Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Кристаллохимия силикатов горелых отвалов Челябинского угольного бассейна

Работа №139927

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

геология и минералогия

Объем работы79
Год сдачи2022
Стоимость4970 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
28
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 1
Литературный обзор 3
Процесс техногенеза 3
Горение угля в мире 5
Челябинский угольный бассейн 7
Силикаты 13
Исследуемые силикаты 14
Методы 19
Спектроскопия комбинационного рассеяния 19
Методы дифракции рентгеновских лучей 20
Рентгеноспектральный метод микрозондового анализа 23
Проведение эксперимента 24
Образцы 24
Электронно-зондовый микроанализ 26
Спектроскопия комбинационного рассеяния света 27
Высокотемпературная терморентгенография 27
Рентгеноструктурный анализ 27
Результаты и интерпретация 29
Куспидин 29
Альбовит 34
Кутюхинит 39
Ритмит 45
Заключение 51
Список литературы 53
Приложение 59
Образец № 055Е-38 59
Образец № 054-367 62
Образец № 10 65
Образец № 0107-21А-8Г. 68
Образец № 055Е-27 71
Образец № 054-456

Исследование кристаллохимических особенностей техногенных силикатов, образовавшихся в уникальных условиях горелых отвалов Челябинского угольного бассейна, имеет важную роль в развитии кристаллохимии, минералогии, геологии, экологии и материаловедения.
Горение отвалов угольных бассейнов издавна привлекало внимание ученых, что связано в первую очередь с уникальностью условий, в которых происходит процесс минералообразования. К 80-м годам двадцатого века были детально изучены минеральные фазы горелых отвалов Кладно (Чехия), Восточной Пенсильвании (США), Донецкого и Львовского угольных бассейнов (Украина), но отвалы Челябинского угольного бассейна были абсолютно не затронуты. Минералогические исследования терриконов Челябинского угольного бассейна были начаты Б.В. Чесноковым в 1982 году и успешно продвигались его коллегами. За время работы было обнаружено более двухсот минералов и минералоподобных фаз, при этом 50 из них были описаны впервые. Восемь из них были утверждены как минералы: баженовит CaSs*CaS2O3*6Ca(OH)2*20H2O, годовиковит NH4(Al,Fe3+)(SO4)2, дмиштейнбергит Ca[AhSi2Os], ефремовит (NH4)2Mg2(SO4)3, рорисит CaClF, святославит Ca[AlSi2Os], сребродольскит Ca2Fe2Os и флюорэллестадит Ca10[(SO4)3(SiO4)3]6F2. В последствии долгое время Международная Минералогическая ассоциация (IMA) не признавала «антропогенные» минералы.
В настоящее время современное оборудование позволяет более детально изучить специфику минерализаций техногенных отложений. Техногенные процессы, протекающие в горелых отвалах Челябинского угольного бассейна, можно сравнить с природными процессами минералообразования: природные угольные пожары (Рават, Фан-Ягнобское месторождение угля, Таджикистан) и вулканические фумаролы (Толбачик, Везувий и другие). Значит, в схожих условиях мы можем наблюдать аналогичные образования минеральных фаз, что подчеркивает актуальность и значимость данных исследований. Стоит также отметить, что в настоящее время, согласно регламенту Международной Минералогической Ассоциации, если явление самопроизвольного возгорания угля является очевидным, то минералоподобные фазы можно утверждать, как новые минералы.
Главной целью данной выпускной дипломной работы является исследование кристаллохимических особенностей техногенных силикатов горелых отвалов Челябинского угольного бассейна.
Выделены следующие задачи, с помощью которых цель была достигнута:
- Анализ литературных данных;
- Отбор образцов поли и монокристаллов, необходимых для исследования;
- Исследование образцов методами рентгеновской дифракции, методами высокотемпературной терморентгенографии, методами КР и методами микрозондового анализа;
- Обработка экспериментальных данных и изучение структурных особенностей техногенных силикатов;
- Интерпретация результатов, в том числе, соотнесение с литературными данными.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В ходе написания выпускной квалификационной магистерской работы были освоены спектроскопические и дифракционные методы изучения кристаллической структуры вещества при комнатной и высокой температуре. Также были исследованы кристаллохимические особенности следующих техногенных силикатов: куспидин, альбовит, кутюхинит, ритмит.
