Изучение парамагнитных свойств горных пород (пирит, арсенопирит, халькопирит и магнетит) при высоких температурах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение парамагнитных свойств горных пород (пирит, арсенопирит, халькопирит и магнетит) при высоких температурах.

магнитный железосодержащий горный порода

Кувандиков О.К., Шакаров Х.О., Шодиев З.М., Музаффаров А., Амонов Б.У., Нуримов У.Э., Каримов О.И.

Физика магнетизма способна предсказать магнитные свойства материалов по их структуре; это относится и к горным породам. Однако такой подход не оптимален: он требует глубокого изучения структурных характеристик вещества, что недоступно в геофизических исследованиях. С другой стороны, измерения магнитных свойств горных пород не представляют затруднений даже при большом числе образцов. Природа магнетизма горных пород и характеристику факторов, определяющих закономерности распределения магнитных свойств различных горных пород, необходимо дополнить эмпирическими данными для наиболее распространенных минералов горных пород и руд, которые вызывают магнитные аномалии [1].

Магнитные состояния горных пород и руд представляют отдельный интерес для физики магнитных явлений, так как, в связи со сложной кристаллической структурой, магнитные структуры этих минералов необходимы для понимания их ключевых особенностей. Имеется мало экспериментальных данных о магнитных свойствах и электронной структуре минералов горных пород при высоких температурах. Парамагнитное состояние этих соединений к сегодняшнему дню почти не изучено.

Целью настоящей работы является определение основных магнитных характеристик железо содержащих минералов пирита (FeS₂), арсенопирита (FeAsS), халькопирита (CuFeS₂) и магнетита (Fe₃O₄), входящих в состав горных пород Узбекистана, методом измерения температурной зависимости их магнитной восприимчивости [] в интервале высоких температур 20-1200⁰С.

Магнитная восприимчивость измерялась методом Фарадея с помощью высокотемпературных маятниковых весов [2]. Максимальная относительная ошибка измерения не превышала 3%. Образцы горных пород (минералов) получены из Центральной научно-исследовательской лаборатории Навоинского горно - металлургического комбината.

Зависимости для пирита и арсенопирита измеряли в интервале температур 20-800⁰С, халькопирита в 500-900⁰С, а магнетита 580-1200⁰С. Результаты измерений в виде зависимости приведены на рисунке. Из рис. видно, что это зависимость для пирита (график 1) имеет сложный характер: в интервале температур 20-450⁰С слабо увеличивается линейно; уменьшается и увеличивается, соответственно при 450⁰С и 500⁰С слабым скачком; увеличивается в интервале температур 510-570⁰С-линейно, при 570⁰С - скачком, а в интервале температур 570-670⁰С - линейно; при 670⁰С уменьшается скачком, а затем увеличивается линейно. Линейный

Температурные зависимости изученных соединений пирита, арсенопирита и халькопирита. (Значения для образца 2 находится вычитанием г^. см^-3).

характер зависимости пирита в интервалах температур 510-560⁰С, 570-660⁰С и 670-770⁰С свидетельствует о том, что эти зависимости подчиняются закону Кюри-Вейсса:

 , (1)

где С - постоянная Кюри-Вейсса; парамагнитная температура Кюри.

Анализ зависимости арсенопирита (график 2) показывает следующее: увеличивается линейно с ростом температур в интервалах температур 20-480⁰С, 490-550⁰С, 560-680⁰С и 680-750⁰С; при 480⁰С и 550⁰С - скачком, а при 680⁰С уменьшается тоже скачком. Линейный характер зависимости арсенопирита в вышеуказанных интервалах температур свидетельствует о том, что эти зависимости подчиняются закону Кюри-Вейсса в виде (1).

