Научная статья на тему 'УГЛЕРОДНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В ЗОЛОТОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ЯКУТИИ'

УГЛЕРОДНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В ЗОЛОТОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ЯКУТИИ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
9
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
золото / графен / наноуглеродные трубки / рамановская спектроскопия / редкоземельные элементы / куларит / монацит

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Москвитин Степан Григорьевич, Москвитина Людмила Викторовна

Проведено исследование углеродных образований в золотоносных месторождениях черносланцевых толщ Куларского района Якутии. Углеродные образования в россыпных месторождениях золота наблюдаются в виде оболочек редкоземельного минерала-куларита, Образцы исследовались на туннельном микроскопе NT-MDT Integra Spectra 2011. Методом рамановской спектроскопии показано, что оболочка редкоземельного минерала куларита из россыпных месторождений Куларского поднятия состоит из многослойных нанотрубок углерода. Наноуглеродные трубки, обладая высокими сорбционными свойствами способствовали накоплению редкоземельных минералов в ассоциации с россыпным золотом. Показано, что внутренние слои нанотрубок имеют графеноподобную структуру. Проведенные исследования показали, что россыпные месторождения куларита нужно рассматривать не только как источник РЗМ, но и наноуглеродные материалы, применяемые в технике.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Москвитин Степан Григорьевич, Москвитина Людмила Викторовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «УГЛЕРОДНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В ЗОЛОТОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ЯКУТИИ»

Кроме того, характеристика последнего претерпевает изменение в виде раздвоения пика, отражающее деструкцию материала. Изменение динамического модуля упругости у БП после экспозиции в течение 4 лет составляет не более 30%. Установлено формирование внутренних напряжений в материале и его рост от продолжительности климатического воздействия. Рост амплитуды внутренних напряжений проявляется в существенной разнице температур стеклования лицевой (солнечной) и оборотной (теневой) сторон образцов. При этом на освещенной поверхности напряжения релаксируют, а на теневой - накапливаются, что сопровождается снижением интенсивности перехода на динамическом модуле потерь.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FWRS-2024-0036 № 1023031300030-0-2.5.1 и FWRS-2024-0058 № 1023032800081-8-2.5.1;2.5.4;1.6.2).

Список литературы

1. ГОСТ Р 56753-2015. Пластмассы. Определение механических свойств при динамическом нагружении. Температура стеклования. М.: Стандартинформ, 2016. 11 с.

2. Старцев О. В., Литвинов А. А., Старцев В. О., Кротов А. С. Релаксация коэффициента линейного термического расширения базальтопластиков и их компонентов // Вестник Югорского государственного университета. 2009. № 2(13). С. 80-86.

УДК 549.21:553.411:553.541(211-17)(571.56) DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-271-275

УГЛЕРОДНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В ЗОЛОТОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ЯКУТИИ

Москвитин С.Г., Москвитина Л.В. Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова, г. Якутск

E-mail: [email protected]

Аннотация. Проведено исследование углеродных образований в золотоносных месторождениях черно-сланцевых толщ Куларского района Якутии. Углеродные образования в россыпных месторождениях золота наблюдаются в виде оболочек редкоземельного минерала-куларита, Образцы исследовались на туннельном микроскопе NT-MDT Integra Spectra 2011. Методом рамановской спектроскопии показано, что оболочка редкоземельного минерала куларита из россыпных месторождений Куларского поднятия состоит из многослойных нанотрубок углерода. Наноуглеродные трубки, обладая высокими сорбцион-ными свойствами способствовали накоплению редкоземельных минералов в ассоциации с россыпным золотом. Показано, что внутренние слои нанотрубок имеют графеноподобную структуру. Проведенные исследования показали, что россыпные месторождения куларита нужно рассматривать не только как источник РЗМ, но и наноуглеродные материалы, применяемые в технике.

Ключевые слова: золото, графен, наноуглеродные трубки, рамановская спектроскопия, редкоземельные элементы, куларит, монацит.