Выполнены задачи, заключающиеся в:
- Анализе литературных данных;
- Отборе образцов поли- и монокристаллов, необходимых для исследования;
- Исследовании образцов методами рентгеновской дифракции, методами высокотемпературной терморентгенографии, методами КР и методами микрозондового анализа;
- Обработке экспериментальных данных и изучении структурных особенностей техногенных силикатов;
- Интерпретации результатов, в том числе, соотнесения с литературными данными.
В процессе исследования техногенных силикатов были получены следующие данные:
1. Для куспидина был получен химический состав и рассчитана эмпирическая формула, исследован спектр комбинационного рассеяния, изучена кристаллическая структура и составлены таблицы кристаллографических параметров куспидина, фигуры коэффициентов термического расширения, графики зависимостей изменения параметров элементарной ячейки от повышения температуры и уравнения аппроксимации температурных зависимостей параметров и объема элементарной ячейки куспидина.
2. Для альбовита также был получен химический состав и рассчитана эмпирическая формула, исследован спектр комбинационного рассеяния, изучена кристаллическая структура и составлены таблицы кристаллографических параметров альбовита, фигуры коэффициентов термического расширения, графики зависимостей изменения параметров элементарной ячейки от повышения температуры и уравнения аппроксимации температурных зависимостей параметров и объема элементарной ячейки альбовита.
3. Для кутюхинита был получен химический состав и рассчитана эмпирическая формула, исследован спектр комбинационного рассеяния, изучена кристаллическая структура и составлены таблицы параметров кутюхинита, фигуры коэффициентов термического расширения, графики зависимостей изменения параметров элементарной ячейки от повышения температуры и уравнения аппроксимации температурных зависимостей параметров и объема элементарной ячейки кутюхинита.
4. Для ритмита был получен химический состав и рассчитана эмпирическая формула, исследован спектр комбинационного рассеяния, изучена кристаллическая структура и составлены таблицы параметров ритмита.
Куспидин достаточно известный силикат кальция и в целом, наши исследования показали, что техногенная разновидность не имеет значительных отличий от природного куспидина, также термическое расширение кристаллической структуры куспидина является классическим для моноклинных структур.
Альбовит - техногенный аналог синтетического вещества схожего состава. В соответствии с регламентом IMA 2020 года альбовит можно рассматривать как новый минерал, так как горельники Челябинского угольного бассейна образовались в результате природного процесса самовозгорания.
Кутюхинит - техногенный аналог природного кумтюбеита, обнаруженного в ксенолитах в ингимбрите. Отмечено некоторое различие кутюхинита и кумтюбеита в химическом составе. В случае кумтюбеита в одну из позиций помимо F, входит гидроксильная группа, кутюхинит же является полностью F-разновидностью, хотя и в том и другом случае F является преобладающим, что позволяет рассматривать два данных минерала как идентичные. Спектр комбинационного рассеяния кутюхинита говорит о наличие (OH)-группы в высокочастотной области, однако спектр слабоинтенсивен, вероятно данный спектр можно отнести к примесной фазе. Обнаружение кутюхинита говорит о подтверждении признания техногенных минеральных фаз новыми минералами, так как природные аналоги существуют.
В случае ритмита согласно структурным данным и данным химического состава формула минерала отличается от формулы, полученной Б.В. Чесноковым, однако облик минерала, описанный им, его ассоциация и основные характеристики, включая сингонию и близость химического состава, позволяют нам косвенно подтвердить, что мы говорим об одном минеральном виде. Ритмит не имеет синтетических аналогов и кристаллохимические данные, полученные автором работы, являются абсолютно новыми. И также, как и в случае альбовита, ритмит может рассматриваться как новый минерал.
