АТОМІСТИЧНЕ КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЗМІШУВАННЯ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ ЦИРКОН ZrSiO4 — МОНАЦИТ LaPO4 ТА ЦИРКОН ZrSiO4 — КСЕНОТИМ YPO4
УДК 548.4
https://doi.org/10.15407/mineraljournal.38.03.047
Гречанівський О.Є. 1, Єрьомін М.М. 2
1 Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України
03680, м. Київ-142, Україна, пр. Акад. Палладіна, 34
E-mail: grechanovsky@gmail.com
2 Федер. держ. бюджет. освіт. установа вищої проф. освіти "Московський державний університет ім. М.В. Ломоносова"
119992, ГСП-2, м. Москва, Росія, Ленінські гори, 1
E-mail: neremin@geol.msu.ru
АТОМІСТИЧНЕ КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЗМІШУВАННЯ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ ЦИРКОН ZrSiO4 — МОНАЦИТ LaPO4 ТА ЦИРКОН ZrSiO4 — КСЕНОТИМ YPO4
Мова: російська
Мінералогічний журнал 2016, 38 (3): 47-55
Анотація: Термодинамічні властивості змішування твердих розчинів циркон ZrSiO4 — монацит LaPO4 і циркон ZrSiO4 — ксенотим YPO4 досліджено в рамках напівкласичного підходу з використанням міжатомних потенціалів. Розрахунки виконано за припущення композиційної невпорядкованості твердих розчинів. У результаті проведених розрахунків визначено ентальпію та ентропію змішування твердих розчинів за різних концентрацій. Побудовані залежності енергії Гіббса від концентрації за значень температури 800—1800 K та діаграма розпаду твердого розчину (крива сольвуса) для систем циркон—ксенотим і циркон—монацит. Встановлено, що початок розчинності в системі циркон—ксенотим відповідає температурі 800 K. За температури 1000, 1200 та 1800 K межа області розчинності складає 5, 7 і 12 % ксенотиму в цирконі та 7, 10 і 17 % циркону в ксенотимі. З іншого боку, за отриманими даними, початок розчинності в системі циркон—монацит відповідає температурі 1200 K. Межа області розчинності монациту в цирконі складає усього 1 % за температури 1800 K. Отримані результати добре узгоджуються з експериментальними даними.
Ключові слова: радіаційна мінералогія, атомістичне комп’ютерне моделювання, твердий розчин, властивості змішування, циркон.
Література
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике. — М. : Наука, 1990. — 176 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Gale J.D., Rohl A.L. The General Utility Lattice Program (GULP) // Mol. Simul. — 2003. — 29, No 5. — P. 291—341.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.