АТОМИСТИЧЕСКОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ СМЕШЕНИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ЦИРКОН ZrSiO4 — МОНАЦИТ LaPO4 И ЦИРКОН ZrSIO4 — КСЕНОТИМ YPO4

УДК 548.4

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.38.03.047

Гречановский А.Е. 1, Еремин Н.Н. 2

1 Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины

03680, г. Киев-142, Украина, пр. Акад. Палладина, 34

E-mail: grechanovsky@gmail.com

2 Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. проф. образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова"

119992, ГСП-2, г. Москва, Россия, Ленинские горы, 1

E-mail: neremin@geol.msu.ru

АТОМИСТИЧЕСКОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ СМЕШЕНИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ЦИРКОН ZrSiO4 — МОНАЦИТ LaPO4 И ЦИРКОН ZrSIO4 — КСЕНОТИМ YPO4

Язык: русский

Минералогический журнал 2016, 38 (3): 47-55

Аннотация: Термодинамические свойства смешения твердых растворов циркон ZrSiO4 — монацит LaPO4 и циркон ZrSiO4 — ксенотим YPO4 изучены в рамках полуклассического подхода с использованием межатомных потенциалов. Расчеты выполнены в предположении композиционной неупорядоченности твердых растворов. В результате проведенных расчетов определены энтальпия и энтропия смешения твердых растворов для разных концентраций компонентов. Построены зависимости энергии Гиббса от концентрации при температуре 800—1800 К и построена кривая сольвуса систем циркон—ксенотим и циркон—монацит. Установлено, что начало растворимости в системе циркон—ксенотим соответствует температуре 800 K. При температуре 1000, 1200 и 1800 К предел области растворимости составляет 5, 7 и 12 % ксенотима в цирконе и 7, 10 и 17 % циркона в ксенотиме. По полученным данным, начало растворимости в системе циркон—монацит соответствует температуре 1200 K. Предел области растворимости монацита в цирконе составляет всего 1 % при температуре 1800 К. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Ключевые слова: радиационная минералогия, атомистическое компьютерное моделирование, твердый раствор, свойства смешения, циркон.

Литература

  1. Гречановский А.Е., Брик А.Б., Урусов В.С., Еремин Н.Н., Радчук В.В., Шабалин Б.Г. Радиационная устойчивость циркона по данным компьютерного моделирования // Мінерал. журн. — 2014. — 36, № 1. — С. 3—11.
  2. Еремин Н.Н., Гречановский А.Е., Талис Р.А., Урусов В.С. Практическая реализация современных методов компьютерного моделирования твердых растворов минералов // Материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. "Теория и практика современной науки" (Москва, 3—4 окт. 2012 г.): В 7 т. — М. : Изд-во "Спецкнига", 2012. — Т. 1. — С. 70—80. — [Электрон. ресурс]. — Режим доступа : http://www.rf-conf.ru/arhiv.php
  3. Лаверов Н.П., Юдинцев С.В., Лившиц Т.С., Стефановский С.В., Лукиных А.Н., Юинг Р.Ч. Искусственные минералы со структурой пирохлора и граната: матрицы для иммобилизации актинидсодержащих отходов // Геохимия. — 2010. — № 1. — С. 3—16.
  4. Лаверов Н.П., Юдинцев С.В., Стефановский С.В., Юинг Р.Ч. Фазовое строение и радиационная устойчивость матриц для изоляции РЗЭ-актинидных отходов // Докл. РАН. — 2012. — 443, № 6. — С. 1—6.
  5. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике. — М. : Наука, 1990. — 176 с.
  6. Юдинцев С.В., Стефановский С.В., Никонов Б.С. Пирохлоровая матрица для изоляции РЗЭ-актинидной фракции отходов переработки отработанного ядерного топлива // Докл. РАН. — 2014. — 454, № 2. — С. 211—215.
  7. Chakoumakos B.C., Murakami T., Lumpkin G.R., Ewing R.C. Alpha-decay induced fracturing in zircon: the transition from the crystalline to the metamict state // Science. — 1987. — 236. — P. 1556—1559.
  8. Eremin N.N., Deyanov R.Z., Urusov V.S. Choice of the supercell with the optimum atomic configuration in simulation of disordered solid solutions // Glass Physics and Chemistry. — 2008. — 34, No 1. — P. 9—18.
  9. Eremin N., Protasov N., Grechanovsky A. Molecular dynamics modeling of radiation stability of Ca(Zr, Ti, Sn)O3 perovskites // Acta Cryst. Section A. — 2015. — 71, No A1. — P. S333—S334.
  10. Ewing R.C., Lutze W., Weber W.J. Zircon: A host phase for the disposal of weapons plutonium // J. Mater. Res. — 1995. — 10. — P. 243—246.
  11. Ewing R.C., Weber W.J., Clinard F.W. Zircon: Radiation effects in nuclear waste forms for high-level radioactive waste // Progr. Nucl. Energy. — 1995. — 29, No 2. — P. 63—127.
  12. Gale J.D., Rohl A.L. The General Utility Lattice Program (GULP) // Mol. Simul. — 2003. — 29, No 5. — P. 291—341.
  13. Grechanovsky A.E., Eremin N.N., Urusov V.S. Radiation Resistance of LaPO4 (Monazite Structure) and YbPO4 (Zircon Structure) from Data of Computer Simulation // Physics of the Solid State. — 2013. — 55, No 9. — P. 1929—1935.
  14. Gromalova N.A., Eremin N.N., Urusov V.S. Atomistic modeling of the mixing properties and local structure of Be(Al, Cr, FeIII)2O4 solid solutions // Glass Physics and Chemistry. — 2011. — 37, No 3. — P. 293—306.
  15. Hanchar J.M., Finch R.J., Hoskin P.W.O., Watson E.B., Cherniak D.J., Mariano A.N. Rare earth elements in synthetic zircon: Part 1. Synthesis, and rare earth element and phosphorus doping // Amer. Miner. — 2001. — 86. — P. 667—680.
  16. Meldrum A., Boatner L.A., Ewing R.C. Displacive radiation effects in the monazite- and zircon-structure orthophosphates // Phys. Rev. B. — 1997. — 56, No 21. — P. 13805—13814.
  17. Meldrum A., Zinkle S.J., Boatner L.A., Ewing R.C. Heavy-ion irradiation effects in the ABO4 orthosilicates: Decomposition, amorphization, and recrystallization // Phys. Rev. B. — 1999. — 59, No 6. — P. 3981—3992.
  18. Mullica D.F., Grossie D.A., Boatner L.A. Structural refinements of praseodymium and neodymium orthophosphate // J. Solid State Chem. — 1985. — 58, No 1. — P. 71—77.
  19. Mullica D.F., Sappenfield E.L., Boatner L.A. A structural investigation of several mixed lanthanide orthophosphates // Inorganica Chimica Acta. — 1990. — 174. — P. 155—159.
  20. Ni Y., Hughes J.M., Mariano A.N. Crystal chemistry of the monazite and xenotime structures // Amer. Miner. — 1995. — 80, No 1/2. — P. 21—26.
  21. Urusov V.S., Eremin N.N. Local structure of solid solutions from the computer simulation results and experimental data // J. Structural Chemistry. — 2015. — 56, No 4. — P. 737—751.
  22. Urusov V.S., Grechanovsky A.E., Eremin N.N. Radiation Resistance of the Xenotime YPO4 from the Computer Simulation Data // Glass Physics and Chemistry. — 2012. — 38, No 1. — P. 55—62.
Русский