Таким образом, учитывая все вышесказанное, можно резюмировать, что цель поставленной магистерской дипломной работы была достигнута.



Ананьева Л. Г. Минералогия. Класс силикаты// ТПУ. 20116 77 с.
Боровский И. Б., Физические основы рентгеноспектральных исследований//М: МГУ, 1956, 463 с.
Брагина П. С. Самовозгарания угольных отвалов Кемеровской области // Вестник Кузбасской государственной педагогической академии. 2013, № 4, с. 57-64.
Бубнова Р. С., Фирсова В. А., Филатов С. К. Программа определения тензора термического расширения и графическое представление его характеристической поверхности (THETA TO TENSOR - TTT) // ФХС. 2013, т. 39, № 3, с. 347-350.
Вадило П. С. Подземный пожар в Центральном Таджикистане // Природа. 1958, № 8, с. 88-91.
Добрецов Н. Л., Кирдяшкин А. Г., Кирдяшкин А. А. Глубинная геодинамика// Новосибирск: СО РАН. 2001, 409 с.
Ермаков Н.П. Пасруд-Ягнобское месторождение углей и горящие копи г. Кан-Таг // К геологии каменноугольных месторождений Таджикистана / Под ред. А.Р. Бурачека и П.П. Чуенко. (Материалы Таджикско-Памирской экспедиции 1933 г., вып. XII). Химтеорет. 1935, с. 47-66.
Корженевский Н. Естественные печи на р. Ягнобе // Туркестанские Ведомости, 1913, № 154.
Мурашко М. Н., Пеков И. В., Кривовичев С. В., Чернятьева А. П., Япаскурт В. О., Задов А. Е., Зеленский М. Е. Секлит KAl(SO4)2: находка на вулкане Толбачик, установление статуса минерального вида и кристаллическая структура// Записки Российского минералогического общества. 2012, т. 141, № 4, с. 36-44.
Нишанбаев Т. П. Минералогия продуктов изменения углевмещающих пород в черных блоках горелых отвалов Челябинского бассейна// Архив института минералогии УрО РАН. 2001, 115 с.
Потапов С. С., Максимович Н. Г., Паршина Н. В. Минералы горелых отвалов Челябинского и Кизеловского угольных бассейнов// Минералы техногенеза. 2007, с. 52-63.
Романовский Г.Д. Геологический характер Сарваданского буроугольного образования в Зеравшанском округе // Записки Минералогического общества. 1882, ч. XVII, 282 с.
Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов/ под редакцией С. В. Калюжного// М: ФИЗМАТЛИТ, 2010, 528 с.
Смирнова Р. Ф., Руманова И. М. и Белов Н. В. Кристаллическая структура куспидина// Записки всесезонного минералогического общества. 1955, т. 84, с. 159-169.
Сокол Э. В. Минералообразование в процессах пирогенного метаморфизма// Архив института минералогии УрО РАН. 2003, 461 с.
Сокол Э. В., Максимова Н. В., Нигматулина Е. Н., Шарыгин В. В., Калугин В. М. Пирогенный метаморфизм// Новосибирск: СО РАН. 2005, 284 с.
Суворов Э. В. Материаловедение. Методы исследования структуры и состава материалов Юрайт. 2018, 180 с.
Треушников Е.Н., Илюхин В.В., Белов Н.В. Кристаллическая структура метастабильной фазы цементного клинкера Ca-хлорортосиликата Cas[SiO4]Cl2// Докл. Ан. СССР. 1970, 193(5), с. 1043-1051.
Чесноков Б. В., Михаль Т. А., Дерябина Т. Н. Типы техногенной минерализации отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы месторождений Южного и Среднего Урала. 1985, с. 47-58.
Чесноков Б. В., Баженова Л. Ф., Бушмакин А. Ф. Флюорэллестадит Cai0[(SO4),(SiO4)]6F2 - новый минерал// ЗВМО. 1987, № 6, с. 737-743.
