Наноструктуры редкоземельных металлов в углях месторождения шубарколь
В.М. Юров1, Д.А. Ибрагимова2, В.С. Портнов1, А.Д. Маусымбаева1
1 Карагандинский технический университет
2 АО «Шубарколь Комир»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.736
Оригинальная статья
Аннотация: Редкие металлы углей месторождения Шубарколь имеют толщину поверхностного слоя около 3 нм, т.е. представляют собой наноструктуру. Толщина поверхностного слоя самого угля равна около 0,2 мкм, т.е. представляет собой мезоструктуру. Радиус поры в угольном веществе равен 30,6 нм, что соответствует мезопорам, а удельная поверхность угля равна 857 м2/г. Редкие металлы либо в виде
чистых примесей (~3 нм), либо в виде окислов (~7 нм), либо в виде органических примесей (~1-3 нм), свободно входят в мезопоры угля. Формы нахождения урана и редких металлов в углях Шубаркольского месторождения свидетельствуют о том, что их концентрирование в угле обусловлено ведущей ролью гидрогенного механизма. В слое d(I) все редкие металлы представляют собой нанолюминофоры, которые можно рассматривать как чувствительные молекулярные зонды для исследования структуры угля. Подчеркнуто, что влияние размерных эффектов на кинетику затухания
люминесценции и аномальную термализацию редких земель нетрудно получить экспериментально. Фрактальная размерность угля Шубарколя равна 2,60, что ниже, чем у антрацита – 2,74. В мезопористой структуре угля Шубарколя весьма развита адсорбция примесей редких металлов вследствие формирования на поверхности этих мезопор адсорбционных слоев, которые приводят к объемному заполнению этих пор путем механизма капиллярной конденсации.
Ключевые слова: поверхностный слой, редкий металл, наноструктура, мезоструктура, атомный объем, размерный эффект, угольное вещество, фрактал
- Юров Виктор Михайлович – к.ф.-м.н., доцент кафедры «Месторождения полезных ископаемых», Карагандинский технический университет
- Ибрагимова Динара Армияевна – сотрудник, АО «Шубарколь Комир»
- Портнов Василий Сергеевич – д.т.н., профессор кафедры «Месторождения полезных ископаемых», Карагандинский технический университет
- Маусымбаева Алия Думановна – к.т.н., доцент кафедры «Месторождения полезных ископаемых», Карагандинский технический университет
Ссылка на статью:
Юров, В.М. Наноструктуры редкоземельных металлов в углях месторождения шубарколь / В.М. Юров, Д.А. Ибрагимова, В.С. Портнов, А.Д. Маусымбаева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 736-746. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.736.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Хасанов, Р.Р. Редкоземельные элементы в визейских угольных пластах Волго-Уральского региона / Р.Р. Хасанов, Ш.З. Гафуров, А.Ф. Исламов // Ученые записки Казанского университета. Естественные науки. – 2010. – Т. 152. – Кн. 4. – С. 116-122.
2. Арбузов, С.И. Геохимия, минералогия и генезис редкометалльно-угольного месторождения в пласте XI на юге Кузнецкого бассейна / С.И. Арбузов, А.В. Вергунов, С.С. Ильенок и др. // Геосферные исследования. – 2019. – № 2. – С. 35-61. DOI: 10.17223/25421379/11/3.
3. Арбузов, С.И. Формы нахождения редкоземельных элементов (La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в углях северной Азии (обзор) / С.И. Арбузов, Р.Б. Финкельман, С.С. Ильенок и др. // Химия твердого топлива. – 2019. – № 1. – С. 3-25. DOI: 10.1134/S002311771901002X.
4. Сафонов, А.А. Микрокомпонентный состав углей Центрального Казахстана / А.А. Сафонов, А.Д. Маусымбаева, В.С. Портнов и др. // Уголь. – 2018. – № 9. – С. 89-94. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-9-70-75.
5. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента / В.М. Юров, С.А. Гученко, В.Ч. Лауринас // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 691-699. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.691.
6. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких кристаллов / В.М. Юров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 389-397. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.389.
