Научтруд
Войти
Категория: Нанотехнологии

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА КРАСНЫЙ ШЛАМ

Научный труд разместил:
Zhalabnas
16 сентября 2020
Автор: Капустина Галина Григорьевна

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 616.31-039.57:616.22-008.5 Дата направления в редакцию: 02-03-2020 Дата рецензирования: 03-03-2020 Дата публикации: 20-06-2020

Капустина Галина Григорьевна

Тихоокеанский государственный университет,

Хабаровск E-mail: g.kapustina@mail.ru

Римлянд Владимир Иосифович

Доктор технических наук Тихоокеанский государственный университет,

Хабаровск riml@fizika.khstu.ru

Kapustina Galina Grigoryevna

Pacific State University, Khabarovsk

E-mail: g.kapustina@mail.ru

Rimland Vladimir Iosifovich

Doctor of Technical Sciences Pacific State University, Khabarovsk

E-mail: riml@fizika.khstu.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА КРАСНЫЙ ШЛАМ

RESEARCH OF THE INFLUENCE OF CONTINUOUS LASER RADIATION ON RED SLUDGE

Аннотация (нарус). В статье показано, что при взаимодействии лазерного излучения на красный шлам, были обнаружены образования агломерированных кристаллических структур металлов.

Abstract (in Eng). The article shows that during the interaction of laser radiation on red sludge, the formation of agglomerated crystalline structures of metals was detected.

Посредством щелочного метода Байера при получении технического оксида алюминия (глинозема) из бокситов получаются отходы глиноземного производства - красный шлам. Он складируется на огромных промышленных отстойниках (в данном случае шламовых полях) в окрестностях глиноземных заводов. Содержание красного шлама может варьироваться в зависимости от качества и особенностей технической переработки боксита: 4055% Бе203, 14-18% А1203, 5-10% СаО, 5-10% БЮ2, 4-6% ТЮ2, 2-4% Ш20. Оксид железа придает ему красный оттенок. Опасность, которую несут в себе отходы алюминиевого производства, заключается как в высокой дисперсности, так и в остаточной щелочности. Как следствие, их хранение производится

в шламохранилищах, занимающих обширные площади. Шламу свойственна достаточно сильная щелочная реакция. Именно поэтому в настоящее время решаются вопросы о том, как его можно использовать в качестве сырья и планируется с его помощью модернизировать процесс и технологии утилизации.

Эксперименты были проведены с использованием иттербиевого оптоволоконного источника непрерывного лазерного излучения (Х=1070 [нм]) ЛС-06 мощностью 600 [Вт].

Исследуемым образцом был выбран красный шлам с уральских месторождений. 2 группы образца были равномерно распределены по поверхности закрепленной графитовой пластины. После этого с установленной соответствующей мощностью излучения лаЕСТЕСТБЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НЛЖИ. N 1. 2G2G Г.

7

зера облучили образец. Во время обработки образца графитовая пластина перемещалась со скоростью 1мм/с.

С мощностью излучения в 6G-15G [Вт] смогли получить сферические спеки, размеры которых составляли 1-2 [мм]. С мощности излучения 200-300 [Вт] наблюдали яркое горение, и диаметр спеков увеличился (З - З,5 [мм]).

Структура образцов до и после лазерной обработки была исследована с использованием растрового электронного микроскопа LEO EVO 4GHV производителя Carl Zeiss (Германия). Локальный химический анализ был проведен на ЭДС INCA ENERGY Х-МАХ производителя Oxford (Англия).

Наномасштабность данных о количественном распределении химических элементов в исследуемых образцах была получена благодаря локализации зондирующего электронного пучка с диаметром 20-30 [нм] и с глубиной проникновения 1 [мкм]. Чувствительность была равна 0,1%. Исходя из изображения электронного микроскопа можно сделать вывод, заключающийся в том, что первоначальный и Изображения электронного микроскопа позволяют сделать вывод, что у исходного и облученного образцов разная фазовая микронеоднородность (рис. 1).

Рис. 1. Исходный образец красного шлама

В ходе исследований фазовой микронеоднородности посредством метода растровой электронной микроскопии было установлено, что в состав исходного образца входят железо, кислород, алюминий, кремний и другие элементы (табл.1).