Чесноков Б. В., Лотова Э. В., Павлюченко В. С., Усова Л. В., Бушмакин А. Ф., Нишанбаев Т. П. Святославит CaAl2S2O8 (ромбический) - новый минерал// ЗВМО. 1989, № 2, с. 111-114.
Чесноков Б. В., Лотова Э. В., Нигматулина Е. Н., Павлюченко В. С., Бушмакин А. Ф. Дмиштейнбергит CaAESi2O8 (гексагональный) - новый минерал// ЗВМО. 1990, № 3, с. 43-46.
Чесноков Б. В., Нишанбаев Т. П., Баженова Л. Ф. Рорисит CaFCl - новый минерал// ЗВМО. 1990, № 3, с. 73-76.
Чесноков Б. В. И Щербакова Е. П. Минералогия горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Наука. 1991, 152 с.
Чесноков Б. В., Баженова Л. Ф., Бушмакин А. Ф., Вилисов В. А., Лотова Э. В., Михаль Т. А., Нишанбаев Т. П., Щербакова Е. П. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. 1991, с. 5-14.
Чесноков Б. В., Баженова Л. Ф., Вилисов В. А., Крецер Ю. Л. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. 1992, с. 127-136.
Чесноков Б. В., Баженова Л. Ф., Бушмакин А. Ф., Вилисов В. А., Крецер Ю. Л., Нишанбаев Т. П. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. Сборник №1. 1993, с. 3-25.
Чесноков Б. В., Вилисов В. А., Баженова Л. Ф., Бушмакин А. Ф., Котляров В. А. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. Сборник №2. 1993, с. 3-36.
Чесноков Б. В., Вилисов В. А., Бушмакин А. Ф., Котляров В. А., Белогуб Е. В. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. Сборник № 3. 1994, с. 3-34.
Чесноков Б. В., Баженова Л. Ф., Бушмакин А. Ф., Котляров В. А., Вилисов В. А., Клюев А. Ю. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. Сборник №4. 1995, с. 3-28.
Чесноков Б. В. и Бушмакин А. Ф. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. Сборник №5.
1995, с. 3-22.
Чесноков Б. В., Рогачев А. В., Баженова Л. Ф. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. Сборник №6.
1996, с. 3-25.
Чесноков Б. В. Новые минералы из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Минералы и минеральное сырье Урала. Сборник №7. 1997, с. 5-32.
Чесноков Б. В. На горящих терриконах угольных шахт// Миасс, УрО РАН. 2005, 27 с.
Чесноков Б. В., Щербакова Е. П., Нишанбаев Т. П. Минералы горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// Миасс, УрО РАН. 2008,139 с.
Шарыгин В. В., Сокол Э. В., Белаковский Д. И. Фаялит-секанинаитовые паралавы Раватского угольного пожара (центральный Таджикистан)// Геология и геофизика. 2009, т. 50, №8, с. 910-932.
Щербакова Е. П. Низкотемпературные минерализации горелых отвалов Челябинского угольного бассейна// УрО РАН. 1989, 185 с.
Щербакова Е. П., Шанина С. Н., Мороз Т. Н., Маляренок М. Н., Садыков С. А. Аминокислоты в горелых отвалах Челябинского угольного бассейна// УрО РАН. 2007, 53 с.
Anthony J. W., Bideaux R. A., Bladh K. W. and Nichols M. C. Handbook of Mineralogy// Mineral Data Publishing. 1990.
Banerjee S. C. Spontaneous combustion of coal and mine fires// Oxford and IBH. 1981, pp. 165.
BRUKER-AXS Topas V4.2 General profile and structure analysis software for powder diffraction data. Karlsruhe, Germany. 2009.
Carras J. N., Day S. J., Saghafi A., Williams D. J. Greenhouse gas emmissioms from low- temperature oxidation and spontaneous combustion at open-cut coal mines in Australia// International Journal of Coal Geology. 2009, № 78, pp. 161-168.