После того как в лабораториях мира были получены различные модификации углерода в виде графена, фуллерена ученые стали находить их в природе. Так был исследован минерал шунгит в Карелии (Россия). Показано, что шунгитовый углерод представляет собой окаменевшее вещество органических донных отложений высокого уровня карбонизации углерода с содержанием фуллереноподобных регулярных структур от 0,0001 до 0,001 мас. %. Известны сорбционные свойства фуллеренов [1, 2]. С этой точки зрения актуально исследование минералов в золотоносных месторождениях черносланцевых толщ Арктической зоны Якутии.

В конце 50-х годов прошлого столетия поисковыми геологическими работами в составе россыпных месторождений золота Куларского поднятия установлены промышленные содержания редкоземельного монацита. Содержание монацита в золотоносных песках месторождений варьирует в широких пределах. По данным разведочных работ в них содержания монацита в контурах золотоносных россыпей составляют: в торфах от 0,58 до 14,29 г/м3, в песках от 1,87 до 37,36 г/м3. Минерал распределен по всему разрезу аллювиальных отложений золотоносной долины. Контуры распространения редкоземельного монацита шире, чем золотоносные струи. Как правило, обогащенные монацитом струи располагаются в верхней части золотоносного пласта [3].

Промышленный интерес представляют отвалы с куларитом представляющие хвосты обогащения - эфельные отвалы, отработанных золотых россыпей, накопившиеся за почти 30-летний период работы комбината «Куларзолото». Вовлечение в промышленное использование редкоземельных россыпей Куларского района представляется весьма перспективной.

Целью данной работы является исследование углеродных образований в куларитах высокоразрешающими методами.

Для исследования отобранные зерна куларита размером менее 0,25 мм запечатывались в эпоксидные шашки. Всего исследовано в эпоксидных шашках 60 зерен.

Образцы исследовались на туннельном микроскопе NT-MDT Integra Spectra 2011. Условия съемок: длина волны 532 нм. Рассматриваемый диапазон 150-2500 см-1. Для определения фазового состава применялась рамановская спектроскопия. Идентификация минералов по ра-мановским спектрам проводилась по базе рамановских спектров интернет ресурса ruff-info. Данные СТМ обработаны по программе «Nova». Химический состав фаз исследовался микрорентгеновским анализом на микроанализаторе «JEOL JSM-6480 LV Scanning Electron Microscope».

Впервые монацит из россыпей Куларского района детально исследован И.Я. Некрасовым и Р.А. Некрасовой. Ими было определено, что минерал по составу является промежуточным между монацитом [CePO4] и хуттонитом [CaTh (PO4)]. Минералу по особенностям химического состава, физических свойств присвоили название - куларит_ [4].

Зерна куларита имеют слегка уплощенную округлую эллипсовидную (овоиды), реже комковатую форму с характерной (микрошагреневой) поверхностью Цвет темно-серый, зеленовато-серый до темно-коричневого и черного. По размерам зерен куларит около 99% сосредоточено в классах - 0,56+0,071 мм, причем более 70% в классе -0,28+0,14.

В куларите содержится 16-17 редкоземельных элементов, их суммарное количество составляет от 62,46 до 68,95%. В основном это элементы цериевой группы от 89,94 до 97,72%, а от 2,44 до 10,06% приходится на элементы иттриевой группы. Значимыми редкоземельными элементами в куларите являются церий 28,81-51,87%, лантан 5,42-31,33% и неодим 14,00-38,57%.

В пределах отдельных выделений куларита распределение РЗЭ достаточно однородное Нередко в выделениях минерала различаются фазы различающиеся переменчивым содержанием примесей других элементов, главным образом железа, титана, кальция и тория (табл. 1). Содержания тория в разных точках минерала составляют от 0,03 до 8,78, в среднее значение 4,07%. Остальные определения диагностируют зерна куларита достаточно однородного состава независимо от размеров выделений. По отсутствию и низкому содержанию Th, а также другим геохимическим признакам минерал относится к гидротермальному [5].

