Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Свойства, строение и получение кварца 11
1.1. Строение и формы кварца 11
1.2. Свойства кварца 18
1.3. Получение кварцевых концентратов 21
Глава 2. Методы и объекты исследования 36
2.1. Методы исследований 36
2.2. Объекты исследования 45
Глава 3. Минералого-технологические особенности кварцевых концентратов первомайского, миллеровского, мало-атлымского и ново-свободненского месторождений 48
3.1. Физические характеристики кварцевого сырья 49
3.2; Минералого-петрографический анализ 52
3.3. Определение газовых и жидких включений в кварцевом концентрате 54
3.4. Тонкие особенности кристаллической структуры кварца 60
Глава 4. Разработка технологии кварцевых концен тратов из первомайского, миллеровского, мало-атлымского и новосвободненского месторождений 70
4.1. Анализ обогатимости кварцевого сырья 70
4.2. Отработка технологической стадии промывки и классификации 76
4.3. Отработка стадии электромагнитной сепарации 79
4.4. Отработка технологической стадии оттирки 82
4.5. Характеристика полученных кварцевых концентратов 88
Глава 5. Свойства и характеристики стекла получен ного из кварцевых концентратов первомай ского, миллеровского, мало-атлымского и новосвободненского месторождений 91
5.1. Расчет и приготовление шихты 92
5.2. Варка стекла из полученных кварцевых концентратов 94
5.3. Свойства сваренных стекол 97
5.4. Тонкие особенности структуры ближнего порядка стекол 99
5.5. Исследование поверхности полученных стекол 103
Выводы 109
Литература 111
- Определение газовых и жидких включений в кварцевом концентрате
- Тонкие особенности кристаллической структуры кварца
- Отработка технологической стадии промывки и классификации
- Варка стекла из полученных кварцевых концентратов
Введение к работе
Кремнезем (кварц) - один из самых распространенных минералов в земной коре, породообразующий минерал большинства магматических и метаморфических пород. Практически все семейство минералов кремнезема используется в промышленности, науке и технике. Области его применения определяется вещественным составом, структурой, физическими свойствами и обогатимостью сырья.
Кварцевое (кремнеземистое) сырье относится к стратегическим видам минерального сырья. По сферам использования в промышленности оно подразделяется на плавочное сырье, кварц для варки стекол, шихтовый для синтеза монокристаллов, кристаллосырье - горный хрусталь и морион.
Пьезокварц применяют в качестве стабилизатора частот электромагнитных колебаний, в аппаратуре многоканальной телефонной связи, в приборах для измерения давления, в качестве кварцевых резонаторов.
Наиболее дефицитным является плавочное сырье - высокочистые кварцевые концентраты (особо чистый кварц), которые используются для изготовления однокомпонентного кварцевого стекла. Такое стекло обладает уникальной комбинацией химических, механических, термических и оптических свойств, которые обусловили его широкий спектр применения в различных приборах и процессах, где ему практически нет замены. Плавленый кварц производится путем плавления кварцевой крупки или высокочистого кварцевого сырья электродуговым способом и плазменной плавкой. Одно из направ-
лений плавленого кварца — светотехническая промышленность. Одно из важнейших его применений — волоконно-оптические телекоммуникации и производство волокна.
Основная часть кварцевого сырья используется для варки различных многокомпонентных стекол. Существует большое число сортов стекла, изготовляемых для различных целей. Варка стекла производится на основе кварцевого сырья, в котором доля примесей не превышает 2 - 3 %.
Главным потребителем стекла в настоящее время является строительная индустрия, а примерно треть производимого стекла идет на изготовление тары.
Актуальность темы. В связи с увеличением потребности в высококачественном кварце, истощением запасов традиционных его месторождений актуальна задача его получения, оценки качества и перспектив использования в промышленности недефицитного высококремнеземистого (кварцевого) сырья. В результате станет возможным расширение сырьевой базы стекольной промышленности России за счет использования сырья, считавшегося ранее не пригодным.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка технологических схем обогащения высококремнеземистого (кварцевого) сырья месторождений Первомайское, Миллеровское, Мало-Атлымское и Новосво-бодненское, а так же оценка использования полученных кварцевых концентратов в различных областях применения стекла. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- исследовать физические свойства кварцевого сырья из Первомайского, Мил-
леровского, Мало-Атлымского и Новосвободненского месторождений;
определить минералого-петрографический состав кварцевого сырья из Первомайского, Миллеровского, Мало-Атлымского и Новосвободненского месторождений методами микроскопии и минералогического анализа;
разработать технологию получения высококачественного кварцевого концентрата из сырья Первомайского, Миллеровского, Мало-Атлымского и Новосвободненского месторождений;
определить наличие собственных и примесных дефектов кварца, находящегося в концентратах, методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
Предмет и объект исследования. В качестве объектов исследования было выбрано кварцевое сырье четырех перспективных месторождений России. Это Первомайское месторождение (Липецкая область); Миллеровское месторождение (Ростовская область); Мало-Алтымское месторождение (Ханты-Мансийский АО); Новосвободненское месторождение (Республика Адыгея). Предметом исследования является вещественный состав кварцевого сырья выше указанных месторождений. Практическая значимость.