Cech F. Rostite. A new name for orthorhombic Al(SO4)(OH)*5H2O//Neues Jahrbuch fur Mineralogy. 1979, pp. 193-196.
Cisowski M. S. and Fuller M. Cretaceous extinctions and wildfires// Science. 1986, v. 234, pp. 261-262.
CRYSALISPRO Software System, version 1.171.39.44//Rigaku Oxford Diffraction: Oxford, UK. 2015.
Dowty E. Vibrational interactions of tetrahedra in silicate glasses and crystals// Phys. Chem. Minerals. 1987, № 14, pp. 80-93.
Finkelman R. B. Potential health impacts of burning coal beds and waste banks// International Journal of Coal Geology. 2004, №59, pp. 19-24.
Frost R.L., Palmer S.J., Bouzaid J.M. and Reddy B.J. A Raman spectroscopic study of humite minerals// Journal of Raman Spectroscopy. 2007, 38, с. 68-77.
Galuskina I. O., Lazic B., Armbruster T., Galuskin E. V., Gazeev V. M., Zadov A. E., Perstev N. N., Jezak L., Wrzalik R., Gurbanov A. G. Kumtyubeite Ca5(SiO4)2F2 - a new calcium mineral of the humite group from Northern Caucasus American Mineralogist. 2009, v. 94, pp. 1361-1370.
Galuskina I. O., Vapnik Y., Lazic B., Armbruster T., Murashko M., Galuskin E. V. Harmunite CaFe2O4: A new mineral from the Jabel Harmun American Mineralogist. 2014, v. 99, pp. 965-975.
Gilbert M. R. Site selectivity of dopant cations Ca3(SiO4)Cl2// Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2014, № 75, pp. 1004-1009.
Gilbert M. R. Charge compensation in trivialent doped Ca3(SiO4)Cl2//MRS Online Proceeding Library. 2015, v. 1744, pp. 113-118.
Hamm H. M. and Hentschel G. Reinhardbraunsite, Ca5(SiO4)3(OH,F)2, a new mineral - the nature equivalent of synthetic “calico-chondrite”//Neues Jahrbuch fur Mineralogie. 2983, pp. 119-129.
Hawthorne F. C., Oberti R., Harlow G. E., Maresch W. V., Martin R. F., Schumacher J. C. and Welch M. D. Nomenclature of the amphibole supergroup. IMA report//American Mineralogist. 2012, v. 97, pp. 2031-2048.
Karimova O., Zadov A., Gazeev V and Ivaniva A. New data on reinhardbraunsite: New locality, properties and structure refinement//Proceeding of the International Geological Congress. 2008, Oslo.
Kirfel A., Hamm H. M. and Will G. The crystal structure of reinhardbraunsite, Ca5(SiO4)2(OH,F)2, a new mineral of the calico-chondrodite type//Tschermaks Mineralogishe und Oetrographische Mitteilungen. 1983, № 31, pp. 137-150.
Kobell von F. Tafeln Bestimmt. 1853.
Laetsch T. and Downs R. Software for identification and refinement of cell parameters from powder diffraction data of minerals using the RRUFF project and American Mineralogist crystal structure databases Abstracts from the 19th general meeting of the international mineralogical association. 2006.
Lapham D. M., Barns J. H., Downey W. J., Finkelman R. B. Mineralogy associated with burning anthracite deposits of eastern Pennsylvania Reports of the Commonwealth of Pennsylvania, Dept. of Environmental Resources, Bureau of Topographic and Geologic Survey, Mineral Resources. 1980, v. 78, pp. 1-82.
Lutterotti L., Vasin R. N., Wenk H.-R., Rietveld texture analysis from synchrotron diffraction images. I. Calibration and basic analysis//Cambridge University Press, 2014, v. 29, № 1, pp. 76-84.
Merlino S. and Perchiazzi N. Modular mineralogy of the cuspidine group of minerals// The Canadian Mineralogist. 1988, v. 43, pp. 1195-11202.
