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 КОМПЮТЕРНЕ 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

  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.
Українська