разработанная технологическая схема может быть использована для обогащения кварцевого сырья других месторождений с генетическим типом, подобным исследованным;
полученные кварцевые концентраты исследуемых месторождений пригодно для варки стекла, по своему качеству, не уступающему требованиям
промышленности для стекольной тары и парфюмерно-косметической продукции;
выявленные тонкие особенности кристаллической структуры кварца могут быть использованы для определения генетических условий минералообра-зования исследуемых месторождений, а также при типоморфном анализе;
дефекты и примеси, обнаруженные в структуре кварца методом ЭПР могут быть использованы в геохимии и геохронологии.
Научная новизна полученных результатов.
Определены физические и минералого-технологические особенности кварцевого сырья данных месторождений, отличающиеся по присутствию в них минеральных примесей (глинистые минералы, зернистые, пленочные, газовые и жидкие включения) и гранулометрическому составу.
Разработаны технологические схемы получения кварцевого концентрата, отличающиеся в виду специфики исследуемых месторождений от принятой стандартной (промышленной) схемы отсутствием флотации и включением классификации (-0,8 +0,1 мм) и позволяющие получать кварцевый концентрат, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к продуктам для изготовления изделий высокой светопрозрачности и ответственных изделий высокой светопрозрачности, применяемых в электронной технике, стекловолокна для электротехники и др.
Методом ЭПР в кварцах, представляющих генетический тип исследуемых месторождений обнаружены и изучены парамагнитные центры Ei,
Of, Ge /Li и А1-СГ, два последних из которых определяют предел обогатимо-сти по структурным примесям Ge и А1.
4. Методом ЭПР изучены стекла сваренные на основе полученных кварцевых концентратов. Обнаруженные линии спектров ЭПР отнесены к парамагнитным центрам Fe3+, Si02~ и 0~ влияющих на светопропускание стекла. На защиту выносится:
технологическая схема обогащения кварцевого сырья месторождений Первомайское, Миллеровское, Мало-Атлымское и Новосвободненское;
выявленные минералого-технологические особенности кварцевого сырья перечисленных месторождений;
данные о моделях парамагнитных центров в кварце, связанных с вакансиями кислорода - Ei, 0{~ ион-радикал, а так же примесными ионами А1-О- и Ge3+/Li;
результаты исследования газовых и жидких включений в кварцах;
данные о моделях парамагнитных центров (Fe3+, Si02~ и ОТ) в стеклах, сваренных из полученных кварцевых концентратов;
- влияние радиационного облучения на кварцевый концентрат и стекло.
Личное участие автора. Автор проанализировал состояние проблемы на
момент начала исследования, сформулировал его цель, осуществил выполнение экспериментальной работы, принял участие в разработке теоретических основ предмета исследования, обсуждении полученных результатов и представлении их к публикации.
Результаты диссертации опубликованы в 6 работах, из них 5 статей и 1 тезис.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной научной школы молодых ученых и специалистов "Проблема освоения недр в XXI веке глазами молодых" (Москва, 2006 г.), на Международной конференции "Промышленные минералы и научно-технический прогресс" (Москва, 2007 г.), на Международной конференции "Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики "АНТЭ-07" (Казань, 2007 г.), на Международной конференции «Стеклоконгресс - XXI» (Орел, 2007 г.), на Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы твердых полезных ископаемых" (Москва, 2008 г.), на Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2008 г.), на Международной научно-практической конференции «Обеспечение минеральным сырьем стекольной промышленности России. Состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы. Вопросы обогащения и переработки сырья» (Калуга, 2008 г.).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав. Первая глава посвящена обзору литературных и научных исследований по структуре, свойствам кварца и примесям. Во второй главе рассмотрены постановка задачи исследования, методы исследования, их характеристики и привязка объектов исследования. Третья глава посвящена изучению минералого-технологических особенностей кварцевого сырья различными ме-
тодами. В четвертой главе рассматривается общая технология получения кварцевого концентрата. В пятой главе исследуются структурные характеристики и физико-химические свойства сваренных стекол из полученного кварцевого концентрата.