Momma K. and Izumi F. VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data// J. Appl. Cryst. 2011, № 44, pp. 1272-1276.
Moxon N. T. and Richardson S. B. The assessment of chemical inhibitors of self-heating in coal// International Conference on Coal Science (Australia). 1985, pp.487-490.
Nickel E. H. and Nichols M. C. IMA/CNMNC List of mineral names//Materials Data. 207, 307 p.
Onac B.P., Effenberger H., Ettinger K., Panzaru S.C. Hydroxylellestadite from Cioclovina cave (Romania): microanalytical, structural, and vibrational spectroscopy data// American Mineralogist. 2006, 91, с. 1927-1931.
Querol X., Izquierdo M., Monfort E., Alvarez E., Font O., Moreno T., Alastuey A., Zhuang X., Lud W., Wang Y. Environmental characterization of burnt coal gangue banks at Yangquan (China)// International Journal of Coal Geology. 2008, №75, pp.93-104.
Reuss F. A. Mineralogische Geographie von Bohmen, pp. 195.
Rossi M., Nestola F., Zorzi F., Lanza A., Peruzzo L., Guastoni A., Kasatkin A. Ghiaraite: A new mineral from Vesuvius volcano, Naples// American Mineralogist. 2014, №99, pp. 519-524.
Rost R. The minerals formed on burning heaps in the coal basin of Kladno// Rozpravy Ceskoslovenske Akademie Ved, Rada Matematico - Prirodnich Ved, XLVII, 1-7. 1937.
Rost R. Additions to the minerals formed on burning heaps in the coal basin of Kladno// Rozpravy Ceskoslovenske Akademie Ved, Rada Matematicko - Prirodnich Ved, LII 25, 1-4. 1942.
Saburi S., Kawahara A. and Henmi C. The refinement of the crystal structure of cuspidine// Mineralogical Journal. 1977, v. 8, № 5, pp. 286-298.
Sanders J., Veusz, 2003, https://veusz.github.io/.
Schmid T. and Dariz P., Raman Microspectroscopic Imaging of binder remnants in historical mortars reveals processing conditions// Heritage, 2019, v. 2, № 2, pp. 1662-1683.
Schuck G., Iwata A., Sasaki A., Himeda A., Konaka H., Muroyama N. PDXL structure analysis wizard// Acta crystallographica. Foundations of crystallography. 2011.
Sekanina J. Letovicit, ein neues Mineral und seine Begleiter/ Zeitschrift fur Kristalografie. 1932, №83, 1-2.
Sekanina J. Koktaite, a new mineral from the syngenite group// Prace Moravsko-Slezske Akademie Ved Prirodnich. 1948, pp. 208.
Sharygin V. V., Stoppa F. and Kolesov B. A. Cuspidine in Melilitolites of San Venanzo// Geology. 1995, v. 349, № 5, pp. 747-751.
Zacek V. Zonal association of secondary minerals from burning dumps of coal mines near Kladno// Acta Universitatis Carolinae, Geologica. 1988, pp. 315-341.
Zacek V. Natural occurrence of orthorhombic calcium acetate monohydrate// Casopis pro Mineralogii a Geologii. 1991, pp. 77-82.
Zacek V. Macroscopic silicate minerals - a product of pyrometamorphism of the waste pile of the Schoeller Mine in Kladno// Bulletin Mineralogicko-Petrologickeho Oddeleni Narodniho Muzea. 1997, pp. 214-218.
Zacek V., Recently formed secondary mineralization in waste piles and mines of the Kladno coal district// Bulletin Mineralogickeho Oddeleni Narodniho Muzea. 1998, pp. 161-175.
Zacek V. and Povondra P. New mineralogical data for rostite from Libusin// Neues Jahrbuch fur Mineralogie. 1988, pp. 479-480.
Zacek V. and Skala R. Mineralogy of Burning-Coal Waste Piles// Coal and Pear Fires: A Global Perspective. 2015, pp. 110-159.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.