УДК 541.13 Ташполотов Ы., Садыков Э. Трансформация химических элементов в электродуговом разряде на примере базальтового расплава В статье приведены результаты экспериментальных исследований по изменению химического состава расплава базальтовой породы под действием электродугового воздействия. The results of experimental studies on changes in the chemical composition of molten basalt rock under the influence of electric arc exposure. Экспериментальные данные и теоретические положения о превращении химических элементов в электрическом разряде на примере алюминия-фосфора и о превращении фосфида алюминия в кремний опубликовано в [1,2]. Синтез химических элементов в электрическом разряде был зарегистрирован в [3].
В настоящее время известно, что новые химические элементы получают путем распада и синтеза ядер. Вместе с этим теория последовательного происхождения химических элементов в звездах включает процессы горения водорода, гелия, углерода, кислорода и кремния, реакции под действием нейтронов, α-процесс, s- и r- процессы, E- процесс, p-процесс, x-процесс. Данную теорию называют теорией синтеза элементов от простого к сложному.
В данной работе нами изучен [4] химический состав базальтовых пород Абширатинского месторождения (г.Кызыл-Кия), базальтового расплава и его волокон, полученные в электродуговой печи. Эксперименты проводились в лабораторной и промышленной рудотермической электродуговой установке, значение электрических параметров в которой находились соответственно в пределах I=100-150 А, U=30-70 В и I=1000-1500 А и U=60-65 В. В ходе экспериментальных исследований установлено, что при плавке базальта под действием электродугового разряда расплавленная горная порода разделяется на следующие слои:
- легкоплавкий (пена);
- базальтовый (компоненты базальтового волокна);
- тугоплавкий (металлические осадки).
Спектральные, фотоэлектрокалориметрические и титриметрические анализы позволили определить как химический состав базальтовой породы, так и каждого слоя базальтового расплава. Усредненные результаты, полученные различными методами[4-8], выполненных для "проб" различных состояний расплава базальта, представлены в таблице 1, согласно которому:
- в тугоплавком слое присутствуют в основном металлические компоненты (средняя плотоность 7700 кг/ м3 );
- в базальтовом – компоненты базальтового волокна (820 кг/м3 );
- в легкоплавком – оксиды (1330 кг/м3 ).
Таблица 1
Химический состав базальта Абширатинского месторождения при различных его состояниях
№, п/п
Химический элемент
Процентное содержание
1 состояние
(базальтовая порода)
2 состояние
(базальтовый расплав)
3 состояние
(базальтовое волокно)
1.
Mn
12 *10-2
8 *10-2
5 *10-2
2.
Ni
13,5*10-3
8 *10-2
7 *10-2
3.
Co
10,5*10-3
6*10-2
1,7*10-3
4
Ti
1,5
1,2
0,7
5.
V
3*10-2
2*10-2
7*10-2
6.
Cr
4*10-2
3*10-2
2*10-2
7
Mo
3*10-4
2,25*10-4
1*10-4
8.
Zr
13,5*10-3
12*10-3
10*10-3
9.
Cu
12*10-3
10,5*10-3
7*10-3
10.
0,7*10-3
0,5*10-3
0,5*10-3
11.
Ag
1*10-1
---------
----------
12.
1-3*10-3
---------
----------
13.
In
2*10-2
0,5*10-2
0,5*10-2
14.
2*10-4
1,7*10-4
1,2*10-4
15.
Ge
0,3*10-3
0.3*10-3
------
16.
Ga
9*10-3
9*10-4
5*10-4
17.
Ir
103*10-3
5,2*10-3
1,5*10-3
18.
Li
4*10-3
3*10-3
---------
19.
7*10-2
5*10-2
----------
20.
Sr
3*10-2
2*10-2
----------
21.
Ba
1,2*10-2
3*10-2
----------
22.
Be
2*10-4
4*10-4
----------
23
1,2*10-3
1,2*10-3
----------
24.
Sc
7*10-3
5*10-3
1,2*10-3
25.
SiO2
30
15
15
26
Al2O3
15
12
----------
27.
CaO
9
3
----------
28.
MgO
5
4
-----------
29.
Na2O
3
1,5
-----------
30
Fe2O3
4
3
Результаты фотометрических и химических анализов в отдельности нижнего и верхнего слоя базальтового расплава, полученные в промышленных условиях в АО «Базальт» г.Кызыл-Кия, показаны в таблице 2.