Диссертация изложена на 118 странице м/п текста, содержит 33 рисунка, 25 таблиц и библиографический указатель из 71 наименований.
Определение газовых и жидких включений в кварцевом концентрате
Для комплексного изучения и оценки использования кварцевого сырья необходимо иметь ясное представление об основных технических требованиях к кварцевому сырью различного назначения. При получении кварцевого концентрата высокой чистоты существуют схемы очистки со специфическими тонкостями отдельных операций. В частности, это относится и к вскрытию газовых и жидких включений.
Газовые и жидкие включения могут присутствовать в кварце в виде микро- и субмикроскопических полостей. Исследования показали, что содержа ние газов в кварце может изменяться более чем в 50 раз - от 25-Ю"4 до 1400-10" 4 г/кг. Газовые включения по массе могут составлять в среднем 20 - 30 % от всего количества примесей в кварце [53]. Их отрицательное воздействие проявляется в нарушении однородности материалов и изделий, снижении свето-пропускания во всех областях спектра.
Для определения присутствия в кварцевых концентратах наличия газовых и жидких включений были проведены термические методы исследования. Термоаналитические кривые проведенных исследований представлены на рисунках 3.1 -3.4. Термоаналитические кривые (ТГ-ДТГ, ДСК) кварцевого концентрата Миллеровского месторождения
Исследование кварцевых концентратов классическими методами термического анализа (рис.3.1 - 3.4) показало достаточно идентичный характер их термического поведения. Для всех 4 образцов на ДСК- кривой при 576-577 С регистрируется эндотермический эффект, соответствующий полиморфному превращению а - кварца в (3 - кварц. Этот эффект классический пример полиморфного превращения, когда тепловые превращения в процессе перестройки кристаллической решетки не сопровождаются потерей массы. Отсутствие потери массы по ТГ-ДТГ кривым подтверждают это заключение.
Таким образом, классические методы термического анализа не выявили наличие каких-либо явно выраженных, термоактивных примесей. Изучения возможных газовых и жидких включений в кварцевом концен трате были исследованы комбинацией двумя другими методами - совмещение термогравиметрического анализа и Фурье ИК-спектроскопии. На рисунках 3.5 - 3.8 представлены результаты этих исследований.
Анализ конфигурации кривых выявляет аналогичное поведение для трех месторождений (рис. 3.5 - 3.8). Для этих месторождений в области 28 - 400 С регистрируется выделение паров воды.
Из этого ряда образцов выделяется образец кварцевого концентрата Но-восвободненского месторождения. Для него фиксируется выделение при нагреве газообразных СО, СО2 и НгО. Причем следует отметить следующее: а) выделение СО наблюдается до 350 С, б) СОг выделяется в интервале 28-600С, в) пары воды регистрируются практически во всем интервале исследования, г) отсутствие заметной в пределах чувствительности метода потери массы по ТГ-кривой позволяет сделать вывод о наличии ГЖВ в кварцевых концентратах только в следовых количествах.
Тонкие особенности кристаллической структуры кварца
Минералы примеси, входящие в состав кварцевого концентрата в значительной степени определяют принципиальную возможность и эффективность использования того или иного метода их извлечения. Структурные примеси в кварце методами обогащения не извлекаются и поэтому их количественная оценка позволяет устанавливать предельную чистоту сырья. В этой связи вызывает интерес исследование тонких особенностей кристаллической структуры кварца, в котором собственные и примесные дефекты связаны с условиями его минералообразования [54]. Структурные особенности кварца придают ему и ряд ценных физико-химических свойств, расширяющих круг его промышленного применения.
В кристаллической структуре кварца наблюдается значительное число дефектов, связанных с изоморфными примесями, вакансиями кремния и кислорода, междоузельными атомами и другими несовершенствами строения минерала, для изучения которых высокоэффективен метод ЭПР.
Наблюдаемые в кварце парамагнитные центры делят на следующие типы: 1) примесные: а) электронные (титановые, германиевые); б) дырочные (алюминиевые, с железом, атомарный водород); 2) с вакансиями: электронные (вакансии кислорода); б) дырочные (вакансии кремния). Классификация показана в таблице в 3.5 [55,56, 57]
Для каждого из этих типов наблюдаются подтипы и разновидности в зависимости от характера иона-компенсатора заряда в каналах (НҐ, Li+, Na+) и его положения, а также неэквивалентные положения, обусловленные наличием нескольких положений одного и того же центра, связанных элементами симметрии.
