфельной печи при медленном подъеме температуры в течение 1-1,5 ч до 350 °С и выдерживании при этой температуре в течение 2 ч. Затем температура поднимается до 550 °С, и производится изотермическая выдержка в течение 2 ч.
Разложение зольных проб проводится кислотным методом с использованием системы пробоподготовки Hot Block (Environmental Express) в смеси концентрированных азотной и фтористоводородной кислот при нагревании от комнатной температуры до 120 °С. Для достижения полного растворения пробы и защиты кварцевых деталей прибора (распылительная камера, горелка) от фтористоводородной кислоты добавляют 10%-й раствор борной кислоты.
В отличие от предложенной МВИ анализ угольных проб согласно ГОСТ [3] включает разложение в трех кислотах (азотная, фтористоводородная и фосфорная) при нагревании на водяной и песчаной бане с последующей экстракцией четыреххлористым углеродом для отделения германия от фоновых примесей и колориметрическим окончанием с фенилфлуоро-ном. Время анализа при этом составляет порядка 20 ч.
Разработанная МВИ позволяет сократить время анализа до 10 ч, уменьшить расход реагентов, исключить использование токсичного четыреххлористого углерода.
Анализ полученных растворов реализуется на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой iCAP 6300 Duo (Thermo Fisher Scientific). Погрешность определения содержания германия составляет ±5-10-4 %.
Использование разработанной МВИ в сочетании с методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой позволяет проводить количественный и качественный элементный анализ лигнитов и другого минерального сырья (угли бурые, каменные, антрациты, углистые аргиллиты, алевролиты).
Усредненные результаты элементного анализа лигнита и золы, полученной при его сжигании, приведены ниже (см. таблицу).
Установлено, что в составе лигнитов из числа металлических элементов преобладают кремний (1,0), алюминий (0,5) и железо (0,6 масс. %). Среднее содержание германия в лигните порядка 0,020 масс. %,
или 200,0 г/т. Зольный остаток содержит преимущественно кремний (16,20), алюминий (9,60), железо (8,7), кальций (1,6) и калий (1,3 масс. %). Содержание германия в золе при используемых условиях сжигания лигнита составляет 0,25 масс. %.
Результаты элементного анализа лигнита и золы
Элемент Содержание в лигните, масс. % Содержание в золе, масс. %
Ge G,G2 G,23
Si 1,G 16,2
Al G,3 9,6
Fe G,6 S,7
Са G,1 1,6
К G,1 1,3
Ti G,1 1,2
Na < G,G2 G,4
Cr G,G2 G,3
Mg G,G3 G,3
V G,G1 G,33
Ni < G,G1 G,1
La, Sm, Sc, Y (в сумме) < G,G1 < G,1
На основании полученных данных можно заключить, что предложенная методика выполнения измерений может эффективно использоваться для элементного анализа лигнитов Красноярского края, являющихся перспективным сырьем для получения германия.
Библиографические ссылки
1. Claeys Cor L., Simoen E. Germanium-based technologies: from materials to devices. Berlin [etc.]: Elsevier, 2GG7. 449 p.
2. Состояние мировых рынков галлия и германия [Электронный ресурс]. URL: http://www.metalbu-lletin.ru (дата обращения: 13.G4.2G13).
3. ГОСТ 1G173-73 Угли бурые, каменные, антрациты, углистые аргиллиты и алевролиты. М. : Изд-во стандартов, 1973. S с.
References
1. Claeys Cor L., Simoen E. Germanium-based technologies: from materials to devices. Berlin [etc.] : Elsevier, 2GG7. 449 p.
2. Sostojanie mirovyh rynkov gallija i germanija. Available at: http://www.metalbulletin.ru.
3. GOST 1G173-73 Lignite and coal, anthracite, carbonaceous mudstones and siltstones. M. : Standards Publishing House, 1973. S p.
© Подкопаев О. И., Копыткова С. А., Балакчина Е. С., Грачёва М. А., Шиманский А. Ф., 2G14
4SG
