Неавтономные фазы на поверхности минеральных и неорганических кристаллов, и их роль в концентрировании элементов-примесей

• Автор: Липко, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

1.1. Особое состояние поверхностного слоя кристалла, методы его

исследования

1.2. Наноразмерные формирования на кристаллических поверхностях

понятие неавтономной фазы

1.3. Исследование механизмов формирования наноразмерных фаз

1.4. Варианты условий образования неавтономных фаз

1.5. Вывод

ГЛАВА 2. Методика эксперимента, объекты и методы исследования

2.1. Методика эксперимента

2.1.1. Опыты с порошками алюминия

2.1.2. Опыты с элементным золотом

2.1.3. Ростовые гидротермальные эксперименты
2.2. Объекты исследования
2.3. Методы анализа
2.3.1. Валовой анализ
2.3.2. Определение форм нахождения элементовпримесей
2.3.3. Анализ поверхности
ГЛАВА 3. Особенности образования поверхностных нанофаз на частицах дисперсного алюминия
3.1. Состав и свойства поверхности частиц дисперсного алюминия
3.2. Физикохимическое моделирование образования многослойных плнок на частицах дисперсного алюминия
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. Кислород и серосодержащие фазы на поверхности элементного золота
4.1. Золото как представитель неокисляемых благородных металлов
4.2. Эксперименты по получению окисленных наноразмерных слоев на поверхности элементного золота
4.3. Возможные механизмы окисления и роль неавтономных фаз
4.4. Серосодержащие нанофазы на поверхности элементного золота
4.5. Практические следствия для минералогии и геохимии золота, технологий извлечения благородных металлов
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. Пирротиноподобная неавтономная фаза на поверхности кристаллов пирита и концентрирование ею микроэлементов
5.1. История вопроса
5.2. Гидротермальный синтез пирита
5.3. Особенности применения методов РФЭС и ОЭС для диагностики форм нахождения элементов на поверхности кристаллов пирита
5.4. Неавтономная фаза на поверхности синтетического пирита
5.4.1. Состав поверхности по данным ОЭС
5.4.2. Данные РФЭС
5.4.3. Данные сканирующей зондовой микроскопии
5.4.4. Пирротиноподобная поверхностная нанофаза на синтетическом пирите
5.4.5. Распределение примесных элементов и влияние на него неавтономной фазы
5.5. Исследования природных пиритов
5.5.1. Образцы для исследования
5.5.2. Данные электронной спектроскопии и СЗМ
5.5.3. Неавтономные нанофазы на природных пиритах
5.6. Следствия результатов для процессов сокристаллизации примесных элементов, физикохимии минеральных поверхностей
5.7. Выводы
ГЛАВА 6. Поверхностные наноструктуры на кристаллах синтетического сфалерита
6.1. Выбор объекта
6.2. Синтез кристаллов сфалерита в системе Тп Ре 8 примеси Н Сб, Н в гидротермальных условиях.
6.3. Состав поверхности кристаллов сфалерита и распределение примесных элементов
6.4. Иерархические наноструктуры на поверхности кристаллов сфалерита
6.5. Выводы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Особую благодарность выражаю Борису Альбертовичу Логинову за обучение методам атомносиловой и туннельной микроскопии, а также к. Валерию Алексеевичу Бычинскому за ценную помощь и поддержку при написании диссертационной работы. Благодарю д. В.В. Акимова за консультации по физикохимическому моделированию, Ю. В. Щеголькова ЦНИГРИ за неоценимую поддержку на этапе аналитических исследований и лабораторных экспериментов, к. Э.Е. Лустенберг за содействие в математической обработке спектров, д. Кравцову Р. Г. и д. Гребенщикову В. И. за предоставление природного материала, Д. Н. Бабкина за помощь в гидротермальном синтезе, к. И.Ю. Пархоменко и Т. М. Пастушкову за помощь в аналитическом исследовании. ГЛАВА 1. Поверхность определяет многие свойства кристаллов неорганических и минеральных веществ. В последнее время формирование макроскопических периодически упорядоченных структур на кристаллической поверхности явилось объектом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований. Существует несколько причин повышенного интереса к этому явлению. Прогресс аналитической техники, развитие просвечивающей электронной микроскопии, сканирующей туннельной и атомносиловой микроскопии, позволили получать надежные данные по поверхностным структурам с характерной периодичностью им. Образование периодических упорядоченных структур на поверхности кристаллов полупроводников дает возможность сформировать квантовые наноструктуры, представленные квантовыми ямами, проволоками, точками. Эти объекты имеют необычные физические свойства и обладают перспективами для использования в различных областях современной техники, таких например, как активные среды полупроводниковых лазеров, квантовые точки повышают их эффективность, одноэлектрониые транзисторы и др. Для целей эффективной переработки минерального сырья явления на кристаллических поверхностях также представляют большой интерес. Так, иестсхиометрические слои на поверхности сульфидов влияют на процессы окисления, выщелачивания элементов с поверхности 2,3,4,5. Окисление металлов, находящихся в виде микро или поликристаллов, исключительно важно для вопросов производства и хранения этих порошков, используемых в порошковой металлургии, нанотехнологических разработках и г. Это может иметь интересные последствия для разработки новых сорбентов, а также для геохимии1 и минералогии, изучающих распределение химических элементов в природной среде. Многие авторы рассматривали так называемые размерные эффекты, которые влияют на свойства малых частиц, в частности полиморфизм 6, 7. Такой подход был широко распространен в XX веке. Он базировался на представлениях классической термодинамики и, рассматривая дисперсную систему как целое, не учитывал реальной структуры поверхности и происходящих на ней явлений на атомарном уровне и на уровне наноразмерных 0 нм кластерных и фазовых образований на поверхности Современные методы зондовой микроскопии, электронной спектроскопии и дифракции электронов дают такую возможность. Однако их применение к минеральным кристаллам все еще носит эпизодическийхарактер и относится в основном, к природным образцам, поверхность которых подвергалась длительным и малоизвестным послеростовым воздействиям. Поэтому изучать на этих объектах особенности фазообразования в поверхностных слоях очень сложно. Это лучше делать на синтетических кристаллах со свежими поверхностями, полученных в контролируемых и близких к природным условиях. Новые перспективы поверхностных исследований открываются в связи с обнаружением на поверхности минералов неавтономных фаз 8, 9. В настоящем исследовании используются характеристики модифицированных поверхностей кристаллов, полученные экспериментальным путем. В ходе работы проводился комплексный анализ поверхности с помощью сканирующей зондовой микроскопии, РФЭ0 и Ожеэлектронной спектроскопии. Полученные микроскопические изображения сопоставлялись с данными спектроскопии поверхности. Для диагностики форм нахождения примесей при низких концентрациях применялся метод атомноабсорбционной спектрометрии термовыхода элемента ААСТВ .