7. Юров, В.М. Наноструктуры в тонком слое угольного вещества / В.М. Юров, К.М. Маханов, В.С. Портнов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 746-757.DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.746.
8. Yurov, V.M. Аnisotropy of the surface of carbon materials / V.M. Yurov,V.I. Goncharenko, V.S. Oleshko, M. Sha // Eurasian Physical Technical Journal. – 2021. – V. 18. – № 3(37). – P. 15-24. DOI: 10.31489/2021No3/15-24.
9. Дубинин, М.М. Капиллярные явления и информация о пористой структуре адсорбентов / М.М. Дубинин // В кн.: Современная теория капиллярности / под ред. А.И. Русанова и Ф.Ч. Гудрича. – Л: Химия. –1980. – С. 102-125.
10. Jasieńko, S. The properties and structure of carbonization and activation products of vitrites from hard coals of different rank / S. Jasieńko, C. Biegańska // 12-th Biennial Conference on Carbon: extended abstracts and program, July 1975, Pittsburg, Pennsylvania, – Pittsburg: The University of Pittsburgh, 1975. – P. 83.
11. Эттингер, И.Л. Изменения в пористой структуре ископаемых углей при их лабораторной и природной карбонизации / И.Л. Эттингер, Н.В. Шульман, В.С. Коган, К.Г. Бреславец // Химия твёрдого топлива. – 1974. – № 3. – С. 37-47.
12. Deng, H. Application of graphene-based materials in water treatment: mass transport and pollutants adsorption properties / H. Deng, P.Z. Sun, Y.J. Zhang, H.W. Zhu // Chinese Journal. – 2015. – V. 60. – I. 33. – P. 3196-3209. DOI: 10.1360/N972015-00709.
13. Москалец, М.В. Основы мезоскопической физики / М.В. Москалец. – Харьков: НТУ-ХПИ. – 2010. – 180 с.
14. Кутолин, С.А. Физическая химия мезоструктуры / С.А. Кутолин. – Новосибирск: Изд-во Chem. Lab. NCD, 2015. – 104 с.
15. Таусон, В.Л. Двойственные коэффициенты распределения микроэлементов в системе «минерал–гидротермальный раствор». III. Благородные металлы (Au, Pd) В магнетите и манганомагнетите / В.Л. Таусон, Д.Н. Бабкин, Т.М. Пастушкова и др. // Геохимия. – 2016. – № 2. – С. 165-181. DOI: 10.7868/S0016752516020060.
16. Бажукова, И.Н. Люминесцентные наноматериалы, допированные редкоземельными ионами, и перспективы их биомедицинского применения (обзор) / И.Н. Бажукова, В.А. Пустоваров, А.В. Мышкина, М.В. Улитко // Оптика и спектроскопия. – 2020. – Т. 128. – Вып. 12. – С. 1938-1957. DOI: 10.21883/OS.2020.12.50334.146-20.
17. Chen, X. Lanthanide-doped luminescent nanomaterials / X. Chen, Y. Liu, D. Tu. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2014. – XI, 208 p. DOI: 10.1007/978-3-642-40364-4.
18. Фенелонов, В.Б. Пористый углерод / В.Б. Фенелонов. – Новосибирск: НГУ. – 1995. – 518 с.
19. Мищенко, С.В. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства, применение / С.В. Мищенко, А.Г. Ткачев. – М.: Машиностроение, 2008. – 320 с.
20. Макаров, П.В. Нелинейная механика геоматериалов и геосред / П.В. Макаров, И.Ю. Смолин, Ю.П. Стефанов и др. – Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2007. – 235 с.
21. Мухин, В.М. Производство и применение углеродных адсорбентов / В.М. Мухин, В.Н. Клушин. − М.: РХТУ имени Д.И. Менделеева, 2012. – 308 с.
22. Oborin, V.A. Self-similar patterns of damage development and reliability assessment of AMg6 and D16T aluminum alloys under consecutive dynamic and gigacycle loading / V.A. Oborin, Y.V. Bayandin, D.A. Bilalov et al. // Physical Mesomechanics. – 2019. – V. 22. – I. 2. – P. 141-151. DOI: 10.1134/S1029959919020048.