Зависимость для халькопирита измеряли в интервале температур 500-900⁰С, а магнетита - 600-1200⁰С. Анализ зависимости халькопирита и магнетита (график 3, 4) показал, что они по сравнению с зависимостями пирита и арсенопирита имеют более простой характер: халькопирита растет линейно в интервалах температур 600-800⁰С, 800-900⁰С, при 800⁰С уменьшается скачком. магнетита в интервалах температур 580-960⁰С, 960-1200⁰С растет линейно при 960⁰С уменьшается скачком. Это свидетельствует о том, что зависимости халькопирита и магнетита, в указанных интервалах температур тоже подчиняются закону Кюри-Вейсса в виде (1).

Аномальные изменения на экспериментальных зависимостях исследуемых образцов можно объяснить магнитными и структурными (полиморфными) переходами, приходящиеся в подрешетке железы этих образцов [3-5]. Эти переходы своеобразно отражается и на зависимостях изученных железосодержащих соединений в зависимости от температуры и состава слабомагнитных элементов (As, S, Cu, O). Следовательно, аномальные изменения на зависимостях изученных образцов происходят из-за магнитных и структурных фазовых переходов, происходящих в них при определенных температурах: В пирите при 500⁰С происходит магнитный фазовый переход ферромагнит-парамагнит, а при температурах 570⁰С и 670⁰С, соответственно, структурные переходы и . В арсенопирите при 480⁰С происходит магнитный фазовый переход ферромагнит-парамагнит, а при 550⁰С и 650⁰С, соответственно, полиморфные переходы и ; В халькопирите при 800⁰С, а в магнетите при 960⁰С происходит структурный переход .

Применением метода наименьших квадратов на экспериментальные зависимости изученных образцов рассчитывали их парамагнитные характеристики , магнитный момент приходящийся на химическую формулу и эффективный магнитный момент приходящийся на один атом железа . Результаты расчетов приведены в таблице. Данные для чистого железа получены из [5]. Анализ табл. показывает, что значении магнитные характеристики и ) изученных соединений меньше, по сравнению с значениями магнитными характеристиками чистого железа. Это можно объяснить увеличением расстояния между магнитными ионами железа, находящихся в узлах подрешетки изученных соединений. Это происходит присутствием слабомагнитных элементов в кристаллических решетках их соединений. Благодаря именно этой причине уменьшается магнитное обменное взаимодействие электронов 3d- оболочки ионов железа, ответственные за возникновение магнитного упорядочения изученных соединений. является энергетической мерой этого взаимодействия.

На основании полученных результатов в работе можно сделать следующие выводы:

1. Впервые при высоких температурах измерено зависимости железосодержащих соединений (минералов) FeS₂, FeAsS, CuFeS₂, Fe₃O₄. Установлено, что эти подчиняются закону Кюри-Вейсса.

2. По экспериментальному зависимости изученных минералов определены их основные парамагнитные характеристики. Установлено, что слабомагнитные элементы S, As, Cu, O уменьшают магнитные характеристики железа.

Литературы

1. А.В. Ладынин. Физические свойства горных пород. Новосиб. Гос. Унив-т. Новосибирск. 2010. -101 с.

2. Кувандиков О.К., Шакаров Х.О., Иргашев К.М. // В сб.: Оптико-акустические, электрические, магнитные исследования конденсированных сред. -Самарканд. 1982. -с. 122-130.

3. Невзорова Э.Г., Гельтеков Б.П., Раводский И.З., Гельд П.Б. Магнитная восприимчивость никеля и железа при высоких температурах // Изд. вузов. Черная металлургия, 1972, №9. сс. 105-109.

4. Довгополь С. Г., Радовский И.З., Гельд П.В. Влияние плавления на магнитных характеристики, железа, кобальта и никеля. 1973, Т.212, №1. сс. 83-85.

5. O.K. Kuvandikov, H.O. Shakarov, D.A. Sayfullayeva, M.K. Salakhitdinova. Investigations of magnetic proporties of compounds of rare-rarth metals mith metals of the iron group in the range of the solid-liquid Pahase transition // The Physics of Metals and Metallography. 2002, vol.93, Suppl. 1, pp.548-553.

Размещено на Allbest.ru