Наиболее распространенными в природных образцах кварца являются центры СГ-А1, Ті и 02 . Электронные центры Ті , Ge устойчивы при наличии компенсаторов М+ и неустойчивы в отсутствии их. Дырочные центры СГ-А1, наоборот, устойчивы без компенсатора и образуют неустойчивые разновидности в присутствии ІУҐ.
Для исследования методом ЭПР отбирался очищенный (обогащенный) кварцевый концентрат. Спектры ЭПР кварцевых концентратов снятых при Т = 300 К в диапазоне от 400 до 4000 гс идентичны и отличаются величиной интенсивности линий (см. рис 3.9 и ЗЛО). Они характеризуются наличием широ кой интенсивной линии, которая может быть связана с наличием в кварце минералов содержащих Fe3+ (по данным химанализа в исследуемых кварцевых концентратах содержится от 0,028 до 0,074 % Бе2Оз).
Спектры ЭПР снятые в диапазоне нахождения электронно-дырочных центров (см. рис. 3.11 и 3.12) также идентичны и характеризуются наличием линий относящихся к двум парамагнитным центрам: Е\ - центр с gn= 2,0022, gj = 1,999 и 02 центр с gn= 2,0076, gr= 2,0022 [58,59]. Е і - центр представляет собой собственный центр в кварце. Модель центра - электрон, захваченный вакансией иона кислорода. Ог молекулярный ион-радикал образуется из двух кислородов SiC 4 тетраэдра находящихся на одном ребре.
Облучение кварцевых концентратов рентгеновскими лучами при 300 К в течении 2 часов практически не изменяет вид спектра, увеличивая лишь интенсивность линий спектров ЭПР Е7] и Ог - центров (см. рис. 3.13 и 3.14). Исследование облученных кварцевых концентратов методом ЭПР при 300 К позволило кроме упомянутых выше парамагнитных центров обнаружить линии относящиеся к спектру парамагнитного центра Ge /Li. При 77 К в тех же образцах присутствуют линии спектра ЭПР, обязанные парамагнитному центру типа А1-СГ.
Парамагнитные центры Ge /Li и Al-O связаны с изоморфным замещением ионов Si4+ в структуре кварца ионами примесей Al + и Ge4+. Ион А13+ образуя связи с тремя ионами кислорода, оставляет некомпенсированным заряд четвертого иона, который компенсируется ионами Li+ и Na+, а иногда прото-ном. При радиационном облучении кварца несвязанный с А1 ион кислорода захватывает «дырку» и образует стабильный парамагнитный центр А1-СГ.
Ион Ge4+ образует связи со всеми четырьмя ионами кислорода Si04 тетраэдра. При радиационном облучении Ge4+ захватывает электрон. Компенсация избыточного электрического заряда осуществляется ионами щелочных элементов или протонами.
Определение концентрации ряда обнаруженных парамагнитных центров проводилось после облучения у-источником до определенной дозы. Результа ты ЭПР определений в облученных кварцевых концентратах приведены в таблице 3.6.
При регистрации спектров ЭПР учитывался многокомпонентный характер некоторых спектров, обусловленный его сверхтонкой структурой, а также наложение на линии ЭПР исследуемых центров других парамагнитных центров. Для измерения интенсивности сигнала ЭПР парамагнитного центра А1-СГ была выбрана линия с g-фактором, равным 1,9925 (Т=77 К); для парамагнитного центра Ge3+/Li - линия eg- фактором равным 1,9964. Спектры ЭПР обнаруженные в исследуемом кварцевом концентрате представлены на рис. 3.15.
Анализ выполненных исследований показал, что концентраты вышеуказанных месторождений кварцевого сырья характеризуются одинаковым набором парамагнитных центров, но с различной концентрацией. Это признак позволяет использовать результаты ЭПР исследований для типоморфного анализа и разработки технологических схем обогащения кварцевого сырья. Кроме того, выявленные тонкие особенности кристаллической структуры кварцевых зерен позволят определить генетические условия минералообразования кварцевого сырья данных месторождений.
