CC BY
2Кроме 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