Табл. 1. Химический состав исходного образца

Элемент Fe O Al Si S Ca Ti

Вес.% 57.02 З1.10 4.41 2.4З 1.89 1.84 1.З1

Образцы вследствие обработки лазером представляли собой неоднородные спеки. Фазы с более высоким средним атомным числом выражены в более ярком контрасте по сравнению с фазами с меньшим атомным числом, рис. 2.

Получили растровые изображения объектов исследования и определили элементный состав спеков, которые были получены в процессе лазерной обработки 100 - 300 [Вт].

Выявили образование агломерированных кристаллических структур золота (1,2 микрона), гафния (5-6 микрон) и других металлов (рис.3, 4) Их наличие не было замечено в исходных образцах.

Результатом лазерного воздействия на красный шлам стала регистрация образования агломерированных кристаллических структур металлов (золота, циркона, гафния и других металлов). Подобные выводы были сделаны в процессе взаимодействия лазерного излучения с магнетитами и высокоглинистыми алюмосиликатными образцами [1-3].

8

ВЕСТИ НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ.

Рис. 2. Образцы красного шлама после лазерного облучения мощностью а - 200 Вт, б - 300 Вт.

Рис. 3. Спек красного шлама при мощности излучения 100 Вт

Спектр 9 Вес.%

...... 1 | 1

Рис. 4. Спек красного шлама при мощности излучения 200 Вт

ЕСТЕСТБЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАЖИ. N 1. 2020 Г.

9

Библиография

1. Капустина, Г.Г. Исследование нелинейных эффектов при взаимодействии лазерного излучения с минеральными средами / Г.Г. Капустина, Н.Л. Швец, Н.А. Леоненко, Е.А. Ванина // Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование: Материалы XII региональной науч. конф., Хабаровск, 28-31 октября 2013 г. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. - С. 124-129.
2. Капустина, Г.Г. Исследование нелинейных эффектов при взаимодействии лазерного излучения с горными породами и минеральными средами / Г.Г. Капустина, Н.Л. Швец, Н.А. Леоненко // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Физика». - 2013. № 37.- С. 22-30.
3. Леоненко, Н.А. Воздействие лазерного излучения на золотосодержащие дисперсные среды и моделирование температурного поля процесса лазерной агломерации / Н.А. Леоненко, Е.А. Ванина, А. А. Гальцов, Г.Г. Капустина, Н.Л. Швец // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2010. - №5-2 (283). - С. 83-89.test

References (transliterated)

1. Kapustina, G.G. Issledovanie nelinejnyh effektov pri vzaimodejstvii lazernogo izlucheniya s mineral&nymi sredami / G.G. Kapustina, N.L. Shvec, N.A. Leonenko, E.A. Vanina // Fizika: fundamental&nye i prikladnye issledovaniya, obrazovanie: Materialy XII regional&noj nauch. konf., Habarovsk, 28-31 oktyabrya 2013 g. -Habarovsk: Izd-vo Tihookean. gos. un-ta, 2013. - S. 124-129.
2. Kapustina, G.G. Issledovanie nelinejnyh effektov pri vzaimodejstvii lazernogo izlucheniya s gornymi porodami i mineral&nymi sredami / G.G. Kapustina, N.L. Shvec, N.A. Leonenko // Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Fizika». - 2013. № 37.- S. 22-30.
3. Leonenko, N.A. Vozdejstvie lazernogo izlucheniya na zolotosoderzhashchie dispersnye sredy i modelirovanie temperaturnogo polya processa lazernoj aglomeracii / N.A. Leonenko, E.A. Vanina, A. A. Gal&cov, G.G. Kapustina, N.L. Shvec // Fundamental&nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii. - 2010. - №5-2 (283). - S. 83-89.test

© /.&/.& Капустина, В.И. Римлянд, 2020

Ссылка на статью: Капустина Г.Г., Римлянд В.И. - Исследование воздействия непрерывного лазерного излучения на красный шлам // Вести научных достижений. Естественные и технические науки -2020. - №1. - С. 6-9. DOI: 10.36616/2687-1335-2020-1-6-9 URL: https://www.vestind.ru/journals/architecture/ releases/2020-1/articles?Viewpage=6

Красный шлам лазерное излучение агломерированные кристаллические структуры red sludge laser radiation agglomerated crystalline structures