4

а

б

Рисунок 1 - а - зерно куларита в углеродистой оболочке Увел. х10; б - структура углеродистой оболочки куларита. Увел. х100. Сканирующий режим туннельного микроскопа

КТ-МБТ1п1евга8рес1га 2011

Состав зерен редкоземельного фосфата внутри зерна неоднороден и состоит из отдельных изолированных друг от друга зерен. Изредка наблюдаются зерна с содержанием тория. В СТМ голубым цветом выделяется силикомонацит. Светлые зерна имеют состав с преобладанием La,Ce,Nd (Рис. 1).

Сканирование при больших увеличениях показало многослойность оболочки, состоящей из сеток глобулярного углерода и церий содержащих карбонатных минералов (Рис. 1, а, б).

Рамановский спектр углеродных наноматериалов обычно содержит три основные полосы: G-полосa, D-полоса и 2D-полоса (иногда встречается в виде G'-полосы). G-полоса обычно находится вблизи 1582 см-1 и характеризует графен в плоскости колебательной моды Бр2 - данный параметр отображает степень кристаллизации материала. D-полосa обычно находится вблизи 1350 см-1 и отображает степень структурного беспорядка (неупорядоченность) вблизи края микрокристаллической структуры, который уменьшает симметричность структуры. 2D-полосa обычно находится вблизи 2700 см-1 (в зависимости от длины волны источника возбуждения) и отображает число слоев графена в исследуемом образце (рис. 2) [6, 7].

о

1200 1600 2000 2400 2800 Ратап эЫА: (ст1)

Рисунок 2 - Рамановский спектр углеродных наноматериалов

а б

Рисунок 3 - а - рамановский спектр оболочки куларита в т. 3; б - рамановский спектр внутри зерна куларита

Рамановский спектр куларита показывает углеродные пики в оболочке. Коллоидное состояние углеродного вещества дает смазанные пики (рисунок 3, т. 3). Отчетливо выделяется пик G c высокой интесивностью. В области 2700-2D также наблюдается искаженный пик характерный для графена. Такие рамановские спектры соответствуют многослойным углеродным нанотрубкам с элементами графена.

Внутри зерна рамановские спектры дают пики характерные для монацита -0.9 и 1.07 пики (ruff-info) и углеродные пики 1.35 и 1.58 по длине волны 103 1/см (Рис.36). Указанные пики характерны для графена, но нет пиков 2D характерных для искусственного графена. Такие пики характерны для углеродных нановолокон [7].

Углеродные нанотрубки, стенки которых состоят из листов графена, интересны для промышленного производства ввиду потенциальной возможности создания катализаторов с высокой удельной поверхностью в топливных элементах с добавлением различных функциональных групп [3]. Углеродные нанотрубки бывают двух типов: однослойные (одностенные; SWNT) и многослойные (многостенные; MWNT). Углеродные нановолокна, представляющие собой смесь углеродной сажи (аморфная) и углеродных нанотрубок, нашли свое применение в конструкционных материалах благодаря своей гибкости и износоустойчивости [8].

Выводы:

1. Методом рамановской спектроскопии показано, что оболочка редкоземельного минерала куларита из россыпных месторождений Куларского поднятия состоит из многослойных нанотрубок углерода;

2. Наноуглеродные трубки, обладая высокими сорбционными свойствами собрали в зерно различные виды лантаноидов и в процессе сноса и диагенеза при размыве горных пород сохранили целостность зерен;

3. Внутренние слои нанотрубок имеют графеноподобную структуру;

4. Проведенные исследования показали, что россыпные месторождения куларита нужно рассматривать не только как источник РЗМ, но и наноуглеродные материалы, применяемые в технике.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования

Российской Федерации (Рег. № 121032200044-3, научная тема FWRS-2021-0039).

1.

2.

Список литературы

Асхабов А.М., Юшкин Н.П. Кватаронный механизм генезиса кластерной самоорганизации некристаллографических форм наноструктур вещества. современные представления об образовании и росте кристаллов, о структуре и свойствах // Доклады РАН. 1999. Т. 368, № 1. С. 84-86.

Поваренных М.Ю., Матвиенко Е.Н., Кнотько А.В., Силаев В.И., Шаталова Т.Б., Асхабов А.М., Шумянцев А.В. Первая находка чешуек малослойного графена в парагенетической

ассоциации с другими углеродными наноразмерными фазами // Доклады РАН. Науки о Земле. 2020. Т. 495, № 1. С. 32-36.

3. Москвитин С.Г., Лебедев М.П., Москвитина Л.В. Минерально-сырьевая база редкоземельных металлов Якутии в Арктической части шельфа Северного Ледовитого океана // Труды VI евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для региона холодного климата: Т 2. Якутск, 2013. С. 156-164.

4. Некрасов И.Я. Новые данные о минерале из группы монацита-чералита-хутгонита // Доклады АН СССР. 1972. Т. 204, № 4. С. 941-943.

5. Schandl E.S., Gorton M.P. A textural and geochemical guide to the identification of hydrothermal monazite: criteria for selection of samples for dating epigenetic hydrothermal ore deposits // Economic Geology. 2004. V. 99. P. 1027-1035.

6. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структура углерода // Успехи физических наук. 1995. № 9. С. 32-36.

7. Wu J., Lin M., Cong X., Liu H., Tan P. Raman spectroscopy of graphene-based materials and its applications in related devices // Chemical Society reviews. 2018. Vol. 47, Issue 5. P. 18221873. DOI: 10.1039/C6CS00915H

8. Mo Y.L.; Roberts R.H. Carbon Nanofiber Concrete for Damage Detection of Infrastructure. In Maguire R. Advances in Nanofibers. InTech, 2013. DOI: 10.5772/57096

УДК 553.411:548.3 (574.4)

DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-275-279

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НАНОРАЗМЕРНОГО ЗОЛОТА В СУЛЬФИДАХ ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩ

Москвитин С.Г., Москвитина Л.В.

Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова, г. Якутск

E-mail: [email protected]

Аннотация. Исследованное месторождение в Северном Верхоянье (Якутия) является одним из крупных золоторудных месторождений России относится к золотосульфидному типу в углеродистых сланцах. Для вскрытия наноразмерного золота впервые применено комплексное химическое и ионно-плазменное травление сульфидной матрицы в среде кислорода и аргона, что обеспечило селективное вытравливание сульфидной матрицы. Проведено исследование методами сканирующей туннельной, атомно-силовой микроскопии морфологии и локализации нанозолота в сульфидах. Установлено, что включения наноразмерного золота распределены во всем объеме вмещающих сульфидов в самородном виде. Установлено, что деформационные процессы в сульфидах способствовали укрупнению золотин. Показано, что в арсенопиритахранней стадии золото находится в виде наноразмерных эмульсионных включений.

Ключевые слова: сульфиды, нанозолото, дислокации, блочность, химическое травление, ионно-плаз-менное травление, сканирующая туннельная микроскопия, рентгеноспектральный анализ.

В начале 70-х годов прошлого века в юго-восточной части Куларского поднятия Арктической зоны Якутии в углеродистых сланцах было разведано небольшое жильное месторождение с невысоким содержанием золота и сурьмы. По результатам разведочных работ месторождение было оценено как бесперспективное.

По результатам проведенных исследований, упомянутое выше, золото-сурьмяное месторождение было рекомендовано к переоценке на выявление, нового для Якутии, золото-сульфидного оруденения [1]. Развернутые в начале 80-х годов разведочные работы Янской геологоразведочной экспедицией ПГО «Якутскгеология» по переоценке месторождения привели к

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.