Отработка технологической стадии промывки и классификации
Находящиеся в кварцевом сырье глинистые частицы часто налипают на зерна кварца, а иногда, слипаясь, образуют комочки. Для отделения их требуется, прежде всего, разрушить эти комочки и их связи с кварцевыми зернами с переводом всех составляющих во взвешенное состояние. При этом в соответствии со скоростью падения разных зерен, будут отделяться глинистые и другие тонкодисперсные частицы от основной массы зерен кварца. Поэтому промывка включает две операции: разрушение глиносодер жащей породы (водная дезинтеграция) и классификацию на глинистые и тонкодисперсные частицы, являющиеся отходами, и на кварцевый продукт. Большей частью эти две операции совмещают в одном аппарате.
Завершающий этап промывки заключается в отделении образованной глинистой суспензии от материала. Физическая сущность этой операции, основана в большинстве случаев на классификации частиц по крупности и плотности [60,61,62].
Так как в исходном кварцевом сырье исследуемых месторождений присутствует глинистая составляющая (от 1 % в Первомайском месторождении до 4,1 % в Новосвободненском месторождении), то промывка была обязательной стадией технологического процесса очистки кварцевого сырья.
Стадия классификации. Классификация применяется для удаления случайных примесей и крупнозернистых фракций с размерами зерен более 0,8 мм, тонких фракций мельче 0,1 мм, т.к. однородность зернового состава кварцевых зерен и их размер имеют большое значение для скорости провара сырья и снижения количества пороков в стекле. При большой разнородности зерен кварца плавка его сильно осложняется, мелкие зерна расплавляются быстрее и поэтому, когда масса мелких зерен уже превратилась в стекло, более крупные зерна еще не успевают раствориться, и изделие получается с «камнем» (непровар).
В нашем случае применялся ситовой метод классификации сухим способом, который с выделением продуктивной фракции (- 0,8 + 0,1 мм) позволил использовать большую часть исходного кварцевого сырья.
Использование стадии промывки с последующей за ней классификацией позволило значительно снизить содержание оксида железа в сырье всех месторождений в среднем на 60 %, что позволило получить концентраты марок ВС-030-1, ВС-050-1 и ВС-050-2 из кварцевого сырья Первомайского, Милле-ровского и Мало-Атлымского месторождений соответственно и концентрат марки ПБ-150-2 для Новосвободненского месторождения (см. табл. 4.4).
Возможность применения магнитной сепарации обусловлена присутствием в кварцевом сырье примесей обладающих определенным значением магнитной восприимчивости, что позволяет путем воздействия магнитных сил отделять их один от другого (сепарировать).
Процесс магнитной сепарации протекает в магнитном поле сепаратора, т.е. в его рабочем зазоре (в пространстве, где действуют магнитные силы); сама сепарация происходит в результате воздействия на зерна содержащихся в кварцевом сырье минералов магнитной, а также механических сил (сил тяжести, центробежной силы, сил трения, инерции и т. п.). Величина магнитной силы обусловливается свойствами минералов и особенностями сепараторов (значениями магнитной напряженности поля и т. д.).
Предварительно очищенный и высушенный кварцевый концентрат перед сепарацией рассеивался на классы крупности: - 0,8 + 0,63 мм; + 0,4 мм; + 0,315 мм; + 0,2 мм; + 0,16 мм; и + 0,1 мм. Каждый класс крупности сепарировался отдельно в сухом виде на электромагнитном сепараторе СЭМ-1. Напряженность магнитного поля составляла 1700мТ.
В таблице 4.5 приводится список минералов отбираемых в магнитную фракцию в процессе электромагнитной сепарации кварцевого сырья, а в таблице 4.6 выхода магнитных и немагнитных фракций.
Варка стекла из полученных кварцевых концентратов
Термический процесс, в результате которого смесь разнородных компонентов образует однородный расплав, называется стекловарением. Сыпучую или гранулированную шихту нагревают в печах, в результате чего она превращается в жидкую стекломассу, претерпевая сложные физико-химические взаимодействия компонентов, происходящие на протяжении значительного температурного интервала [66].
Варка стекол проводилась в лабораторной электропечи с карбид-кремневыми нагревателями в корундизовых тиглях объемом на 300 грамм шихты.
Скорость нагрева шихты помещенной в печь составила 250 С в час. В области температур от 1000 до 1100 С, в которой проходит реакция силикато-образования, температура стабилизировалась в течение часа. Затем следовал подъем температуры до 1550 С при которой делалась выдержка в течение двух часов. По завершении стеклообразования температура печи снижалась до 1300 - 1350 С и расплав выливался на графитовую плиту. При остывании и твердении стекломассы ее переносили в муфельную печь и отжигали при температуре 540 - 560 С (см. рис. 5.1).