Таблица 2
Процентное содержание некоторых элементов в различных слоях расплавленного базальта
Fe
As
Тугоплавкий (нижний) слой
1,42
66,7
0,023
2,36
Верхний слой расплава (пена)
0,15
4,06
------
0,21
Исходя из данных фотометрических и химических анализов, приведенные в таблице 2 можно предположить, что, при выделении СО2 в процессе пиролиза базальтовой породы идут экзотермические реакции в интервале температур 500-1000 0С и из базальтового расплава улетучиваются смеси газов: SO2 , SO3 , CO , СО2 , Cl2 , NH3 . При этом за счет выделенных газов происходит частичное восстановление железа и других элементов. Экспериментально установлено, что вблизи нижнего электрода (катода) в основном концентрируются металлические элементы, а в верхней зоне за счет флотации всплывают оксидные легкоплавкие компоненты базальтового расплава. В экспериментах установлены, что с открытой зоны реактора улетучиваются в окружающую среду значительные количества легколетучих элементов (около 31%: 8,8 % -аммиачная вода, 6 % - серная кислота, 7 % - хлор, 9,2 % - другие компоненты), состав и температура которых определяются характером процесса.
Для анализа состава тугоплавкого сплава на благородные металлы, полученного при электродуговой плавке базальта, нами использован метод, предложенный в [9]. В основе данного метода положена легкая растворимость золота, серебра в расплавленном свинце. Полученные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3
Процентное содержание благородных металлов в различных слоях расплава при электродуговом воздействии на базальтовую породу
Базальтовая порода
Пена
Тугоплавкий сплав (нижний расплавленный слой)
Ag, %
1*10-1
-------
8,72
Au, %
--------
--------
0,4
Из таблицы 3 видно, что тугоплавкий сплав содержит в себя порядка 8,72% серебра, тогда как до электродугового воздействия процентное содержание серебра в базальтовой породе составляло всего около 0,1 %.
Анализ химического состава тугоплавкого металлического сплава и пены, полученные после электродугового воздействия на базальтовую породу представлены в таблице 4.
Таблица 4 Процентное содержание химических элементов в тугоплавком сплаве и пене, полученные после электродугового расплава базальтовой породы в промышленных условиях[4]
№, п/п
Тугоплавкий сплав
Пена
Химический элемент
Процентное содержание
Химический элемент
Процентное содержание
1.
Mn
3
Mn
0,5
2.
Ni
10
Ni
------
3.
Co
------
Co
0.002
4.
Ca
0.4
Ca
0.0009
5.
Ti
4
Ti
0.5
6.
V
1
V
0.015
7.
Cr
3
Cr
0.04
8.
Zr
0.015
Zr
0.001
9.
Cu
3
Cu
0.005
10.
0.015
0.0001
11.
Ag
8,72
Ag
0.00003
12.
0.4
0.0001
13.
Ge
0.004
Ge
--------
14.
In
0.004
In
--------
15.
7
0.05
16.
Fe
58,32
Fe
--------
17.
1.02
--------
18.
Zn
0.1
Zn
0.005
19.
I
0.003
20.
Ir
0.0003
21.
Li
0.007
22.
Sr
0.03
23.
Ba
0.03
24.
Be
0.0002
25.
Se
0.002
26.
SiO2
60
27.
Al2O3
13
28.
CaO
10
29.
MgO
1.2
30.
Na2O
2.0
31.
Fe2O3
4.0
Из таблицы 4 видно, что после электродугового воздействия процентное содержание химических элементов приведенные в табл.1, заметно изменились. Например, если марганец в базальтовой породе до электродугового расплава породы составляло 0,12 %, то в тугоплавком сплаве 3%, т.е процентное содержание этого элемента увеличился после электродугового воздействия в 25 раз, в то же время никель увеличился в 740 раз, серебро в 87 раз и т. д. Эти полученные данные свидетельствуют о том, что как и в [1-3], в процессе электродугового воздействия в расплаве породы, по-видимому, происходит трансмутация химических элементов.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие наиболее существенные выводы:
1. Наблюдаются увеличения содержания в расплаве базальтовой породы, таких элементов, как Mn, Ni, Са, Тi, V, Cr, Cu, Ag, Sn, P, Zn. Fe и др. Эти элементы кроме серебра и олова представляют группу сравнительно, близких по массе металлов.
2. Особенно относительно заметное увеличение проявляется для никеля, фосфора, меди и серебра, что подтверждаются с разными методами исследований.
3. В тугоплавком слое расплава появляются "посторонние" элементы, такие, как Au, As, не содержащееся в базальтовой породе.
Результаты известных экспериментов[1-3,10], достаточно убедительно свидетельствуют о возможности синтеза химических элементов при электрическом разряде, что подтверждаются нашими экспериментами в расплаве базальтовой породы. Наряду с этим эти результаты позволяют также по-новому подойти к пониманию проблемы формирования горных базальтовых пород и особенностей их метаморфизма.