Режим лабораторной варки стекла был выбран идентичным режиму варки в промышленных печах.
Визуальный осмотр выработанного и отожженного стекла показал, что шихта полностью проварилась, стекломасса осветлилась и не имеет пузырей воздуха (химический состав полученных стекол см. в табл. 5.3). Фазовый анализ исследуемых стекол полученных из кварцевых концентратов показал, что состав у всех идентичен и является ренгеноаморфным стеклоподобным веществом. На дифрактограммах (см. рис. 5.2) фиксируется широкий размытый рефлекс в области от 7 до 40 29, максимумом 3,7 А, амплитудой интенсивностью 160 имп./сек, с более пологим спадом интенсивности профиля в сторону больших углов.
Стекло и изделия на его основе применяют во всех областях современной науки и техники. В настоящее время стекольная промышленность имеет широкую номенклатуру конструктивных, отделочных и облицовочных материалов. Наиболее широкое применение нашло стекло для сортовой посуды. Технические требования, предъявляемые к ним регламентированы [67]. Марки сваренных стекол определялись на основе их физических свойств путем сравнения значений соответствующих параметров с указанными параметрами. Результаты исследований физических свойств сваренных стекол: температура коэффициента линейного расширения, плотности, общего светопропускания и водостойкости представлены в таблице 5.4. По данным полного химического анализа сваренных стекол также был проведен расчет его ряда теоретических свойств (см. таблицу 5.5) [68].
Предел прочности при сжатии. Расчетный метод определения прочности стекла при сжатии менее точен, чем для других его свойств: где ROK - предел прочности при сжатии, МПа; Pi, Р2,...Рх - содержание в стекле отдельных оксидов, % по массе; Ясжь Рчжь Ксжх - удельные прочностные коэффициенты компонентов.
Предел прочности при растяжении. Сопротивление стекла разрыву (в МПа) с приближением около 25% можно рассчитать по правилу аддитивности: где RP - предел прочности при растяжении, МПа; Рь Рг5---Рх содержание в стекле отдельных оксидов, % по массе; RPi, Rp2, ... Rpx — удельные прочностные коэффициенты компонентов.
Модуль упругости стекла. Упругие свойства стекла характеризуют модулем упругости Е или модулем Юнга. Чем больше модуль упругости Юнга, тем меньше деформация тела. где Е - модуль Юнга, МПа; Рь Р2,.. .Рх - содержание в стекле отдельных оксидов, % по массе; Еь Е2, ... Ех - удельные константы упругости компонентов. Теплоемкость. Определение теплоемкости по правилу аддитивности, используя коэффициенты Винкельмана и Реньо:
Актуальность исследований стекол структуры неупорядоченных, в том числе некристаллических (аморфных) твердых тел определяется их разнообразными физическими свойствами. Наряду с прямыми методами структурного анализа для получения сведений о структуре неупорядоченных тел привлекаются спектроскопические методы, в том числе ЭПР. ЭПР наиболее чувствителен к ближнему порядку, который в кристаллических веществах характеризуется континуальными нарушениями. Высокая разрешающая способность спектров ЭПР выражающаяся в возможности детектирования весьма слабых воздействий на атомы со стороны их соседей позволяет исследовать тонкие детали ближнего порядка.
В спектрах ЭПР стекол сваренных на основе кварцевых концентратов проявляется линия от примесного железа в составе шихты Fe с g=4,3 обязан-ная, в том числе и окислению Fe — Fe . Учитывая относительно малую ширину данной линии можно сделать вывод, что Fe3+ замещает в стекле позицию Si4+ в SiC 4 - тетраэдрах (рис. 5.3 и 5.4). Концентрации собственных парамагнитных центров (E7i и 02 ) наблюдаемых в кварце обнаружено не было, что свидетельствует в пользу оптимизации выбора технологических схем обогащения кварцевого сырья и режимов варки стекла.
Облучение рентгеновскими лучами данных стекол при 300 К в течении 3 часов позволило обнаружить сложный спектр ЭПР (рис. 5.5 и 5.6) свидетельствующий о наложении линий от разных парамагнитных центров [69,70]. Линия спектра ЭПР в облученных стеклах со значением g2=2,0036 характерна для кварцевого стекла и, по-видимому, принадлежит ион-радикалу Si02 . Линия спектра ЭПР в облученных стеклах со значением gi=2,0126 характерна для на-тривосиликатного стекла (при варке стекла в шихту добавлено 14 % ЫагСОз) и связано с дыркой локализованной на кислороде (О- центр).