На основании известных экспериментов[1-3,10] и полученных нами результатов, экспериментально наблюдаемые при трансформации химических элементов, основные закономерности взаимопревращения химических элементов можно сформулировать следующим образом:
1. Трансформация преимущественно происходит при сильном электродуговом воздействии на вещество;
2. Эксперименты с базальтовой породы Абширатинского месторождения показывают, что химические элементы трансформируются по определенной закономерности и статистический вес каждого элемента определяется конкретными условиями воздействия.
3. Трансформация химических элементов в основном происходит вблизи зоны нижнего электрода-катода.
Для объяснения трансформации элементов в качестве рабочей гипотезы нами была выдвинута гипотеза электроионизационно-нуклоного катализа (ЭИНК). Суть ЭИНК состоит в том, что нуклоны, электроны одного элемента может преодолевать энергетический барьер и вступать в связанное состояние с ядром атома другого элемента. В ходе экспериментов было установлено, что трансформация, а следовательно, и ЭИНК происходят только в области образования плазменного состояния вблизи нижнего электрода- катода.
Таким образом, вероятно, механизм образования заключается в том, что при переходе расплава базальтовой породы в молекулярно-кластерное состояние, практически возникает процесс самоорганизации и электроиницированные фазовые превращения химических элементов в расплаве. При этом под действием электродугового процесса в объеме расплава образуется высокотемпературная плазма, содержащая протонно-нейтронные пары, электроны и остатки неразложившихся атомов. Тогда, можно предположить, что, например, увеличение содержания никеля после электродуговой обработки происходит за счет перехода кобальта в никель по уравнению:
59Со +1Н = 60Ni +w , (1)
где w – выделяемая энергия.
А значительное увеличение содержания марганца объясняется переходом железо-марганец по уравнению:
54Fe + e- = 54Mn + w и т.д. (2)
Литература
Балакирев В.Ф., Крымский В.В., Болотов Б.В. и др. Под ред. Ф. В. Балакирева. Взаимопревращения химических элементов. Екатеринбург: УРО РАН, 2003.-95c.
Адаменко С.В. Концепция искусственно инициируемого коллапса вещества и основные результаты первого этапа ее экспериментальной реализации. Препринт лаб. Электродинамических исследований предприятия «Протон-21», Киев: Академпериодика, 2004.-36с., http://proton21.org.ua/articles.html.
3.Уруцкоев Л.И., Ликсонов В.И., Циноев В.Г. Экспериментальное обнаружение «странного» излучения и трансформация химических элементов. «Журнал радиоэлектроники», №3, 2000.-20с., http://jre.cplire.ru/jre/mar00/4/text.html.
Отчет о научно-исследовательской работе за 2001 год Центра стратегических исследований Кызыл-Кийского института технологии, экономики и права Баткенского государственного университета, Бишкек, 2001. – 121с.
Айдаралиев Ж., Ысманов Э., Ташполотов Ы. Физико-химические процессы электродуговой плавки базальтовых пород // Научно-технический журнал Ферганского политехнического института УР. 2000, №2, с.91-95.
Ысманов Ы., Ташполотов Ы., Айдаралиев Ж., Садыков Э., Жалилов Н. Теоретические основы пиролиза базальтовой породы // Наука и новые технологии, 2001, №1, с. 35-41.
Ормонбеков Т., Ысманов Э., Айдаралиев Ж., Ташполотов Ы. Продукты пиролиза горных базальтовых пород. // Наука и новые технологии, 1999, №4, с. 69-78.
Ташполотов Ы., Айдаралиев Ж.К. Определение химического состава магматических горных базальтовых пород. // Физика и техника. Сборник научных трудов, II – часть, вып. 2, Ош, 1999, с. 92-94.
Усубакунов М.У., Чукулова У.Э., Блешинский С.В. Комплексная переработка сурьмяного и пиритного концентратов, содержащих благородные металлы, хлорированием четыреххлористым углеродом // Наука и новые технологии, 2000, №2, с. 102-104.
Асанов У.А. Синтез соединений металлов в условиях низковольтного разряда в жидких диэлектриках. Фрунзе: Илим, 1978.- 286 с.
Поиск и синтез материалов с принципиально но_
выми свойствами сегодня приобретает основополага_
ющее значение для современной науки и техники. Это
обусловлено прежде всего тем, что создание новых ма_
териалов во многом предопределяет пути развития тех_
нологий в электронике, энергетике, медицине и в ряде
других областей науки и техники. Эти же причины ле_
жат в основе огромного интереса к развитию техноло_
гий наноматериалов в развитых странах. Российские
ученые также ведут исследования в этом направлении,
добившись, в частности, определенных успехов в раз_
работке физико_химических основ технологии синте_
за новых оксидных наноструктур [1–4]. Были получе_
ны материалы со свойствами, обеспечивающими по_
тенциально широкий спектр применения в современ_
ных научно_технических разработках.
В настоящей статье представлены результаты ис_
следований свойств ультрапористых оксигидрокси_
дов алюминия Al2O3
⋅n(H2O), полученных по техно_
логии, заключающейся в контролируемом селектив_
ном окислении бинарных жидкометаллических рас_
плавов. Рассмотрены перспективы создания широ_
кого спектра наноматериалов путем селективного
окисления металла на поверхности жидкометалли_
ческого расплава, содержащего активную и пассив_
ную компоненты по отношению к используемому
окислителю. Приведены наиболее перспективные Одним из примеров реализации данной техноло_
гии является новый способ получения ультрапористых
наноматериалов на основе оксида алюминия
Al2O3
⋅n(H2O) путем контролируемого селективного
окисления расплава Ga – Al водяным паром [3]. Рабо_
ты по развитию данной технологии ведутся уже более
15 лет. Созданы лабораторные установки для синтеза
ультрапористых оксигидроксидов алюминия и прове_
дены комплексные исследования физических и хими_
ческих процессов, сопровождающих процессы форми_
рования и роста нанооксидов. Продемонстрирована
хорошая воспроизводимость указанных процессов и
возможность их реализации в опытно_промышленном
масштабе. Получен патент РФ на изобретение
№2305659 «Способ получения аморфного мезопорис_
того оксигидроксида алюминия со слоисто_волокнис_
той микроструктурой».
В настоящее время при поддержке Федерального
агентства по науке и инновациям в рамках Федераль_
ной целевой программы «Исследования и разработки
по приоритетным направлениям развития научно_тех_
Общие требования
к осуществлению
жидкометаллической технологии
получения наноматериалов
и примеры ее реализации
Предлагаемый нами метод синтеза монолитных уль_
трапористых оксигидроксидов алюминия может быть
положен в основу жидкометаллической технологии
синтеза наноматериалов, обладающих волокнистой
структурой. Общие требования, выполнение которых
необходимо для реализации предлагаемой технологии,
сформулированы ниже:
_ В качестве металла_основы расплава могут быть
использованы нещелочные металлы, такие как
Ga, Hg, Pb, Bi, In и др. Высокая реакционная
способность щелочных металлов по отношению
к окислителям не позволяет использовать их в
качестве основы расплава.
области применения синтезированных наноматери_
алов.
нологического комплекса на 2007–2012 годы» выпол_
няются опытно_конструкторские и опытно_техноло_
гические работы по созданию участка для опытно_про_
мышленного синтеза данного материала. Целью ука_
занных работ является разработка технологии, обору_
дования и организация опытно_промышленного уча_
стка для синтеза новых ультрапористых наноматериа_
лов и создание на их основе инновационных изделий,
отличающихся повышенными технико_экономичес_
кими характеристиками (керамика, резинотехничес_
кие и композитные материалы, сорбенты, катализа_
торы, теплоизоляция, другие функциональные мате_
риалы). При этом будут решены следующие основные
задачи:
– доведение разрабатываемой технологии до ста_
дии завершенной опытно_конструкторской ра_
боты;
– создание опытных образцов технологического
оборудования для практической реализации
разрабатываемой технологии синтеза наномате_
риалов;
– реализация разрабатываемой технологии с про_
изводством установочной партии наноматериа_
лов.
К моменту написания статьи в рамках выполнения
вышеуказанных работ изготовлена, смонтирована и
сдана в эксплуатацию установка для синтеза ультрапо_
ристого оксигидроксида алюминия. Отработаны тех_
нологические параметры синтеза, и наработана опыт_
ная партия наноструктурного материала для проведе_
ния предварительных испытаний.
Дальнейшее развитие разработок по рассматривае_
мой тематике будет заключаться в расширении номен_
клатуры синтезируемых наноматериалов, их практичес_
ком использовании для создания новых типов керами_
4. New methods of porous oxide synthesis: alumina and alumina
based compounds, T. di Costanzo, A.A. Fomkin, C. Frappart,
A.N. Khodan, D.G. Kuznetsov, L. Mazerolles, D. Michel,
A.A. Minaev, V.A. Sinitsin, J._L. Vignes, Progress in advanced
materials and processes, Materials science forum, 453–454
(2004) 315–322.
5. Procede de preparation d’alumines hydratees monolithiques,
d’alumines amorphes ou cristallisйes, d’aluminates et de materiaux
composites par oxydation d’aluminium metallique ou d’alliage
d’aluminium, brevet (CNRS_CEA) publie sous le n° FR2847569
du 28.05.2004, inventeurs : J_L. Vignes, D. Michel,
L. Mazerolles, C. Frappart, T. di Costanzo, M. Beauvy.
6. К
⋅n(H2O), % мас.
Библиографическая ссылка
Ташполотов Ы., Садыков Э. Трансформация химических элементов в электродуговом разряде на примере базальтового расплава // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/5328 (дата обращения: 26.04.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF